磷化工艺（1）
2024-08-28
1 防锈磷化工艺 磷化工艺的早期应用是防锈，钢铁件经磷化处理形成一层磷化膜，起到防锈作用。经过磷化防锈处理的工件防锈期可达几个月甚至几年（对涂油工件而言），广泛用于工序间、运输、包装贮存及使用过程中的防锈，防锈磷化主要有铁系磷化、锌系磷化、锰系磷化三大品种。 铁系磷化的主体槽液成分是磷酸亚铁溶液，不含氧化类促进剂，并且有高游离酸度。这种铁系磷化处理温度高于95℃，处理时间长达30min以上，磷化膜重大于10g/㎡,并且有除锈和磷化双重功能。这种高温铁系磷化由于磷化速度太慢，现在应用很少。 锰系磷化用作防锈磷化具有佳性能，磷化膜微观结构呈颗粒密堆集状，是应用为广泛的防锈磷化。加与不加促进剂均可，如果加入硝酸盐或硝基胍促进剂可加快磷化成膜速度。通常处理温度80～100℃，处理时间10～20min，膜重在7.5克/㎡以上。 锌系磷化也是广泛应用的一种防锈磷化，通常采用硝酸盐作为促进剂，处理温度80～90℃，处理时间10～15min，磷化膜重大于7.5g/㎡,磷化膜微观结构一般是针片紧密堆集型。防锈磷化一般工艺流程： 除油除锈--水清洗--表面调整活化--磷化--水清洗--铬酸盐处理--烘干--涂油脂或染色处理通过强碱强酸处理过的工件会导致磷化膜粗化现象，采用表面调整活化可细化晶粒。锌系磷化可采用草酸、胶体钛表调。锰系磷化可采用不溶性磷酸锰悬浮液活化。铁系磷化一般不需要调整活化处理。磷化后的工件经铬酸盐封闭可大幅度提高防锈性，如再经过涂油或染色处理可将防锈性提高几位甚至几十倍，见表1。表1 磷化膜与涂油复合对耐蚀性的影响
材料 出现锈蚀时间（h）（盐雾ASTM B117-64）
裸钢 0.5
钢+涂油 15.0
钢+16g/㎡锌磷化 4.0
钢+锌磷化+涂油 550.0
摘自 Freeman D B.Phosphating and Metal Pretreatment Woodhead-Faukner,1986.2 耐磨减摩润滑磷化工艺 对于发动机活塞环、齿轮、制冷压缩机一类工件，它不仅承受一次载荷，而且还有运动摩擦，要求工件能减摩、耐摩。锰系磷化膜具有较高的硬度和热稳定性，能耐磨损，磷化膜具有较好的减摩润滑作用。因此，广泛应用于活塞环，轴承支座，压缩机等零部件。这类耐磨减摩磷化处理温度70～100℃，处理时间10～20min，磷化膜重大于7.5g/㎡。 在冷加工行业如：接管、拉丝、挤压、深拉延等工序，要求磷化膜提供减摩润滑性能，一般采用锌系磷化，一是锌系磷化膜皂化后形成润滑性很好的硬脂酸锌层，二是锌系磷化操作温度比较低，可在40、60或90℃条件下进行磷化处理，磷化时间4～10min，有时甚至几十秒钟即可，磷化膜重量要求≥3g/㎡便可。工艺流程是：
1、耐磨减摩磷化 2、减摩润滑磷化（冷加工）
除油除锈 除油除锈
水清洗 水清洗
锰系磷化 锌系磷化
水清洗 水清洗
干燥 皂化（硬脂酸钠）
涂润滑油脂 干燥
