段成林

摘 要：磷化是加強(qiáng)金屬抗蝕性能最為常用的一種方式。鋼鐵件通常會(huì)經(jīng)過(guò)涂裝以實(shí)現(xiàn)防腐、防銹的目標(biāo)，在涂裝以前均需實(shí)施除銹、除油、鈍化以及磷化等相關(guān)處理，以增強(qiáng)漆膜的附著力與耐蝕性。本文就鋼鐵常溫磷化處理工藝進(jìn)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(shì)逐漸引起了各個(gè)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(huì)由于各種原因而出現(xiàn)磷化后返銹、磷化膜不均勻等問(wèn)題。此便需要表面處理技術(shù)工作者積累大量經(jīng)驗(yàn)，可以及時(shí)、妥善地解決上述問(wèn)題。

2.磷化簡(jiǎn)介

磷化是最為常見(jiàn)的前處理技術(shù)，原理層面應(yīng)歸屬化學(xué)轉(zhuǎn)換膜處理，大都運(yùn)用于鋼鐵表面磷化，有色金屬（比如：鋅、鋁）件同樣可以進(jìn)行磷化。磷化是經(jīng)過(guò)電化學(xué)又或是化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生磷酸鹽化學(xué)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(biāo)是為基體金屬提供相應(yīng)的保護(hù)，避免金屬發(fā)生腐蝕；主要運(yùn)用于涂漆前打底，增強(qiáng)漆膜的附著力與耐蝕性；在金屬冷加工過(guò)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(yùn)用于工業(yè)中已經(jīng)有了100多年的歷史，主要有以下三個(gè)發(fā)展階段：

第一，磷化技術(shù)奠基階段。將磷化膜運(yùn)用于鋼鐵件的保護(hù)膜，最早可追溯至英國(guó)Charles Ross在1869年所取得的專利。在此以后，磷化技術(shù)逐漸運(yùn)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?yán)鄯e了大量的有益經(jīng)驗(yàn)。

第二，磷化技術(shù)快速發(fā)展階段。在1909年，美國(guó)T.W.Coslet將氧化鋅、鋅又或是磷酸鋅鹽溶于磷酸當(dāng)中生產(chǎn)出了全球首個(gè)鋅系磷化液。此研究成果在較大程度上推動(dòng)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(kāi)發(fā)的Parco Power配制磷化液，彌補(bǔ)了很多不足，將磷化處理時(shí)間縮減到1h以內(nèi)。在1929年，Bonderizing磷化技術(shù)將磷化時(shí)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(jìn)展，也就是運(yùn)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(yùn)用階段。二戰(zhàn)后，磷化技術(shù)的突破性發(fā)展相對(duì)較少，僅僅是平穩(wěn)的發(fā)展與優(yōu)化。磷化大量運(yùn)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(lèi)調(diào)控磷化膜膜重的方式。現(xiàn)階段，磷化技術(shù)主要會(huì)向著降低環(huán)境污染、加強(qiáng)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(jī)理

磷化環(huán)節(jié)大都是電化學(xué)的過(guò)程，涵蓋了金屬陽(yáng)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(shí)候，在酸性溶液里面金屬外表有著非常多由陰極區(qū)與陽(yáng)極區(qū)所構(gòu)成的微電池，在陽(yáng)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(yáng)極表面，產(chǎn)生了無(wú)定行的磷酸鹽層。此類(lèi)磷酸鹽層和基體有著較強(qiáng)的粘結(jié)力，由于產(chǎn)生成磷酸鹽層時(shí)將金屬鐵皮包裹于其中。在微陰極表面因?yàn)镠+的耗費(fèi)導(dǎo)致酸度下降，磷酸鹽便會(huì)以不溶解的結(jié)晶方式而沉淀出來(lái)，產(chǎn)生磷化膜。添加促進(jìn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中為了在較低溫度環(huán)境下實(shí)施磷化，并且運(yùn)用了NO3-、ClO3-以及NO2-等其它促進(jìn)劑，所以在40℃以下能夠?qū)嵤┝谆?/p>

4.2 磷化預(yù)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(xì)小的磷化膜，往往需運(yùn)用弱堿性清洗液，有利于增加金屬表面活性點(diǎn)的數(shù)目，進(jìn)而加速磷化成膜的速率，能夠?qū)崿F(xiàn)迅速、低溫的目標(biāo)。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(fù)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(huì)對(duì)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(guò)程中，通常會(huì)基體造成腐蝕，削減表面活性點(diǎn)的數(shù)目，有礙于常溫磷化，因此，對(duì)于銹蝕問(wèn)題較輕的金屬表面需運(yùn)用比較稀的酸溶液除銹，同時(shí)需防止長(zhǎng)期浸泡，此對(duì)于常溫磷化技術(shù)的預(yù)處理有著極為重要的作用。國(guó)內(nèi)企業(yè)大都采用硫酸或者鹽酸進(jìn)行除銹，其主要優(yōu)點(diǎn)便是可以迅速除銹，并且極易形成過(guò)腐蝕，縮減了金屬外表的活性點(diǎn)。通常因?yàn)槌P以后水洗不充分，而將SO42-、Cl-帶入到磷化液中，同樣會(huì)對(duì)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(yàn)。磷化時(shí)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(shí)施質(zhì)量檢測(cè)。

（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(yàn)

1）重量

運(yùn)用單位面積的磷化膜的重量進(jìn)行表示（g·m-2 ）。退膜液根據(jù)GB6807-86附錄A實(shí)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(diǎn)滴試驗(yàn)。點(diǎn)滴液根據(jù)GB6807-86附錄D進(jìn)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(kāi)啟秒表計(jì)時(shí)，記錄液滴從天藍(lán)色變成淡紅色所需的時(shí)間。

第二，3%氯化鈉溶液浸蝕試驗(yàn)。主要原理：在溫度25 ℃環(huán)境下，察看同時(shí)記錄浸泡于NaCl中的試片產(chǎn)生首個(gè)銹點(diǎn)的時(shí)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(qiáng)的磷化處理工藝，其有效彌補(bǔ)了高中溫磷化成本高昂、能耗較大以及效率偏低的缺點(diǎn)，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(bào)導(dǎo)，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(qiáng)，嚴(yán)重影響了常溫磷化工藝的運(yùn)用，亟待相關(guān)人員開(kāi)展更進(jìn)一步的研究。

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