磷化處理的工藝
發(fā)布時(shí)間：2014.05.09 新聞來(lái)源：不銹鋼酸洗鈍化液_不銹鋼酸洗鈍化膏-天長(zhǎng)市俊武不銹鋼表面處理材料廠 瀏覽次數(shù)：
關(guān)于磷化處理工藝
1 防銹磷化工藝
磷化工藝的早期應(yīng)用是防銹，鋼鐵件經(jīng)磷化處理形成一層磷化膜，起到防銹作用。經(jīng)過(guò)磷化防銹處理的工件防銹期可達(dá)幾個(gè)月甚至幾年（對(duì)涂油工件而言），廣泛用于工序間、運(yùn)輸、包裝貯存及使用過(guò)程中的防銹，防銹磷化主要有鐵系磷化、鋅系磷化、錳系磷化三大品種。
鐵系磷化的主體槽液成分是磷酸亞鐵溶液，不含氧化類(lèi)促進(jìn)劑，并且有高游離酸度。這種鐵系磷化處理溫度高于95℃，處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30min以上，磷化膜重大于10g/m2,并且有除銹和磷化雙重功能。這種高溫鐵系磷化由于磷化速度太慢，現(xiàn)在應(yīng)用很少。
錳系磷化用作防銹磷化具有***佳性能，磷化膜微觀結(jié)構(gòu)呈顆粒密堆集狀，是應(yīng)用***為廣泛的防銹磷化。加與不加促進(jìn)劑均可，如果加入硝酸鹽或硝基胍促進(jìn)劑可加快磷化成膜速度。通常處理溫度80～100℃，處理時(shí)間10～20min，膜重在7.5克/m2以上。
鋅系磷化也是廣泛應(yīng)用的一種防銹磷化，通常采用硝酸鹽作為促進(jìn)劑，處理溫度80～90℃，處理時(shí)間10～15min，磷化膜重大于7.5g/m2,磷化膜微觀結(jié)構(gòu)一般是針片緊密堆集型。
防銹磷化一般工藝流程：
除油除銹——水清洗——表面調(diào)整活化——磷化——水清洗——鉻酸鹽處理——烘干——涂油脂或染色處理
通過(guò)強(qiáng)堿強(qiáng)酸處理過(guò)的工件會(huì)導(dǎo)致磷化膜粗化現(xiàn)象，采用表面調(diào)整活化可細(xì)化晶粒。鋅系磷化可采用草酸、膠體鈦表調(diào)。錳系磷化可采用不溶性磷酸錳懸浮液活化。鐵系磷化一般不需要調(diào)整活化處理。磷化后的工件經(jīng)鉻酸鹽封閉可大幅度提高防銹性，如再經(jīng)過(guò)涂油或染色處理可將防銹性提高幾位甚至幾十倍，見(jiàn)表1。
表1 磷化膜與涂油復(fù)合對(duì)耐蝕性的影響
材料 出現(xiàn)銹蝕時(shí)間（h）（
裸鋼 0.5
鋼+涂油 15.0
鋼+16g/m2鋅磷化 4.0
鋼+鋅磷化+涂油 550.0
摘自 Freeman D B.Phosphating and Metal Pretreatment Woodhead-Faukner,1986.