3 漆前磷化工艺 涂装底漆前的磷化处理，将提高漆膜与基体金属的附着力，提高整个涂层系统的耐腐蚀能力；提供工序间保护以免形成二次生锈。因此漆前磷化的首要问题是磷化膜必须与底漆有优良的配套性，而磷化膜本身的防锈性是次要的，磷化膜细致、均匀、膜薄。当磷化膜粗厚时，会对漆膜的综合性能产生负效应。磷化体系与工艺的选定主要由：工件材质、油锈程度、几何形状；磷化与涂漆的时间间隔；底漆品种和施工方式以及相关场地设备条件决定。 一般来说，低碳钢较高碳钢容易进行磷化处理，磷化成膜性能好些。对于有锈（氧化皮）工件必须经过酸洗工序，而酸洗后的工件将给磷化带来很多麻烦，如工序间生锈泛黄，残留酸液的清除，磷化膜出现粗化等。酸洗后的工件在进行锌系、锌锰系磷化前一般要进行表面调整处理。 在间歇式的生产场合，由于受条件限制，磷化工件必须存放一段时间后才能涂漆，因此要求磷化膜本身具有较好的防锈性。如果存放期在10天以上，一般应采用中温磷化，如中温锌系、中温锌锰系、中温锌钙系等，磷化膜的厚度好应在2.0～4.5g/㎡之间。磷化后的工件应立即烘干，不宜自然凉干，以免在夹缝、焊接处形成锈蚀。如果存放期只有3～5天，可用低温锌系、轻铁系磷化，烘干效果会好于自然凉干。 对于不同涂漆品种的施工方法，如普通空气静电喷漆、静电粉末涂装、电泳涂漆，其总的要求是磷化膜均匀、细致、膜较薄。特别是对静电粉末涂装，电泳电着涂装，要求磷化膜绝对不能粗厚。因此轻铁系磷化在粉末涂装和阳极电泳上显示了某些优越性。 3.1 单室喷淋磷化工艺 整个前处理工艺只有一个喷室，在喷室的下面有多个贮液槽体，不同的处理液喷淋工件后流回各自的槽体中。例如首先喷淋脱脂液，待脱脂液流回脱脂槽后，关闭阀门；然后喷淋水洗，水洗完成后关闭水洗阀门；下一步再喷淋磷化液，这种单室处理方法可实行如下几种工艺流程：脱脂--磷化"二合一"（轻铁系）--水清洗--（铬封闭）--出件。脱脂--水清洗--磷化--水清洗--（铬封闭）--出件脱脂--水清洗--表面调整--磷化--水清洗--（铬封闭）--出件 这种磷化工艺一般不提倡安排酸洗工序，以免造成设备腐蚀或产生工序间锈蚀。单室工艺设备少占用场地小，简便易行，但浪费较大，仅适合于批量少的间歇式生产场合。与此相似的另一种方法，采用外围小容量罐体盛处理液，通过泵与管道抽液后与热水混合后喷淋在工件上达到脱脂、磷化效果，喷淋后药液不回收，这种方法更简单，但浪费更大。 3.2多室"标准"工位磷化工艺：①预脱脂 50～70℃ 1～2min②脱脂 50～70℃ 2～4min③水清洗1～2道 常温 0.5～1.0min④表面调整 常温 0.5～1.0min⑤磷化 35～60℃ 2～6min⑥水清洗<2道 常温 0.5～1.0min⑦去离子水洗 常温 0.5～1.0min ⑧铬酸盐处理 40～70℃ 0.5～1.0min⑨烘干 低于180℃ 处理方式可采用全喷淋、全浸泡、喷淋-浸泡结合三种方式。对家用电器行业一般采用全喷淋方式，它效率高，整个前处理只需要十几分钟即可完成，节省场地设备。汽车行业流行采用喷淋-浸泡相结合的方式。表面调整工序并非必须，表调剂加到脱脂槽内也可达到相同效果。磷化后的去离子水洗必不可少。磷化后的铬酸盐处理，可提高整个涂层系统的耐腐蚀性能（见表2），但由于铬的环境污染问题，因此应慎使用。表2 铬酸盐处理对漆膜耐蚀性能影响
划痕3mm扩散时间（h）
（盐雾ASTMB117-64）
去离子水洗 铬酸盐处理
轻铁系 0.5 48 96
锌系 2.0 144 240
锌钙系 1.2 216 288
锌系 2.0 192 312
锌钙系 2.5 264 360
