常溫磷化工藝在噴涂線上的應(yīng)用分析

仲巖

（天津七所高科技有限公司，天津300409）

1 引言

針對(duì)鋼制零部件的磷化膜修復(fù)問題，以磷化膜局部修補(bǔ)為主的常溫磷化工藝顯得尤為重要。大多數(shù)情況下，常溫磷化工藝的實(shí)施溫度普遍為15～30℃。與高溫磷化工藝或者中溫磷化工藝相比，常溫磷化工藝產(chǎn)生的能量消耗更低，所以在噴涂線上的應(yīng)用更為廣泛。

2 常溫磷化工藝概述

在常溫磷化工藝的應(yīng)用過程中，促進(jìn)劑以及表面調(diào)整劑的選擇直接決定著常溫磷化的成敗。

2.1 促進(jìn)劑的選擇

在常溫磷化工藝的應(yīng)用中，促進(jìn)劑的使用對(duì)于磷化膜的形成具有積極的作用，不僅可以提升磷化膜的生長(zhǎng)速度，還可以加強(qiáng)磷化溫度的控制，確保形成的磷化膜具有薄而細(xì)致的特點(diǎn)。

2.1.1 氧化物

常用的氧化物型促進(jìn)劑主要包含以下幾種：硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯酸鹽、過氧化氫和鉬酸鹽。

常用的硝酸鹽又可以分為以下幾種類型：硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋅、硝酸鎳、硝酸錳、硝酸鈣。無論是哪一種硝酸鹽，其穩(wěn)定性都非常強(qiáng)，對(duì)于磷化膜的形成能夠發(fā)揮的促進(jìn)作用也十分明顯。需要注意的是，如果選擇硝酸鹽作為促進(jìn)劑，那么一定要加強(qiáng)NO3-與PO43-的質(zhì)量濃度比。如果二者之間的比值太高，雖然會(huì)快速地形成磷化膜，但是卻會(huì)使磷化膜顏色發(fā)黃。

在常溫鋅系磷化中，亞硝酸鹽的應(yīng)用效果最為顯著，所以其應(yīng)用也最為廣泛。但是NO2-的穩(wěn)定性不強(qiáng)，所以使用量一般都為0.1～0.2g/L。另外，將NO2-和NO3-配合起來，對(duì)于常溫系鋅系磷化的促進(jìn)作用更加顯著，而NO3-的使用量也會(huì)控制在約10g/L。但是在實(shí)際的磷化過程中，如果選擇硝酸鹽或者亞硝酸鹽作為促進(jìn)劑，那么還會(huì)產(chǎn)生一些有害氣體NOx，所以必須要對(duì)磷化過程的環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的控制，確保其通風(fēng)良好[1]。

作為一種強(qiáng)氧化劑，氯酸鹽經(jīng)常被應(yīng)用到常溫鋅系磷化中。而且在整個(gè)常溫磷化工藝的應(yīng)用過程中，ClO3-的穩(wěn)定性比較高，所以只需要添加一次即可，無須后期補(bǔ)加，其添加量也只需要控制在0.5%～1.0%。需要注意的是，ClO3-的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生一些廢渣，同時(shí)Cl 還會(huì)對(duì)磷化膜進(jìn)行腐蝕，所以主要應(yīng)用于黑色金屬拉絲。

與NO2-相比，選擇過氧化氫作為促進(jìn)劑，成膜速度更快，磷化膜孔隙率更低，但是過氧化氫的添加量比較多。另外，過氧化氫不具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，所以主要應(yīng)用于鋅系噴淋的時(shí)候。

鉬酸鹽也是一種應(yīng)用非常廣泛的促進(jìn)劑，但是主要應(yīng)用在輕鐵系磷化中。它的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在：既可以促進(jìn)成膜，降低膜重，又可以發(fā)揮鈍化和緩蝕的作用。所以，在實(shí)際的常溫磷化工藝應(yīng)用中，鉬酸鹽的應(yīng)用可以保證磷化液的穩(wěn)定性。

2.1.2 重金屬鹽類

能夠用作促進(jìn)劑的重金屬鹽類，主要有以下幾種：銅鹽、錳鹽、鈣鹽。重金屬鹽類的應(yīng)用可以促進(jìn)晶核的形成，并對(duì)晶粒進(jìn)行細(xì)化處理，保證磷化膜的順利形成。首先，銅鹽的應(yīng)用，其促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在：加速磷化膜的形成，對(duì)結(jié)晶進(jìn)行細(xì)化處理，使膜重降低，強(qiáng)化磷化膜的耐蝕性。但是如果選擇銅鹽作為催化劑，那么使用量非常大，成本較高。其次，錳鹽的應(yīng)用，其主要在鋅系磷化液中使用，可以保證Zn-Mn 復(fù)合磷化膜的形成。與此同時(shí)，還可以與鎳研配合使用，促使低鋅的鋅-鎳-錳三元合金磷化液的形成。通常情況下，這種磷化液主要在電泳涂裝前使用。最后，鈣鹽的應(yīng)用，多見于中溫磷化，很少在常溫磷化工藝中應(yīng)用[2]。