2 耐磨減摩潤(rùn)滑磷化工藝
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)、齒輪、制冷壓縮機(jī)一類(lèi)工件，它不僅承受一次載荷，而且還有運(yùn)動(dòng)摩擦，要求工件能減摩、耐摩。錳系磷化膜具有較高的硬度和熱穩(wěn)定性，能耐磨損，磷化膜具有較好的減摩潤(rùn)滑作用。因此，廣泛應(yīng)用于活塞環(huán)，軸承支座，壓縮機(jī)等零部件。這類(lèi)耐磨減摩磷化處理溫度70～100℃，處理時(shí)間10～20min，磷化膜重大于7.5g/m2。
在冷加工行業(yè)如：接管、拉絲、擠壓、深拉延等工序，要求磷化膜提供減摩潤(rùn)滑性能，一般采用鋅系磷化，一是鋅系磷化膜皂化后形成潤(rùn)滑性很好的硬脂酸鋅層，二是鋅系磷化操作溫度比較低，可在40、60或90℃條件下進(jìn)行磷化處理，磷化時(shí)間4～10min，有時(shí)甚至幾十秒鐘即可，磷化膜重量要求≥3g/m2便可。工藝流程是：
耐磨減摩磷化 減摩潤(rùn)滑磷化（冷加工）
除油除銹 除油除銹
水清洗 水清洗
錳系磷化 鋅系磷化
水清洗 水清洗
干燥 皂化（硬脂酸鈉）
涂潤(rùn)滑油脂 干燥
3 漆前磷化工藝
涂裝底漆前的磷化處理，將提高漆膜與基體金屬的附著力，提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的耐腐蝕能力；提供工序間保護(hù)以免形成二次生銹。因此漆前磷化的首要問(wèn)題是磷化膜須***與底漆有優(yōu)良的配套性，而磷化膜本身的防銹性是次要的，磷化膜細(xì)致密實(shí)、膜薄。當(dāng)磷化膜粗厚時(shí)，會(huì)對(duì)漆膜的綜合性能產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。磷化體系與工藝的選定主要由：工件材質(zhì)、油銹程度、幾何形狀；磷化與涂漆的時(shí)間間隔；底漆品種和施工方式以及相關(guān)場(chǎng)地設(shè)備條件決定。
一般來(lái)說(shuō)，低碳鋼較高碳鋼容易進(jìn)行磷化處理，磷化成膜性能好些。對(duì)于有銹（氧化皮）工件須***經(jīng)過(guò)酸洗工序，而酸洗后的工件將給磷化帶來(lái)很多麻煩，如工序間生銹泛黃，殘留酸液的清除，磷化膜出現(xiàn)粗化等。酸洗后的工件在進(jìn)行鋅系、鋅錳系磷化前一般要進(jìn)行表面調(diào)整處理。
在間歇式的生產(chǎn)場(chǎng)合，由于受條件限制，磷化工件須***存放一段時(shí)間后才能涂漆，因此要求磷化膜本身具有較好的防銹性。如果存放期在10天以上，一般應(yīng)采用中溫磷化，如中溫鋅系、中溫鋅錳系、中溫鋅鈣系等，磷化膜的厚度***好應(yīng)在2.0
～4.5g/m2之間。磷化后的工件應(yīng)立即烘干，不宜自然涼干，以免在夾縫、焊接處形成銹蝕。如果存放期只有3～5天，可用低溫鋅系、輕鐵系磷化，烘干效果會(huì)好于自然涼干。
3.1 單室噴淋磷化工藝
整個(gè)前處理工藝只有一個(gè)噴室，在噴室的下面有多個(gè)貯液槽體，不同的處理液噴淋工件后流回各自的槽體中。例如首先噴淋脫脂液，待脫脂液流回脫脂槽后，關(guān)閉閥門(mén)；然后噴淋水洗，水洗完成后關(guān)閉水洗閥門(mén)；下一步再?lài)娏芰谆?，這種單室處理方法可實(shí)行如下幾種工藝流程：
脫脂——磷化“二合一”（輕鐵系）——水清洗——（鉻封閉）——出件。
脫脂——水清洗——磷化——水清洗——（鉻封閉）——出件
脫脂——水清洗——表面調(diào)整——磷化——水清洗——（鉻封閉）——出件
這種磷化工藝一般不提倡安排酸洗工序，以免造成設(shè)備腐蝕或產(chǎn)生工序間銹蝕。單室工藝設(shè)備少占用場(chǎng)地小，簡(jiǎn)便易行，但浪費(fèi)較大，僅適合于批量少的間歇式生產(chǎn)場(chǎng)合。與此相似的另一種方法，采用外圍小容量罐體盛處理液，通過(guò)泵與管道抽液后與熱水混合后噴淋在工件上達(dá)到脫脂、磷化效果，噴淋后藥液不回收，這種方法更簡(jiǎn)單，但浪費(fèi)更大。
3.2多室“標(biāo)準(zhǔn)”工位磷化工藝：
①預(yù)脫脂 50～70℃ 1～2min
②脫脂 50～70℃ 2～4min
③水清洗1～2道 常溫 0.5～1.0min
④表面調(diào)整 常溫 0.5～1.0min
⑤磷化 35～60℃ 2～6min
⑥水清洗<2道 常溫 0.5～1.0min
⑦去離子水洗 常溫 0.5～1.0min
⑧鉻酸鹽處理 40～70℃ 0.5～1.0min
⑨烘干 低于180℃
