鋼鐵常溫磷化處理工藝分析

段成林

摘 要：磷化是加強金屬抗蝕性能最為常用的一種方式。鋼鐵件通常會經(jīng)過涂裝以實現(xiàn)防腐、防銹的目標，在涂裝以前均需實施除銹、除油、鈍化以及磷化等相關(guān)處理，以增強漆膜的附著力與耐蝕性。本文就鋼鐵常溫磷化處理工藝進行深入地分析。

關(guān)鍵詞：鋼鐵；常溫；磷化；工藝

1.引言

鋼鐵常溫磷化依托降低能耗、操作便利、沉渣較少以及成本低等優(yōu)勢逐漸引起了各個企業(yè)的高度關(guān)注。然而，在日常生產(chǎn)環(huán)節(jié)，常溫磷化與中、高溫磷化相似，往往會由于各種原因而出現(xiàn)磷化后返銹、磷化膜不均勻等問題。此便需要表面處理技術(shù)工作者積累大量經(jīng)驗，可以及時、妥善地解決上述問題。

2.磷化簡介

磷化是最為常見的前處理技術(shù)，原理層面應(yīng)歸屬化學轉(zhuǎn)換膜處理，大都運用于鋼鐵表面磷化，有色金屬（比如：鋅、鋁）件同樣可以進行磷化。磷化是經(jīng)過電化學又或是化學反應(yīng)產(chǎn)生磷酸鹽化學轉(zhuǎn)化膜的環(huán)節(jié)，所產(chǎn)生的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜便是“磷化膜。

磷化的最終目標是為基體金屬提供相應(yīng)的保護，避免金屬發(fā)生腐蝕；主要運用于涂漆前打底，增強漆膜的附著力與耐蝕性；在金屬冷加工過程中發(fā)揮著降低摩擦的效用。

3.磷化處理技術(shù)發(fā)展歷程

磷化處理技術(shù)運用于工業(yè)中已經(jīng)有了100多年的歷史，主要有以下三個發(fā)展階段：

第一，磷化技術(shù)奠基階段。將磷化膜運用于鋼鐵件的保護膜，最早可追溯至英國Charles Ross在1869年所取得的專利。在此以后，磷化技術(shù)逐漸運用于工業(yè)制度。在經(jīng)歷了100多年的發(fā)展后，磷化處理工藝累積了大量的有益經(jīng)驗。

第二，磷化技術(shù)快速發(fā)展階段。在1909年，美國T.W.Coslet將氧化鋅、鋅又或是磷酸鋅鹽溶于磷酸當中生產(chǎn)出了全球首個鋅系磷化液。此研究成果在較大程度上推動了磷化技術(shù)的發(fā)展，豐富了磷化技術(shù)的發(fā)展空間。由Parker防銹公司開發(fā)的Parco Power配制磷化液，彌補了很多不足，將磷化處理時間縮減到1h以內(nèi)。在1929年，Bonderizing磷化技術(shù)將磷化時間縮減到10min內(nèi)。1934年，磷化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)獲得了革命性的進展，也就是運用了將磷化液噴射于工件表面的形式。

第三，磷化技術(shù)廣泛運用階段。二戰(zhàn)后，磷化技術(shù)的突破性發(fā)展相對較少，僅僅是平穩(wěn)的發(fā)展與優(yōu)化。磷化大量運用于金屬冷變形加工、防蝕等等。此階段磷化處理技術(shù)的重大變革主要有：低溫磷化、持續(xù)鋼帶高速磷化、各類調(diào)控磷化膜膜重的方式?，F(xiàn)階段，磷化技術(shù)主要會向著降低環(huán)境污染、加強質(zhì)量、節(jié)約能耗的方向不斷發(fā)展。

4.鋼鐵常溫磷化處理工藝

4.1 磷化機理

磷化環(huán)節(jié)大都是電化學的過程，涵蓋了金屬陽極溶解以及陰極氫離子放電，最終部分酸度下降，磷酸鹽水解沉積于金屬表面。在金屬和侵蝕液體相互接觸的時候，在酸性溶液里面金屬外表有著非常多由陰極區(qū)與陽極區(qū)所構(gòu)成的微電池，在陽極區(qū)內(nèi)金屬發(fā)生溶解，在陰極區(qū)內(nèi)姓曾氣體。