2.2 表面調(diào)整劑的選擇

針對(duì)鋅系的常溫磷化，在正式開始之前，需要對(duì)工件表面進(jìn)行調(diào)整，增加工件表面的晶核量和自由能。只有這樣，才能夠保證形成的磷化膜均勻而細(xì)致，不會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶粗大、孔隙多等問題。一般情況下，如果對(duì)工件表面進(jìn)行酸洗除銹處理或者強(qiáng)堿除油處理，那么工件表面的特性就會(huì)發(fā)生變化。常用的表面調(diào)整劑主要有2 種：一種是酸性表面調(diào)整劑，多用于中溫磷化工藝；另一種是堿性表面調(diào)整劑，主要在常溫磷化工藝中應(yīng)用[3]。

3 常溫磷化工藝在噴涂線上的具體應(yīng)用

3.1 工件表面處理

在正式開始涂裝之前，要對(duì)工件的表面進(jìn)行處理。其具體的處理流程為：第一步除油；第二步水洗；第三步除銹；第四步水洗；第五步表調(diào)；第六步磷化。經(jīng)過系統(tǒng)的表面處理之后，工件表面的油污和氧化物就會(huì)被清除干凈，并形成一種磷化膜。而磷化膜的存在就可以使工件的防腐性能得到提升，為后續(xù)的涂層質(zhì)量打好基礎(chǔ)。

3.2 磷化處理

針對(duì)涂裝的前置處理，磷化處理發(fā)揮著十分重要的作用。當(dāng)工件浸入磷化液之后，工件的表面就會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)，并形成磷化膜。而這一磷化膜的特點(diǎn)是：結(jié)合牢固、細(xì)密、多孔、對(duì)外層涂料的吸附力極強(qiáng)?？梢耘c后續(xù)工序中噴涂在工件表面的涂裝層進(jìn)行緊密的結(jié)合。這樣一來，工件的抗腐蝕性能也就得到了顯著的提升。另外，磷化膜自身就具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，再加上磷化處理，其抗腐蝕性能將更加強(qiáng)大，甚至比氧化發(fā)黑保護(hù)層的抗腐蝕性能還要強(qiáng)[4]。

常見的磷化處理方法主要有3 種：高溫磷化處理、中低溫磷化處理及常溫磷化處理。在科學(xué)技術(shù)不斷提升的同時(shí)，磷化處理工藝也越來越成熟，常溫磷化液和氧化促進(jìn)劑的生產(chǎn)質(zhì)量也越來越高，市場(chǎng)銷售價(jià)格也越來越低。而這些均為常溫磷化工藝的推廣與應(yīng)用打好了基礎(chǔ)。但不同溫度的磷化工藝性能參數(shù)也有著明顯的區(qū)別，具體如表1 所示。

表1 不同溫度的磷化工藝性能參數(shù)對(duì)比

4 結(jié)語

在噴涂線上，常溫磷化工藝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）在常溫10～45℃就可以實(shí)施磷化工藝，磷化液無須加熱就可以直接使用，能源消耗偏低，能源成本可控；（2）形成的磷化層結(jié)晶細(xì)微，膜層較薄，磷化液消耗比較少，而且常溫下不容易蒸發(fā)、溶液更加穩(wěn)定，針對(duì)溶液的調(diào)整與維護(hù)更加輕松、便捷，可以使溶液的使用時(shí)間得到延長(zhǎng)；（3）磷化液中不會(huì)出現(xiàn)較多的沉淀物，清槽周期較長(zhǎng)，固廢產(chǎn)生比較少，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。在噴涂線上，常溫磷化工藝的應(yīng)用劣勢(shì)主要體現(xiàn)磷化時(shí)間太長(zhǎng)方面，所以如果涂裝生產(chǎn)線的運(yùn)行速度較快，那么就不適合使用常溫磷化工藝。但是近年來，在國家節(jié)能減排理念的影響下，越來越多的生產(chǎn)企業(yè)開始通過調(diào)整促進(jìn)劑配方的方法調(diào)整磷化時(shí)間。相信在未來的一段時(shí)間內(nèi)，常溫磷化工藝的應(yīng)用必將越來越廣泛。