處理方式可采用全噴淋、全浸泡、噴淋-浸泡結(jié)合三種方式。對(duì)家用電器行業(yè)一般采用全噴淋方式，它效率高，整個(gè)前處理只需要十幾分鐘即可完成，節(jié)省場(chǎng)地設(shè)備。汽車(chē)行業(yè)流行采用噴淋-浸泡相結(jié)合的方式。
表面調(diào)整工序并非須***，表調(diào)劑加到脫脂槽內(nèi)也可達(dá)到相同效果。磷化后的去離子水洗必不可少。磷化后的鉻酸鹽處理，可提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的耐腐蝕性能（見(jiàn)表2），但由于鉻的環(huán)境污染問(wèn)題，因此應(yīng)慎使用。
表2 鉻酸鹽處理對(duì)漆膜耐蝕性能影響
劃痕3mm擴(kuò)散時(shí)間（h）
去離子水洗 鉻酸鹽處理
輕鐵系 0.5 48 96
鋅系 2.0 144 240
鋅鈣系 1.2 216 288
鋅系 2.0 192 312
鋅鈣系 2.5 264 360
* 數(shù)據(jù)來(lái)源與表1相同
3.3 混合件磷化處理工藝（銹蝕工件）
①脫脂 40～70℃ 3～8min
②水清洗 常溫 0.5～1.0min
③酸洗 40～70℃ 3～8min
④水清洗 常溫 0.5min
⑤中和 常溫 0.5～1.0min
⑥表面調(diào)整 常溫 0.5min
⑦磷化 35～60℃ 3～10min
⑧水清洗 常溫 0.5～1.0min
⑨脫離子水洗 常溫 0.5～1.0min
⑩鉻酸鹽水洗 40～70℃ 0.5～1.0min
⑾烘干 <180℃
除非有足夠的理由，酸洗工序一般不采用噴淋處理方式，噴淋會(huì)帶來(lái)設(shè)備腐蝕以及工件工序間生銹等一系列問(wèn)題。其他各工序均可采用全噴淋或噴-浸相結(jié)合的施工方式。
對(duì)于混合件（無(wú)銹工件、有銹、氧化皮工件同時(shí)混合處理），采用脫脂除銹“二合一”代替分步脫脂除銹的方法已經(jīng)應(yīng)用有幾十年的歷史，同樣可獲滿意效果。對(duì)于酸洗和脫脂除銹“二合一”一般采用非揮發(fā)性的無(wú)機(jī)酸較適宜。
1 防銹磷化工藝
磷化工藝的早期應(yīng)用是防銹，鋼鐵件經(jīng)磷化處理形成一層磷化膜，起到防銹作用。經(jīng)過(guò)磷化防銹處理的工件防銹期可達(dá)幾個(gè)月甚至幾年（對(duì)涂油工件而言），廣泛用于工序間、運(yùn)輸、包裝貯存及使用過(guò)程中的防銹，防銹磷化主要有鐵系磷化、鋅系磷化、錳系磷化三大品種。
鐵系磷化的主體槽液成分是磷酸亞鐵溶液，不含氧化類(lèi)促進(jìn)劑，并且有高游離酸度。這種鐵系磷化處理溫度高于95℃，處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30min以上，磷化膜重大于10g/m2,并且有除銹和磷化雙重功能。這種高溫鐵系磷化由于磷化速度太慢，現(xiàn)在應(yīng)用很少。
錳系磷化用作防銹磷化具有***佳性能，磷化膜微觀結(jié)構(gòu)呈顆粒密堆集狀，是應(yīng)用***為廣泛的防銹磷化。加與不加促進(jìn)劑均可，如果加入硝酸鹽或硝基胍促進(jìn)劑可加快磷化成膜速度。通常處理溫度80～100℃，處理時(shí)間10～20min，膜重在7.5克/m2以上。
鋅系磷化也是廣泛應(yīng)用的一種防銹磷化，通常采用硝酸鹽作為促進(jìn)劑，處理溫度80～90℃，處理時(shí)間10～15min，磷化膜重大于7.5g/m2,磷化膜微觀結(jié)構(gòu)一般是針片緊密堆集型。
防銹磷化一般工藝流程：
除油除銹——水清洗——表面調(diào)整活化——磷化——水清洗——鉻酸鹽處理——烘干——涂油脂或染色處理
通過(guò)強(qiáng)堿強(qiáng)酸處理過(guò)的工件會(huì)導(dǎo)致磷化膜粗化現(xiàn)象，采用表面調(diào)整活化可細(xì)化晶粒。鋅系磷化可采用草酸、膠體鈦表調(diào)。錳系磷化可采用不溶性磷酸錳懸浮液活化。鐵系磷化一般不需要調(diào)整活化處理。磷化后的工件經(jīng)鉻酸鹽封閉可大幅度提高防銹性，如再經(jīng)過(guò)涂油或染色處理可將防銹性提高幾位甚至幾十倍，見(jiàn)表1。
表1 磷化膜與涂油復(fù)合對(duì)耐蝕性的影響
材料 出現(xiàn)銹蝕時(shí)間（h）（
裸鋼 0.5
鋼+涂油 15.0
鋼+16g/m2鋅磷化 4.0
鋼+鋅磷化+涂油 550.0
摘自 Freeman D B.Phosphating and Metal Pretreatment Woodhead-Faukner,1986.
