磷化前的預(yù)處理和兩種常用磷化工藝

1、精品資料推薦磷化前的預(yù)處理和兩種常用磷化工藝關(guān)鍵詞 : 磷化 化學(xué) 工藝 油脂 清洗劑磷化前的預(yù)處理一般情況下，磷化處理要求工件表面應(yīng)是潔凈的金屬表面（二合一、三合一、四合 一例外）。工件在磷化前必須進(jìn)行除油脂、銹蝕物、氧化皮以及表面調(diào)整等預(yù)處理。特 別是涂漆前打底用磷化還要求作表面調(diào)整，使金屬表面具備一定的 活性 ，才能獲得均 勻、細(xì)致、密實(shí)的磷化膜，達(dá)到提高漆膜附著力和耐腐蝕性的要求。因此，磷化前處理 是獲得高質(zhì)量磷化膜的基礎(chǔ)。1 除油脂 除油脂的目的在于清除掉工件表面的油脂、油污。包括機(jī)械法、化學(xué)法兩類。機(jī)械 法主要是：手工擦刷、噴砂拋丸、火焰灼燒等?；瘜W(xué)法主要：溶劑清洗、酸性清洗劑清

2、洗、強(qiáng)堿液清洗，低堿性清洗劑清洗。以下介紹化學(xué)法除油脂工藝。1.1 溶劑清洗 溶劑法除油脂，一般是用非易燃的鹵代烴蒸氣法或乳化法。最常見的是采用三氯乙 烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽除油脂。蒸汽脫脂速度快，效率高，脫脂干凈徹底，對(duì)各 類油及脂的去除效果都非常好。在氯代烴中加入一定的乳化液，不管是浸泡還是噴淋效 果都很好。由于氯代鹵都有一定的毒性，汽化溫度也較高，再者由于新型水基低堿性清 洗劑的出現(xiàn)，溶劑蒸汽和乳液除油脂方法現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。1.2 酸性清洗劑清洗 酸性清洗劑除油脂是一種應(yīng)用非常廣泛的方法。它利用表面活性劑的乳化、潤(rùn)濕、 滲透原理，并借助于酸腐蝕金屬產(chǎn)生氫氣的機(jī)械剝離作用，達(dá)到除油

3、脂的目的。酸性清 洗劑可在低溫和中溫下使用。低溫一般只能除掉液態(tài)油，中溫就可除掉油和脂，一般只 適合于浸泡處理方式。酸性清洗劑主要由表面活性劑（如 OP類非離子型活性劑、陰離 子磺酸鈉型）、普通無機(jī)酸、緩蝕劑三大部分組成。由于它兼?zhèn)溆谐P與除油脂雙重功 能，人們習(xí)慣稱之為 二合一 處理液。鹽酸、硫酸酸基的清洗劑應(yīng)用最為廣泛，成本低，效率較高。但酸洗殘留的Cl- 、SO42-對(duì)工件的后腐蝕危害很大。而磷酸酸基沒有腐蝕物殘留的隱患，但磷酸成本較高，清洗 效率低些。對(duì)于鋅件，鋁件一般不采用酸性清洗劑清洗，特別鋅件在酸中的腐蝕極快。1.3 強(qiáng)堿液清洗 強(qiáng)堿液除油脂是一種傳統(tǒng)的有效方法。它是利用強(qiáng)堿對(duì)植

4、物油的皂化反應(yīng)，形成溶 于水的皂化物達(dá)到除油脂的目的。 純粹的強(qiáng)堿液只能皂化除掉植物油脂而不能除掉礦物 油脂。因此人們通過在強(qiáng)堿液中加入表面活性劑，一般是磺酸類陰離子活性劑，利用表 面活性劑的乳化作用達(dá)到除礦物油的目的。強(qiáng)堿液除油脂的使用溫度都較高，通常 80 。常用強(qiáng)堿液工藝如下： 處理溫度 80 處理時(shí)間 5 20min 處理方式 浸泡、噴淋均可 強(qiáng)堿液除油脂需要較高溫度，能耗大，對(duì)設(shè)備腐蝕性也大，并且材料成本并不算低，因 此這種方法的應(yīng)用正逐步減少。1.4 低堿性清洗液清洗低堿性清洗液是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一類除油脂劑。 它的堿性低， 一般 pH值為 9 12。對(duì)設(shè)備腐蝕較小，對(duì)工件表面狀

5、態(tài)破壞小，可在低溫和中溫下使用，除油脂效率較 高。特別在噴淋方式使用時(shí)， 除油脂效果特別好。 低堿性清洗劑主要由無機(jī)低堿性助劑、 表面活性劑、消泡劑等組成。無機(jī)型助劑主要是硅酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸鈉、碳酸鈉 等。其作用是提供一定的堿度，有分散懸浮作用?？煞乐姑撓聛淼挠椭匦挛皆诠ぜ?表面。表面活性劑主要采用非離子型與陰離子型，一般是聚氯乙烯OP類和磺酸鹽型，它在除油脂過程中起主要的作用。在有特殊要求時(shí)還需要加入一些其它添加物，如噴淋 時(shí)需要加入消泡劑，有時(shí)還加入表面調(diào)整劑，起到脫脂、表調(diào)雙重功能。一般常用的低 堿性清洗液工藝如下： 浸泡型 噴淋型 處 理 溫 度 常溫 80 處 理 時(shí) 間

