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鋼鐵表面處理製程—磷化
2025年4月14日
這磷化工藝是透過化學和電化學反應生成磷酸鹽化學轉化膜的過程。所形成的磷酸鹽轉化膜稱為磷化膜。磷化的主要目的是對基體金屬提供保護，在一定程度上防止金屬被腐蝕；作為塗裝前的底漆，提高漆膜層的附著力和耐腐蝕性；在金屬冷加工過程中起減摩潤滑作用。
1.防銹磷化工藝
磷化製程的早期應用是防銹。鋼件經磷化處理後，形成一層磷化膜，以防銹作用。經磷化處理的工件防銹期可達數月，甚至數年（塗油工件）。磷化廣泛應用於加工、運輸、包裝、儲存和使用過程中的防銹。防銹磷化主要有鐵系磷化、鋅系磷化、錳系磷化。1 鐵系磷化主要槽液成分為磷酸亞鐵溶液，不含氧化促進劑，遊離酸度較高。此鐵系磷化處理溫度高於95℃，處理時間大於30分鐘，磷化膜重量大於10g/m2，兼具除鏽及磷化雙重功能。這種高溫鐵系磷化由於磷化速度太慢，目前很少採用。
2.錳繫磷化作為防銹磷化性能最佳，磷化膜微觀結構為顆粒緊密排列，是應用最廣泛的防銹磷化。可加或不加促進劑，若添加硝酸鹽或硝基胍類促進劑，可加速磷化膜成膜速度。通常處理溫度為80-100℃，處理時間為10-20分鐘，膜重≥7.5公克/平方公尺。
③鋅系磷化也是一種廣泛應用的防銹磷化。通常採用硝酸鹽作為促進劑。處理溫度為80-90℃，處理時間為10-15分鐘，磷化膜重量大於7.5g/m2，磷化膜微觀結構一般為針狀密排型。
4防銹磷化一般製程：
除油除鏽—水洗—表調活化—磷化—水洗—鉻酸鹽處理—烘乾—去脂或染色
5.經強鹼、強酸處理的工件，會使磷化膜粗化，表面調整活化可細化晶粒。鋅系磷化可用草酸、膠體鈦進行調整。錳系磷化可用不溶性磷酸錳懸浮液進行活化。鐵系磷化一般不需調整、活化。磷化工件經鉻酸鹽封閉處理後，抗鏽蝕性能可大幅提高，塗油或染色後，防銹性能可提高數倍甚至數十倍。
2.耐磨、減摩、潤滑磷化工藝
1 對於引擎活塞環、齒輪、冷凍壓縮機等工件，不僅承受主要負荷，還有運動摩擦，要求工件具有減摩抗磨損性能。錳系磷化膜硬度高、熱穩定性好，耐磨，磷化膜具有良好的減摩潤滑效果，因此廣泛應用於活塞環、軸承支架、壓縮機等零件。此類耐磨減摩磷化處理溫度為70-100℃，處理時間為10-20min，磷化膜重量大於7.5g/m2。
2.在冷加工產業，如：管材連接、拉絲、擠壓、深沖等工序中，要求磷化膜具有減摩、潤滑等性能，一般採用鋅系磷化。首先，鋅系磷化膜經皂化後形成一層潤滑良好的硬脂酸鋅層。其次，鋅系磷化操作溫度較低，磷化處理可在40、60或90℃下進行，磷化時間為4-10min，有時甚至數十秒。磷化膜重量要求≥3g/m2。
製程流程如下：
A 耐磨減摩磷化 減摩潤滑磷化（冷加工）
B 除油除鏽 除油除鏽
C 水洗 水洗
D 錳繫磷化、鋅系磷化
E 水洗 水洗
F 乾燥皂化（硬脂酸鈉）
G 潤滑脂 乾燥
三、塗裝前磷化工藝
1 塗底漆前進行磷化處理，將提高漆膜與基體金屬之間的附著力，提高整個塗裝體系的耐腐蝕性；在工序間提供保護，避免二次生鏽。因此，塗裝前磷化的首要問題是磷化膜必須與底漆有極佳的匹配性，而磷化膜本身的防銹性能則是次要的。磷化膜細密緻密，且較薄。當磷化膜過厚時，會對漆膜的綜合性能產生負面影響。磷化系統和製程的選擇主要取決於：工件材質、油鏽程度、幾何形狀；磷化與塗裝之間的時間間隔；底漆種類及施工方法以及相關的現場設備條件。
2 一般而言，低碳鋼比高碳鋼更容易磷化，磷化膜性能也較好。對於生鏽（氧化）的工件，必須經過酸洗工序，而酸洗後的工件會給磷化帶來諸多麻煩，如工序間生鏽發黃、殘酸去除、磷化膜粗化等。酸洗後的工件一般需要
③在間歇性生產場合，由於條件所限，磷化工件需存放一段時間後才能塗裝，因此要求磷化膜本身俱有良好的防銹性能。若存放期超過10天，一般應採用中溫磷化，如中溫鋅、中溫鋅錳、中溫鋅鈣等，磷化膜厚度最好在2.0～4.5g/m2之間。磷化後的工件應立即乾燥，不宜自然乾燥，以免縫隙、焊接點等處生鏽。若存放期只有3～5天，可採用低溫鋅、光鐵體系磷化，乾燥效果會比自然乾燥更好。
四、磷化性能
1 耐腐蝕
在大氣、礦物油、植物油、苯、甲苯中耐腐蝕性能良好，在鹼、酸、水蒸氣中耐腐蝕性能差，在200-300℃仍有一定的耐腐蝕性能，當溫度達到450℃時，膜層的耐腐蝕性能明顯下降。
2 特殊屬性
如增加黏著性、潤滑性、以及抗摩擦和磨損性能。
五、磷化檢測
1.磷化膜檢查
①外觀檢查
磷化膜用肉眼觀察應為均勻、連續、緻密的晶體結構。表面不應有未磷化的殘留毛坯或鏽斑。由於前處理方法和效果不同，允許出現不同顏色的磷化膜，但不允許出現褐色。
②耐腐蝕檢驗
A 浸泡法：將磷化後的試樣浸泡在3%氯化鈉溶液中，兩小時後取出，表面無鏽跡即為合格。時間越長，表面無鏽跡出現，表示磷化膜的耐腐蝕性越好。
B 滴加法：室溫下，將藍點試劑滴在磷化膜上，觀察其變色時間。變色時間隨磷化膜厚度不同而變化。厚膜>5分鐘，中膜>2分鐘，薄膜>1分鐘。
2. 酸度
遊離酸度的測定
用移液器吸取10毫升試液於250毫升錐形瓶中，加50毫升蒸餾水，加2-3滴甲基橙指示劑（或溴酚藍指示劑）。以0.1mol/l氫氧化鈉標準溶液滴定至溶液變成橘色（或以溴酚藍指示劑滴定至溶液由黃色變為藍紫色），即為終點。消耗的氫氧化鈉標準溶液毫升數即為該滴定的遊離酸度點。
B 總酸度的測定
吸取10 ml試液於250ml錐形瓶中，加入50ml蒸餾水，加入2-3滴酚酞指示劑。以0.1mol/l氫氧化鈉標準溶液滴定至溶液呈粉紅色為終點。消耗的氫氧化鈉標準溶液毫升數即為該滴定的總酸度點