合金鋼管磷化處理工藝，分12項，字數較多閱讀需耐心

[ 關鍵詞：合金鋼管磷化處理工藝　發(fā)表日期：2021-05-15 14:29:24 ]

　　合金鋼管磷化處理工藝，共分12項，包括：工藝介紹、發(fā)展歷史、原理、分類、工藝流程、影響因素、質量檢驗，本文講解較詳細，字數較多閱讀需耐心。

一、認識與了解

1、定義

　　磷化（phosphorization）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，磷化膜用作合金鋼管的防腐蝕保護膜。

2、作用

　　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使用。

3、發(fā)展歷史

　　磷化處理工藝應用于工業(yè)己有90多年的歷史，大致可以分為三個時期：奠定磷化技術基礎時期、磷化技術迅速發(fā)展時期和廣泛應用時期。

　　最早的可靠記載是英國Charles Ross于1869年獲得的專利(B.P. N o.3119)。從此，磷化工藝應用于工業(yè)生產。在近一個世紀的漫長歲月中，磷化處理技術積累了豐富的經驗，有了許多重大的發(fā)現。

　　一戰(zhàn)期間，磷化技術的發(fā)展中心由英國轉移至美國。1909年美國T.W.Coslet將鋅、氧化鋅或磷酸鋅鹽溶于磷酸中制成了第一個鋅系磷化液。這一研究成果大大促進了磷化工藝的發(fā)展，拓寬了磷化工藝的發(fā)展前途。Parker防銹公司研究開發(fā)的Parco Power配制磷化液，克服T許多缺點，將磷化處理時間提高到lho 1929年Bonderizing磷化工藝將磷化時間縮短至10min, 1934年磷化處理技術在工業(yè)上取得了革命性的發(fā)展，即采用了將磷化液噴射到工件上的方法。
　　二戰(zhàn)結束以后，磷化技術很少有突破性進展，只是穩(wěn)步的發(fā)展和完善。磷化廣泛應用于防蝕技術，金屬冷變形加工工業(yè)。這個時期磷化處理技術重要改進主要有：低溫磷化、各種控制磷化膜膜重的方法、連續(xù)鋼帶高速磷化。

　　當前，磷化技術領域的研究方向主要是圍繞提高質量、減少環(huán)境污染、節(jié)省能源進行。

二、磷化原理

1、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。

2、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

　　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(qū)，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(qū)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+2 H2↑

　　放熱

三、磷化分類

1、按磷化處理溫度分類

（1）高溫型

　　80—90℃處理時間為10-20分鐘，形成磷化膜厚達10-30g/m2,溶液游離酸度與總酸度的比值為1：（7-8）

　　優(yōu)點：膜抗蝕力強，結合力好。

　　缺點：加溫時間長，溶液揮發(fā)量大，能耗大，磷化沉積多，游離酸度不穩(wěn)定，結晶粗細不均勻，已較少應用。

（2）中溫型

　　50-75℃，處理時間5-15分鐘，磷化膜厚度為1-7 g/m2，溶液游離酸度與總酸度的比值為1：（10-15）

　　優(yōu)點：游離酸度穩(wěn)定，易掌握，磷化時間短，生產效率高，耐蝕性與高溫磷化膜基本相同，目前應用較多。

（3）低溫型

　　30-50℃ 節(jié)省能源，使用方便。

（4）常溫型

　　10-40℃ 常（低）溫磷化（除加氧化劑外，還加促進劑），時間10-40分鐘，溶液游離酸度與總酸度比值為1：（20-30），膜厚為0.2-7 g/m2。

　　優(yōu)點：不需加熱，藥品消耗少，溶液穩(wěn)定。

　　缺點：處理時間長，溶液配制較繁。

2、按磷化液成分分類

　　（1）鋅系磷化
　　（2）鋅鈣系磷化
　　（3）鐵系磷化
　　（4）錳系磷化
　　（5）復合磷化 磷化液由鋅、鐵、鈣、鎳、錳等元素組成。

3、按磷化處理方法分類

（1）化學磷化

　　將工件浸入磷化液中，依靠化學反應來實現磷化，目前應用廣泛。

（2）電化學磷化

　　在磷化液中，工件接正極，鋼鐵接負極進行磷化。

4、按磷化膜質量分類

（1）重量級（厚膜磷化） 膜重7.5 g/m2以上。
（2）次重量級（中膜磷化）膜重4.6-7.5 g/m2。
（3）輕量級（薄膜磷化）膜重1.1-4.5 g/m2。
（4）次輕量級（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0 g/m2。