尤其是在微陽極表面，產(chǎn)生了無定行的磷酸鹽層。此類磷酸鹽層和基體有著較強的粘結(jié)力，由于產(chǎn)生成磷酸鹽層時將金屬鐵皮包裹于其中。在微陰極表面因為H+的耗費導致酸度下降，磷酸鹽便會以不溶解的結(jié)晶方式而沉淀出來，產(chǎn)生磷化膜。添加促進劑的目的便是為了可以在比較低的溫度下保持較快的磷化反應(yīng)。實驗過程中為了在較低溫度環(huán)境下實施磷化，并且運用了NO3-、ClO3-以及NO2-等其它促進劑，所以在40℃以下能夠?qū)嵤┝谆?/p>

4.2 磷化預處理

（1）除油

磷化膜的結(jié)晶形態(tài)，遭受著堿性清洗技術(shù)造成的影響。為了能夠得到晶粒致密、細小的磷化膜，往往需運用弱堿性清洗液，有利于增加金屬表面活性點的數(shù)目，進而加速磷化成膜的速率，能夠?qū)崿F(xiàn)迅速、低溫的目標。因此，選擇Na3PO4、Na2CO3、Na2SiO3的混合溶液作為基礎(chǔ)液，再加上合適數(shù)量的非、陰離子復合表面活性劑所構(gòu)成的除油液，不但可以確保有效清除工件表面的油污，同樣還不會對金屬基體造成腐蝕。

（2）除銹

酸洗處理在清理金屬外表氧化皮與銹蝕物的過程中，通常會基體造成腐蝕，削減表面活性點的數(shù)目，有礙于常溫磷化，因此，對于銹蝕問題較輕的金屬表面需運用比較稀的酸溶液除銹，同時需防止長期浸泡，此對于常溫磷化技術(shù)的預處理有著極為重要的作用。國內(nèi)企業(yè)大都采用硫酸或者鹽酸進行除銹，其主要優(yōu)點便是可以迅速除銹，并且極易形成過腐蝕，縮減了金屬外表的活性點。通常因為除銹以后水洗不充分，而將SO42-、Cl-帶入到磷化液中，同樣會對磷化成效造成影響。

4.3 磷化工藝

（1）工藝步驟

熱軋鋼片→除油→水洗→除銹→水洗→磷化→水洗→自然晾干（又或是烘干） →檢驗。磷化時間保持在15～35min范圍內(nèi)，磷化溫度控制在5～40℃，磷化完成以后自然晾干，在24h以后實施質(zhì)量檢測。

（2）磷化液配方

ZnO：10g·L-1 ；HNO3（66%）：5ml·L-1 ；H3PO4（84%）：20mL·L-1 ；NaNO2：0.5g·L-1 ；KClO3：0.1g·L-1 ；酒石酸：5g·L-1 ；Ni（NO3）2.6H2O：4g·L-1 ；添加劑與表面活性劑：微量；溫度：5～40 ℃。

（3）檢驗

1）重量

運用單位面積的磷化膜的重量進行表示（g·m-2 ）。退膜液根據(jù)GB6807-86附錄A實施配制，成份：CrO3 50g·L-1 ，退膜：15min，溫度：70～80 ℃。

2）耐蝕性

第一，硫酸銅點滴試驗。點滴液根據(jù)GB6807-86附錄D進行配制，NaCl 35g·-1 ，CuSO4.5H2O4 1g·L-1 ，0.1mol·L-1 HCl 13mL·L-1 。主要原理：在溫度15～25℃環(huán)境下，在磷化膜外表滴上少許蝕液，并且開啟秒表計時，記錄液滴從天藍色變成淡紅色所需的時間。

第二，3%氯化鈉溶液浸蝕試驗。主要原理：在溫度25 ℃環(huán)境下，察看同時記錄浸泡于NaCl中的試片產(chǎn)生首個銹點的時間。

結(jié)論

綜上所述，常溫磷化是目前磷化工藝發(fā)展的主要方向，同樣還是現(xiàn)階段研究最為活躍、保密性極強的磷化處理工藝，其有效彌補了高中溫磷化成本高昂、能耗較大以及效率偏低的缺點，所以在涂裝技術(shù)領(lǐng)域引起人們的高度重視。近幾年內(nèi)，有非常多與此相關(guān)的報導，然而大部分常溫磷化技術(shù)又或是磷化液都存在著配方繁雜、成本高昂、磷化環(huán)節(jié)難以管理，性能急需加強，嚴重影響了常溫磷化工藝的運用，亟待相關(guān)人員開展更進一步的研究。

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