6、5 20min 浸泡型清洗劑主要應(yīng)注意的是表面活性劑的濁點(diǎn)問題，當(dāng)處理溫度高于濁點(diǎn)時(shí)，表面活 性劑析出上浮，使之失去脫脂能力，一般加入陰離子型活性劑即可解決。噴淋型清洗劑 應(yīng)加入足夠的消泡劑，在噴淋時(shí)不產(chǎn)生泡沫尤為重要。 鋁件、鋅件清洗時(shí)，必須考慮到它們?cè)趬A性條件下的腐蝕問題，一般宜用接近中性的清 洗劑。2 酸洗酸洗除銹、除氧化皮的方法是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的方法。利用酸對(duì)氧化物溶解 以及腐蝕產(chǎn)生氫氣的機(jī)械剝離作用達(dá)到除銹和除氧化皮的目的。 酸洗中使用最為常見的 是鹽酸、硫酸、磷酸。硝酸由于在酸洗時(shí)產(chǎn)生有毒的二氧化氮?dú)怏w，一般很少應(yīng)用。鹽 酸酸洗適合在低溫下使用，不宜超過 45，使用濃度 10

7、% 45%，還應(yīng)加入適量的酸霧 抑制劑為宜。硫酸在低溫下的酸洗速度很慢，宜在中溫使用，溫度 50 80，使用濃度 10%25%。磷酸酸洗的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生腐蝕性殘留物（鹽酸、硫酸酸洗后或多或少會(huì)有 少會(huì)有 Cl- 、SO42-殘留），比較安全，但磷酸的缺點(diǎn)是成本較高，酸洗速度較慢，一般 使用濃度 10% 40%，處理溫度可常溫到 80。在酸洗工藝中，采用混合酸也是非常有 效的方法，如鹽酸 -硫酸混合酸，磷酸 - 檸檬酸混合酸。在酸洗除銹除氧化皮槽液中，必須加入適量的緩蝕劑。緩蝕劑的種類很多，選用也 比較容易，它的作用是抑制金屬腐蝕和防止 氫脆 。但酸洗氫脆敏感的工件時(shí)，緩蝕 劑的選擇應(yīng)特別小心，

8、因?yàn)槟承┚徫g劑抑制二個(gè)氫原子變?yōu)闅浞肿拥姆磻?yīng)，即： 2H H2，使金屬表面氫原子的濃度提高，增強(qiáng)了 氫脆傾向。因此必須查閱有關(guān)腐 蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)，或做 氫脆 試驗(yàn)，避免選用危險(xiǎn)的緩蝕劑。3 表面調(diào)整 表面調(diào)整的目的，是促使磷化形成晶粒細(xì)致密實(shí)的磷化膜，以及提高磷化速度。表 面調(diào)整劑主要有兩類，一種是酸性表調(diào)劑，如草酸。另一種是膠體鈦。兩者的應(yīng)用都非 常普及，前者還兼?zhèn)溆谐p銹（工件運(yùn)行過程中形成的 水銹及風(fēng)銹 ）的作用。在磷 化前處理工藝中， 是否選用表面調(diào)整工序和選用那一種表調(diào)劑都是由工藝與磷化膜的要 求來決定的。一般原則是： 涂漆前打底磷化、 快速低溫磷化需要表調(diào)。 如果工件在進(jìn)入磷化槽時(shí)，

9、已經(jīng)二次生銹，最好采用酸性表調(diào)，但酸性表調(diào)只適合于 50的中溫磷化。一般中溫 鋅鈣系磷化不表調(diào)也行。磷化前預(yù)處理工藝是：除油脂- 水洗- 酸洗- 水洗- 中和- 表調(diào)- 磷化 除油除銹二合一- 水洗- 中和- 表調(diào)- 磷化 除油脂- 水洗- 表調(diào)- 磷化中和一般就是 0.2%1.0%純堿水溶液。 在有些工藝中對(duì)重油脂工件， 還增加預(yù)除油脂工 序。磷化工藝（ 1）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、包裝貯存及使用過程中的防銹，防銹磷化主要有鐵系磷化、鋅系

10、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/ , 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最佳性能，磷化膜微觀結(jié)構(gòu)呈顆粒密堆集狀，是應(yīng)用最 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 80100，處理時(shí)間 1020min，膜重在 7.5 克/ 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 8090，處