5、按施工方法分類

（1）浸漬磷化

　　適用于高、中、低溫磷化 特點：設備簡單，僅需加熱槽和相應加熱設備，最好用不銹鋼或橡膠襯里的槽子，不銹鋼加熱管道應放在槽兩側。

（2）噴淋磷化

　　適用于中、低溫磷化工藝，可處理大面積工件，如汽車、冰箱、洗衣機殼體。特點：處理時間短，成膜反應速度快，生產效率高，且這種方法獲得的磷化膜結晶致密、均勻、膜薄、耐蝕性好。

（3）刷涂磷化

　　上述兩種方法無法實施時，采用本法，在常溫下操作，易涂刷，可除銹蝕，磷化后工件自然干燥，防銹性能好，但磷化效果不如前兩種。

四、磷化作用及用途

1、磷化作用

（1）涂裝前磷化的作用

　　①增強涂裝膜層（如涂料涂層）與工件間結合力。
　　②提高涂裝后工件表面涂層的耐蝕性。
　　③提高裝飾性。

（2）非涂裝磷化的作用

　　①提高工件的耐磨性。
　　②令工件在機加工過程中具有潤滑性。
　　③提高工件的耐蝕性。

2、磷化用途

　　鋼鐵磷化主要用于耐蝕防護和油漆用底膜。

（1）耐蝕防護用磷化膜

　　①防護用磷化膜 用于鋼鐵件耐蝕防護處理。磷化膜類型可用鋅系、錳系。膜單位面積質量為10-40 g/m2。磷化后涂防銹油、防銹脂、防銹蠟等。

　　②油漆底層用磷化膜

　　增加漆膜與鋼鐵工件附著力及防護性。磷化膜類型可用鋅系或鋅鈣系。磷化膜單位面積質量為0.2-1.0 g/m2（用于較大形變鋼鐵件油漆底層）；1-5 g/m2（用于一般鋼鐵件油漆底層）；5-10 g/m2（用于不發(fā)生形變鋼鐵件油漆底層）。

（2）冷加工潤滑用磷化膜

　　鋼絲、焊接鋼管拉拔 單位面積上膜重1-10 g/m2；精密鋼管拉拔 單位面積上膜重4-10 g/m2；鋼鐵件冷擠壓成型 單位面積上膜重大于10 g/m2。

（3）減摩用磷化膜

　　磷化膜可起減摩作用。一般用錳系磷化，也可用鋅系磷化。對于有較小動配合間隙工件，磷化膜質量為1-3 g/m2；對有較大動配合間隙工件（減速箱齒輪），磷化膜質量為5-20 g/m2。

（4）電絕緣用磷化膜

　　一般用鋅系磷化。用于電機及變電器中的硅片磷化處理。

五、磷化膜組成及性質

　　分類 磷化液主要成份 膜組成 膜外觀 單位面積膜重/ g/m2

　　鋅系 Zn(H2PO4)2 磷酸鋅和磷酸鋅鐵 淺灰→深灰 1-60
　　鋅鈣系 Zn(H2PO4)2和 Ca (H2PO4)2 磷酸鋅鈣和磷酸鋅鐵 淺灰→深灰 1-15
　　錳系 Mn(H2PO4)2 和Fe(H2PO4)2 磷酸錳鐵 灰→深灰 1-60
　　錳鋅系 Mn(H2PO4)2 和Zn(H2PO4)2 磷酸鋅、磷酸錳、磷酸鐵混合物 灰→深灰 1-60
　　鐵系 Fe(H2PO4)2 磷酸鐵
　　深灰色 5-10