2 耐磨減摩潤(rùn)滑磷化工藝
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)、齒輪、制冷壓縮機(jī)一類(lèi)工件，它不僅承受一次載荷，而且還有運(yùn)動(dòng)摩擦，要求工件能減摩、耐摩。錳系磷化膜具有較高的硬度和熱穩(wěn)定性，能耐磨損，磷化膜具有較好的減摩潤(rùn)滑作用。因此，廣泛應(yīng)用于活塞環(huán)，軸承支座，壓縮機(jī)等零部件。這類(lèi)耐磨減摩磷化處理溫度70～100℃，處理時(shí)間10～20min，磷化膜重大于7.5g/m2。
在冷加工行業(yè)如：接管、拉絲、擠壓、深拉延等工序，要求磷化膜提供減摩潤(rùn)滑性能，一般采用鋅系磷化，一是鋅系磷化膜皂化后形成潤(rùn)滑性很好的硬脂酸鋅層，二是鋅系磷化操作溫度比較低，可在40、60或90℃條件下進(jìn)行磷化處理，磷化時(shí)間4～10min，有時(shí)甚至幾十秒鐘即可，磷化膜重量要求≥3g/m2便可。工藝流程是：
耐磨減摩磷化 減摩潤(rùn)滑磷化（冷加工）
除油除銹 除油除銹
水清洗 水清洗
錳系磷化 鋅系磷化
水清洗 水清洗
干燥 皂化（硬脂酸鈉）
涂潤(rùn)滑油脂 干燥
3 漆前磷化工藝
涂裝底漆前的磷化處理，將提高漆膜與基體金屬的附著力，提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的耐腐蝕能力；提供工序間保護(hù)以免形成二次生銹。因此漆前磷化的首要問(wèn)題是磷化膜須***與底漆有優(yōu)良的配套性，而磷化膜本身的防銹性是次要的，磷化膜細(xì)致密實(shí)、膜薄。當(dāng)磷化膜粗厚時(shí)，會(huì)對(duì)漆膜的綜合性能產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。磷化體系與工藝的選定主要由：工件材質(zhì)、油銹程度、幾何形狀；磷化與涂漆的時(shí)間間隔；底漆品種和施工方式以及相關(guān)場(chǎng)地設(shè)備條件決定。
一般來(lái)說(shuō)，低碳鋼較高碳鋼容易進(jìn)行磷化處理，磷化成膜性能好些。對(duì)于有銹（氧化皮）工件須***經(jīng)過(guò)酸洗工序，而酸洗后的工件將給磷化帶來(lái)很多麻煩，如工序間生銹泛黃，殘留酸液的清除，磷化膜出現(xiàn)粗化等。酸洗后的工件在進(jìn)行鋅系、鋅錳系磷化前一般要進(jìn)行表面調(diào)整處理。
在間歇式的生產(chǎn)場(chǎng)合，由于受條件限制，磷化工件須***存放一段時(shí)間后才能涂漆，因此要求磷化膜本身具有較好的防銹性。如果存放期在10天以上，一般應(yīng)采用中溫磷化，如中溫鋅系、中溫鋅錳系、中溫鋅鈣系等，磷化膜的厚度***好應(yīng)在2.0
～4.5g/m2之間。磷化后的工件應(yīng)立即烘干，不宜自然涼干，以免在夾縫、焊接處形成銹蝕。如果存放期只有3～5天，可用低溫鋅系、輕鐵系磷化，烘干效果會(huì)好于自然涼干。
3.1 單室噴淋磷化工藝
整個(gè)前處理工藝只有一個(gè)噴室，在噴室的下面有多個(gè)貯液槽體，不同的處理液噴淋工件后流回各自的槽體中。例如首先噴淋脫脂液，待脫脂液流回脫脂槽后，關(guān)閉閥門(mén)；然后噴淋水洗，水洗完成后關(guān)閉水洗閥門(mén)；下一步再?lài)娏芰谆?，這種單室處理方法可實(shí)行如下幾種工藝流程：