* 数据来源与表1相同3.3 混合件磷化处理工艺（锈蚀工件）①脱脂 40～70℃ 3～8min②水清洗 常温 0.5～1.0min③酸洗 40～70℃ 3～8min④水清洗 常温 0.5min⑤中和 常温 0.5～1.0min⑥表面调整 常温 0.5min⑦磷化 35～60℃ 3～10min⑧水清洗 常温 0.5～1.0min⑨脱离子水洗 常温 0.5～1.0min⑩铬酸盐水洗 40～70℃ 0.5～1.0min⑾烘干 <180℃ 除非有足够的理由，酸洗工序一般不采用喷淋处理方式，喷淋会带来设备腐蚀以及工件工序间生锈等一系列问题。其他各工序均可采用全喷淋或喷-浸相结合的施工方式。对于混合件（无锈工件、有锈、氧化皮工件同时混合处理），采用脱脂除锈"二合一"代替分步脱脂除锈的方法已经应用有几十年的历史，同样可获满意效果。对于酸洗和脱脂除锈"二合一"一般采用非挥发性的无机酸较适宜。
材料 出现锈蚀时间（h）（盐雾ASTM B117-64）
裸钢 0.5
钢+涂油 15.0
钢+16g/㎡锌磷化 4.0
钢+锌磷化+涂油 550.0
摘自 Freeman D B.Phosphating and Metal Pretreatment Woodhead-Faukner,1986.2 耐磨减摩润滑磷化工艺 对于发动机活塞环、齿轮、制冷压缩机一类工件，它不仅承受一次载荷，而且还有运动摩擦，要求工件能减摩、耐摩。锰系磷化膜具有较高的硬度和热稳定性，能耐磨损，磷化膜具有较好的减摩润滑作用。因此，广泛应用于活塞环，轴承支座，压缩机等零部件。这类耐磨减摩磷化处理温度70～100℃，处理时间10～20min，磷化膜重大于7.5g/㎡。 在冷加工行业如：接管、拉丝、挤压、深拉延等工序，要求磷化膜提供减摩润滑性能，一般采用锌系磷化，一是锌系磷化膜皂化后形成润滑性很好的硬脂酸锌层，二是锌系磷化操作温度比较低，可在40、60或90℃条件下进行磷化处理，磷化时间4～10min，有时甚至几十秒钟即可，磷化膜重量要求≥3g/㎡便可。工艺流程是：
1、耐磨减摩磷化 2、减摩润滑磷化（冷加工）
除油除锈 除油除锈
水清洗 水清洗
锰系磷化 锌系磷化
水清洗 水清洗
干燥 皂化（硬脂酸钠）
涂润滑油脂 干燥
3 漆前磷化工艺 涂装底漆前的磷化处理，将提高漆膜与基体金属的附着力，提高整个涂层系统的耐腐蚀能力；提供工序间保护以免形成二次生锈。因此漆前磷化的首要问题是磷化膜必须与底漆有优良的配套性，而磷化膜本身的防锈性是次要的，磷化膜细致、均匀、膜薄。当磷化膜粗厚时，会对漆膜的综合性能产生负效应。磷化体系与工艺的选定主要由：工件材质、油锈程度、几何形状；磷化与涂漆的时间间隔；底漆品种和施工方式以及相关场地设备条件决定。 一般来说，低碳钢较高碳钢容易进行磷化处理，磷化成膜性能好些。对于有锈（氧化皮）工件必须经过酸洗工序，而酸洗后的工件将给磷化带来很多麻烦，如工序间生锈泛黄，残留酸液的清除，磷化膜出现粗化等。酸洗后的工件在进行锌系、锌锰系磷化前一般要进行表面调整处理。 在间歇式的生产场合，由于受条件限制，磷化工件必须存放一段时间后才能涂漆，因此要求磷化膜本身具有较好的防锈性。如果存放期在10天以上，一般应采用中温磷化，如中温锌系、中温锌锰系、中温锌钙系等，磷化膜的厚度好应在2.0～4.5g/㎡之间。磷化后的工件应立即烘干，不宜自然凉干，以免在夹缝、焊接处形成锈蚀。如果存放期只有3～5天，可用低温锌系、轻铁系磷化，烘干效果会好于自然凉干。 