11、理時(shí)間 1015min，磷化膜重大于 7.5g/ , 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 通過強(qiáng)堿強(qiáng)酸處理過的工件會(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 涂油或染色處理可將防銹性提高幾位甚至幾十倍，見表 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）（鹽霧 ASTM B117-64

12、）裸鋼0.5鋼+涂油15.0鋼 +16g/ 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。這類耐磨減摩磷化處理溫度 70100，處理時(shí)間 10 20min，磷化膜重大于 7.5g/ 。在冷加工行

13、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 410min， 有時(shí)甚至幾十秒鐘即可，磷化膜重量要求 3g/ 便可。工藝流程是：1、耐磨減摩磷化2、減摩潤(rùn)滑磷化（冷加工）除油除銹 水清洗 錳系磷化 水清洗 干燥 涂潤(rùn)滑油脂除油除銹水清洗鋅系磷化 水清洗 皂化（硬脂酸鈉） 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

14、要問題是磷化膜必須 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、均勻、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。一般來說，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）工件必須經(jīng)過酸洗工序，而酸洗后的工件將給磷化帶來很多麻煩，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，磷化工件必須存放一段時(shí)間后才能涂漆，

15、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，磷化膜的厚度最好應(yīng)在 2.0 4.5g/ 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 35 天，可用低溫鋅系、輕鐵系磷化，烘干效果會(huì)好于自然涼干。對(duì)于不同涂漆品種的施工方法，如普通空氣靜電噴漆、靜電粉末涂裝、電泳涂漆， 其總的要求是磷化膜均勻、細(xì)致、膜較薄。特別是對(duì)靜電粉末涂裝，電泳電著涂裝，要 求磷化膜絕對(duì)不能粗厚。因此輕鐵系磷化在粉末涂裝和陽極電泳上顯示了某些優(yōu)越性。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，

16、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； 然后噴淋水洗，水洗完成后關(guān)閉水洗閥門；下一步再噴淋磷化液，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

17、圍小容量罐體盛處理液，通過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： 預(yù)脫脂 50 70 1 2min 脫脂 50 70 2 4min 水清洗 12道 常溫 0.5 1.0min 表面調(diào)整 常溫 0.5 1.0min 磷化 35 60 2 6min 水清洗 2 道 常溫 0.5 1.0min 去離子水洗 常溫 0.5 1.0min 鉻酸鹽處理 40 70 0.5 1.0min 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

18、，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)整工序并非必須，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（見表2），但由于鉻的環(huán)境污染問題，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）（鹽霧 ASTMB117-6）4去離子水洗鉻酸鹽處理輕鐵系0.54896鋅系2.0144240鋅鈣系1.2216288鋅系2.0192312鋅鈣系2.5264360數(shù)據(jù)來源與表 1 相同3.3 混合件磷化處理工藝（銹蝕工件） 脫脂 40 70 3 8

19、min 水清洗 常溫 0.5 1.0min 酸洗 40 70 3 8min 水清洗 常溫 0.5min 中和 常溫 0.5 1.0min 表面調(diào)整 常溫 0.5min 磷化 35 60 3 10min 水清洗 常溫 0.5 1.0min 脫離子水洗 常溫 0.5 1.0min 鉻酸鹽水洗 40 70 0.5 1.0min 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)帶來設(shè)備腐蝕以及 工件工序間生銹等一系列問題。 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)

20、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)性的無機(jī)酸較適宜。磷化工藝（ 2）在磷化工序中，由于各個(gè)磷化液生產(chǎn)廠家和就應(yīng)用廠家基于不同的性能要求，涉及 不同配方的磷化液在磷化工藝中應(yīng)用。但規(guī)模商品化應(yīng)用的也僅只有幾大主要類型，如 輕鐵系、鋅系、錳系、鋅鈣系， 所采用的的促進(jìn)劑基本都是鉬酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、 氯酸鹽、有機(jī)硝硝基化合物等。磷化處理溫度通常為常溫型5 30，低溫型 3545，中溫型 50 70。在磷化配方中，大家也許還經(jīng)?？梢姷?三合一 、四合一 ，即除油除銹磷化鈍化 綜合處理劑，由于這類幾合一處理劑，在國(guó)內(nèi)外都不提倡采用，這里不作敘述。1 配方組成及性能1.1 常溫低溫型磷化常溫磷化是不加溫磷化，溫度范圍是 530。低溫磷化通常指磷化溫度為 3545 的磷化工藝，在有些情況下即使溫度偏高偏低一點(diǎn)，也認(rèn)為是低溫磷化，尚無統(tǒng)一的 標(biāo)準(zhǔn)。常溫低溫磷化絕大部分以輕鐵系磷化、鋅系磷化為主，當(dāng)然也有改進(jìn)型，如在鋅 系磷化中加入 Mn2+、Ca2+、Ni2+ 等改性，仍習(xí)慣稱之為鋅系磷化，配方及性能見表 1。鐵系輕型磷化形成彩色或灰色磷化膜，