脫脂——磷化“二合一”（輕鐵系）——水清洗——（鉻封閉）——出件。
脫脂——水清洗——磷化——水清洗——（鉻封閉）——出件
脫脂——水清洗——表面調(diào)整——磷化——水清洗——（鉻封閉）——出件
這種磷化工藝一般不提倡安排酸洗工序，以免造成設(shè)備腐蝕或產(chǎn)生工序間銹蝕。單室工藝設(shè)備少占用場(chǎng)地小，簡(jiǎn)便易行，但浪費(fèi)較大，僅適合于批量少的間歇式生產(chǎn)場(chǎng)合。與此相似的另一種方法，采用外圍小容量罐體盛處理液，通過(guò)泵與管道抽液后與熱水混合后噴淋在工件上達(dá)到脫脂、磷化效果，噴淋后藥液不回收，這種方法更簡(jiǎn)單，但浪費(fèi)更大。
3.2多室“標(biāo)準(zhǔn)”工位磷化工藝：
①預(yù)脫脂 50～70℃ 1～2min
②脫脂 50～70℃ 2～4min
③水清洗1～2道 常溫 0.5～1.0min
④表面調(diào)整 常溫 0.5～1.0min
⑤磷化 35～60℃ 2～6min
⑥水清洗<2道 常溫 0.5～1.0min
⑦去離子水洗 常溫 0.5～1.0min
⑧鉻酸鹽處理 40～70℃ 0.5～1.0min
⑨烘干 低于180℃
處理方式可采用全噴淋、全浸泡、噴淋-浸泡結(jié)合三種方式。對(duì)家用電器行業(yè)一般采用全噴淋方式，它效率高，整個(gè)前處理只需要十幾分鐘即可完成，節(jié)省場(chǎng)地設(shè)備。汽車(chē)行業(yè)流行采用噴淋-浸泡相結(jié)合的方式。
表面調(diào)整工序并非須***，表調(diào)劑加到脫脂槽內(nèi)也可達(dá)到相同效果。磷化后的去離子水洗必不可少。磷化后的鉻酸鹽處理，可提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的耐腐蝕性能（見(jiàn)表2），但由于鉻的環(huán)境污染問(wèn)題，因此應(yīng)慎使用。
表2 鉻酸鹽處理對(duì)漆膜耐蝕性能影響
劃痕3mm擴(kuò)散時(shí)間（h）
去離子水洗 鉻酸鹽處理
輕鐵系 0.5 48 96
鋅系 2.0 144 240
鋅鈣系 1.2 216 288
鋅系 2.0 192 312
鋅鈣系 2.5 264 360
* 數(shù)據(jù)來(lái)源與表1相同
3.3 混合件磷化處理工藝（銹蝕工件）
①脫脂 40～70℃ 3～8min
②水清洗 常溫 0.5～1.0min
③酸洗 40～70℃ 3～8min
④水清洗 常溫 0.5min
⑤中和 常溫 0.5～1.0min
⑥表面調(diào)整 常溫 0.5min
⑦磷化 35～60℃ 3～10min
⑧水清洗 常溫 0.5～1.0min
⑨脫離子水洗 常溫 0.5～1.0min
⑩鉻酸鹽水洗 40～70℃ 0.5～1.0min
⑾烘干 <180℃
除非有足夠的理由，酸洗工序一般不采用噴淋處理方式，噴淋會(huì)帶來(lái)設(shè)備腐蝕以及工件工序間生銹等一系列問(wèn)題。其他各工序均可采用全噴淋或噴-浸相結(jié)合的施工方式。
對(duì)于混合件（無(wú)銹工件、有銹、氧化皮工件同時(shí)混合處理），采用脫脂除銹“二合一”代替分步脫脂除銹的方法已經(jīng)應(yīng)用有幾十年的歷史，同樣可獲滿意效果。對(duì)于酸洗和脫脂除銹“二合一”一般采用非揮發(fā)性的無(wú)機(jī)酸較適宜。
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