2.磷化膜組成

　　磷化膜為閃爍有光，均勻細致，灰色多孔且附著力強的結晶，結晶大部分為磷酸鋅，小部分為磷酸氫鐵。鋅鐵比例取決于溶液成分、磷化時間和溫度。

3、性質

（1）耐蝕性

　　在大氣、礦物油、植物油、苯、甲苯中均有很好的耐蝕性，但在堿、酸、水蒸氣中耐蝕性較差。在200-300℃時仍具有一定的耐蝕性，當溫度達到450℃時膜層的耐蝕性顯著下降。

（2）特殊性質

　　如增加附著力，潤滑性，減摩耐磨作用。

六、磷化工藝流程

　　除油除銹→水洗→磷化→水洗→磷化后處理

七、影響因素

1、溫度

　　溫度愈高，磷化層愈厚，結晶愈粗大。
　　溫度愈低，磷化層愈薄，結晶愈細。
　　但溫度不宜過高，否則Fe2+ 易被氧化成Fe3+，加大沉淀物量，溶液不穩(wěn)定。

2、游離酸度

　　游離酸度指游離的磷酸。其作用是促使鐵的溶解，已形成較多的晶核，使膜結晶致密。

　　游離酸度過高，則與鐵作用加快，會大量析出氫，令界面層磷酸鹽不易飽和，導致晶核形成困難，膜層結構疏松，多孔，耐蝕性下降，令磷化時間延長。

　　游離酸度過低，磷化膜變薄，甚至無膜。

3、總酸度

　　總酸度指磷酸鹽、硝酸鹽和酸的總和。總酸度一般以控制在規(guī)定范圍 上限為好，有利于加速磷化反應，使膜層晶粒細，磷化過程中，總酸度不斷下降，反映緩慢。

　　總酸度過高，膜層變薄，可加水稀釋。

　　總酸度過低，膜層疏松粗糙。

4、PH值

　　錳系磷化液一般控制在2-3之間，當PH﹥3時，共件表面易生成粉末。當PH‹1.5時難以成膜。鐵系一般控制在3-5.5之間。

5、溶液中離子濃度

　　①溶液中Fe2+極易氧化成 Fe3+，導致不易成膜。但溶液中Fe2+濃度不能過高，否則，形成的膜晶粒粗大，膜表面有白色浮灰，耐蝕性及耐熱性下降。

　　②Zn2+的影響，當Zn2+濃度過高 ，磷化膜晶粒粗大，脆性增大，表面呈白色浮灰；當Zn2+濃度過低，膜層疏松變暗。

八、磷化后處理

　　目的：增加磷化膜的抗蝕性、防銹性。

九、磷化渣

1、磷化渣的影響

　　①磷化中生成的磷化渣，既浪費藥品又加大清渣工作量，處理不好還影響磷化質量，視為不利。
　　②磷化中在生成磷化渣的同時還會揮發(fā)出磷酸，有助于維持磷化液的游離酸度，保持磷化液的平衡，視為有利。

2、磷化渣生成的控制

　　①降低磷化溫度。
　　②降低磷化液的游離酸度。
　　③提高磷化速度，縮短磷化時間。
　　④提高NO-3 與PO3-4的比值。

十、磷化膜質量檢驗

1、外觀檢驗

　　肉眼觀察磷化膜應是均勻、連續(xù)、致密的晶體結構。表面不應有未磷化的殘余空白或銹漬。由于前處理的方法及效果的不同，允許出現色澤不一的磷化膜，但不允許出現褐色。

２、耐蝕性檢查

（1）浸入法

　　將磷化后的樣板浸入3﹪的氯化鈉溶液中，經兩小時后取出，表面無銹漬為合格。出現銹漬時間越長，說明磷化膜的耐蝕性越好。

（2）點滴法

　　室溫下，將藍點試劑滴在磷化膜上，觀察其變色時間。磷化膜厚度不同，變色時間不同。厚膜﹥5分鐘，中等膜﹥2分鐘，薄膜﹥1分鐘。