鋼鐵零件在含有錳、鐵鋅、鈣的磷酸鹽溶液中,進行化學處理,使其表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護膜的方法,叫做磷化處理(或稱磷酸鹽處理)。
用于生產的磷化處理方法有:高溫、中溫、低溫的磷化處理,四合一磷化處理及黑色磷化處理等。
1、 高溫磷化處理:在90-98℃的溫度下進行,溶液的游離酸度于總酸度的比值為1∶6-9,處理時間為15-20分鐘。
特點:耐腐蝕性、結合力、硬度和耐熱性都比較高,速度快,磷化膜粗細均勻。溶液加熱時間長,揮發量大,成分變化快,磷化膜易夾雜沉淀,沉淀物難清理。
2、 中溫磷化處理:在60-70℃的溫度下進行。溶液游離酸度與總酸度比值為1∶(10-15),處理時間為7-15分鐘。
特點:溶液穩定,磷化速度快,生產效率高,容易成分復雜,難配制。
3、 常溫磷化處理:在室溫下進行,溶液的游離酸度與總酸度的比值為1∶(20-30),處理時間為10-15分鐘。
特點:不需加熱,消耗少、成本低、穩定、耐腐蝕性差、結合力低、耐熱性低。
磷化是常用的前處理技術,原理上應屬于化學轉換膜處理,主要應用于鋼鐵表面磷化,有色金屬(如鋁、鋅)件也可應用磷化。
磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程,所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。
磷化的目的主要是:給基體金屬提供保護,在一定程度上防止金屬被腐蝕;用于涂漆前打底,提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力;在金屬冷加工工藝中起減摩潤滑作用。
⒈磷化
工件(鋼鐵或鋁、鋅件)浸入磷化液(某些酸式磷酸鹽為主的溶液),在表面沉積形成一層不溶于水的結晶型磷酸鹽轉換膜的過程,稱之為磷化。
⒉磷化原理
鋼鐵件浸入磷化液(由Fe(H2PO4)2 Mn(H2PO4)2 Zn(H2PO4)2 組成的酸性稀水溶液,PH值為1-3,溶液相對密度為1.05-1.10)中,磷化膜的生成反應如下:
吸熱
3Zn(H2PO4)2 =Zn3(PO4)2↓+4H3PO4 或
吸熱
3Mn(H2PO4)2= Mn3(PO4)2↓+4H3PO4
吸熱
鋼鐵工件是鋼鐵合金,在磷酸作用下,Fe和FeC3形成無數原電池,在陽極區,鐵開始熔解為Fe2+,同時放出電子。
Fe+2H3PO4 =Fe (H2PO4)2+H2↑
Fe =Fe2+ +2e-
在鋼鐵工件表面附近的溶液中Fe2+不斷增加,當Fe2+與HPO42-,PO43-濃度大于磷酸鹽的溶度積時,產生沉淀,在工件表面形成磷化膜:
Fe(H2PO4)2= FeHPO4↓+ H3PO4
Fe+ Fe(H2PO4)2= 2FeHPO4↓+ H2↑
3FeHPO4= Fe 3(PO4)2↓+ H3PO4
Fe+ 2FeHPO4 =Fe 3(PO4)2↓+H2↑
陰極區放出大量的氫:
2H+ +2e- =H2↑
O2 + 2H20 + 4e- =4OH-
總反應式:
吸熱
3Zn(H2PO4)2= Zn3(PO4)2↓+4H3PO4
吸熱
吸熱
Fe+3Zn(H2PO4)2= Zn3(PO4)2↓+FeHPO4↓+3 H3PO4+ H2↑
放熱
把鋼鐵零件放入磷酸鹽溶液中進行浸泡,使金屬表面獲得一層不溶于水的磷酸鹽薄膜的過程叫做磷化處理,簡稱磷化。
1、提高耐蝕性。磷化膜雖薄,但由于它是一層非金屬的不導電隔離層,能使金屬工件表面的優良導體轉變為不良導體,抑制金屬工件表面微電池的形成,進而有效阻止涂膜的腐蝕。
2、提高基體與涂層間或其他有機精飾層間的附著力。一方面,磷化膜與金屬工件是一個結合緊密的整體結構
。另一方面,磷化膜具有多孔性,使涂料可以滲透到這些孔隙之中,涂料與磷化膜緊密結合,附著力提高。
3、提供清潔表面。磷化膜只有在無油污和無銹層的金屬工件表面才能生長,因此,經過磷化處理的金屬工件,可以提供清潔、均勻、無油脂和無銹蝕的表面。
4、改善材料的冷加工性能。
5、改進表面摩擦性能
,以促進其滑動。