对于不同涂漆品种的施工方法，如普通空气静电喷漆、静电粉末涂装、电泳涂漆，其总的要求是磷化膜均匀、细致、膜较薄。特别是对静电粉末涂装，电泳电着涂装，要求磷化膜绝对不能粗厚。因此轻铁系磷化在粉末涂装和阳极电泳上显示了某些优越性。 3.1 单室喷淋磷化工艺 整个前处理工艺只有一个喷室，在喷室的下面有多个贮液槽体，不同的处理液喷淋工件后流回各自的槽体中。例如首先喷淋脱脂液，待脱脂液流回脱脂槽后，关闭阀门；然后喷淋水洗，水洗完成后关闭水洗阀门；下一步再喷淋磷化液，这种单室处理方法可实行如下几种工艺流程：脱脂--磷化"二合一"（轻铁系）--水清洗--（铬封闭）--出件。脱脂--水清洗--磷化--水清洗--（铬封闭）--出件脱脂--水清洗--表面调整--磷化--水清洗--（铬封闭）--出件 这种磷化工艺一般不提倡安排酸洗工序，以免造成设备腐蚀或产生工序间锈蚀。单室工艺设备少占用场地小，简便易行，但浪费较大，仅适合于批量少的间歇式生产场合。与此相似的另一种方法，采用外围小容量罐体盛处理液，通过泵与管道抽液后与热水混合后喷淋在工件上达到脱脂、磷化效果，喷淋后药液不回收，这种方法更简单，但浪费更大。 3.2多室"标准"工位磷化工艺：①预脱脂 50～70℃ 1～2min②脱脂 50～70℃ 2～4min③水清洗1～2道 常温 0.5～1.0min④表面调整 常温 0.5～1.0min⑤磷化 35～60℃ 2～6min⑥水清洗<2道 常温 0.5～1.0min⑦去离子水洗 常温 0.5～1.0min ⑧铬酸盐处理 40～70℃ 0.5～1.0min⑨烘干 低于180℃ 处理方式可采用全喷淋、全浸泡、喷淋-浸泡结合三种方式。对家用电器行业一般采用全喷淋方式，它效率高，整个前处理只需要十几分钟即可完成，节省场地设备。汽车行业流行采用喷淋-浸泡相结合的方式。表面调整工序并非必须，表调剂加到脱脂槽内也可达到相同效果。磷化后的去离子水洗必不可少。磷化后的铬酸盐处理，可提高整个涂层系统的耐腐蚀性能（见表2），但由于铬的环境污染问题，因此应慎使用。表2 铬酸盐处理对漆膜耐蚀性能影响
划痕3mm扩散时间（h）
（盐雾ASTMB117-64）
去离子水洗 铬酸盐处理
轻铁系 0.5 48 96
锌系 2.0 144 240
锌钙系 1.2 216 288
锌系 2.0 192 312
锌钙系 2.5 264 360
* 数据来源与表1相同3.3 混合件磷化处理工艺（锈蚀工件）①脱脂 40～70℃ 3～8min②水清洗 常温 0.5～1.0min③酸洗 40～70℃ 3～8min④水清洗 常温 0.5min⑤中和 常温 0.5～1.0min⑥表面调整 常温 0.5min⑦磷化 35～60℃ 3～10min⑧水清洗 常温 0.5～1.0min⑨脱离子水洗 常温 0.5～1.0min⑩铬酸盐水洗 40～70℃ 0.5～1.0min⑾烘干 <180℃ 除非有足够的理由，酸洗工序一般不采用喷淋处理方式，喷淋会带来设备腐蚀以及工件工序间生锈等一系列问题。其他各工序均可采用全喷淋或喷-浸相结合的施工方式。对于混合件（无锈工件、有锈、氧化皮工件同时混合处理），采用脱脂除锈"二合一"代替分步脱脂除锈的方法已经应用有几十年的历史，同样可获满意效果。对于酸洗和脱脂除锈"二合一"一般采用非挥发性的无机酸较适宜。
