磷化液

磷化液
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磷化液
中文名稱：磷化液成分：磷酸二氫鹽成分化學式：Zn(H2PO4)2 領域：化學

磷化液的主要成分是磷酸二氫鹽，如Zn(H2PO4)2以及適量的游離磷酸和加速劑等。^[1]

基本原理

原則上說，當金屬工件一旦浸入加熱的稀磷酸溶液中，就會生成一層膜。但由於這種膜的保護性差，所以通常的磷化在含有Zn、Mn等酸性溶液中進行。
磷化液中存在的動力學平衡
磷化液的基本平衡方程式
3M(H2PO4)2=M3(PO4)2+4H3PO4
此方程的平衡常數
K=[M3(PO4)2][ H3PO4]^4/[M(H2PO4)2]^3
M代表Zn、Mn等

由上述方程式可以看出，常數K值越大，磷酸鹽沉積的比率越大。而K值隨一代和三代金屬鹽的金屬的性質，溶液的溫度，pH值及總濃度有關。所以影響磷化液性能的至少有PH值、游離酸度、總酸度、磷化溫度、磷化時間、促進劑、除銹、除油、表調效果和金屬性質等。^[2]

磷化作用

(1)塗裝前磷化的作用

①增強塗裝膜層(如塗料塗層)與工件間結合力。

②提高塗裝後工件表面塗層的耐蝕性。

③提高裝飾性。

(2)非塗裝磷化的作用

①提高工件的耐磨性。

②令工件在機加工過程中具有潤滑性。

③提高工件的耐蝕性。

磷化用途

鋼鐵磷化主要用於耐蝕防護和油漆用底膜。

防護用磷化膜

①防護用磷化膜用於鋼鐵件耐蝕防護處理。磷化膜類型可用鋅系、錳系。膜單位面積質量為10-40 g/m。磷化後塗防鏽油、防鏽脂、防鏽蠟等。
②油漆底層用磷化膜
增加漆膜與鋼鐵工件附着力及防護性。磷化膜類型可用鋅系或鋅鈣系。磷化膜單位面積質量為0.2-1.0 g/m(用於較大形變鋼鐵件油漆底層);1-5 g/m(用於一般鋼鐵件油漆底層);5-10 g/m(用於不發生形變鋼鐵件油漆底層)。

潤滑用磷化膜

鋼絲、焊接鋼管拉拔單位面積上膜重1-10 g/m;精密鋼管拉拔單位面積上膜重4-10 g/m;鋼鐵件冷擠壓成型單位面積上膜重大於10 g/m。

減摩用磷化膜

磷化膜可起減摩作用。一般用錳系磷化，也可用鋅系磷化。對於有較小動配合間隙工件，磷化膜質量為1-3 g/m;對有較大動配合間隙工件(減速箱齒輪)，磷化膜質量為5-20 g/m。

電絕緣用磷化膜

一般用鋅系磷化。用於電機及變電器中的硅片磷化處理。常見問題:如:磷化液渣多、容易發黃、還會返銹、磷化液消耗快、不環保、暗沉

按磷化膜體系分類

按磷化成膜體系主要分為:鋅系(間接法氧化鋅及磷酸)、鋅鈣系、鋅錳系、錳系、鐵系、非晶相鐵系六大類。鋅系磷化槽液主體成分是:Zn、H2PO3、NO3、H3PO4、促進劑等。形成的磷化膜主體組成(鋼鐵件):Zn3(po4)2·4H2O 、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈樹枝狀、針狀、孔隙較多。廣泛應用於塗漆前打底、防腐蝕和冷加工減摩潤滑。鋅鈣系磷化槽液主體成分是:Zn、Ca、NO3、H2PO4、H3PO4以及其它添加物等。形成磷化膜的主體組成(鋼鐵件):Zn2Ca(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O、Zn3(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈緊密顆粒狀(有時有大的針狀晶粒)，孔隙較少。應用於塗裝前打底及防腐蝕。鋅錳系磷化槽液主體組成:Zn、Mn、NO3、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主體組成:Zn2Fe(PO4)2·4H2O、Zn3(PO4)2·4H2O、(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O，磷化晶粒呈顆粒-針狀-樹枝狀混合晶型，孔隙較少。廣泛用於漆前打底、防腐蝕及冷加工減摩潤滑。錳系磷化槽液主體組成:Mn、NO3、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。在鋼鐵件上形成磷化膜主體組成:(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O。磷化膜厚度大、孔隙少，磷化晶粒呈密集顆狀。廣泛應用於防腐蝕及冷加工減摩潤滑。鐵系磷化槽液主體組成:Fe、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主體組成(鋼鐵工件):Fe5H2(PO4)4·4H2O,磷化膜厚度大，磷化溫度高，處理時間長，膜孔隙較多，磷化晶粒呈顆粒狀。應用於防腐蝕以及冷加工減摩潤滑。非晶相鐵系磷化槽液主體成分:Na(NH)、H2PO4、H3PO4、MoO4(ClO3、NO3)以及其它一些添加物。磷化膜主體組成(鋼鐵件):Fe3(PO4)2·8H2O, Fe2O3,磷化膜薄，微觀膜結構呈非晶相的平面分布狀，僅應用於塗漆前打底。磷酸鹽膜在金屬的冷變形加工(如拉關、拉絲、擠壓成型等)過程中能較好地改善摩擦表面的潤滑性能，延長工具和膜具的壽命。磷酸鹽膜又是油漆和塗料的優良底層，無論是普通油漆還是電泳塗漆，磷酸鹽膜在提高塗層與基體的結合力和耐蝕性方面起着重要的作用。在汽車、船舶、機械製造以及航空航天工業中，磷化的應用越來越廣泛。磷化液配方老化24 h或加熱到50°C之後，便再檢測不出可溶解的六價鉻，覆膜變成僧水性的，並且不溶於硝酸。由此假定，這種膜主要由水合鉻氧化物組成。初期使用的促進劑是鐵氰化鉀。事實上，這種材料除了能加速覆膜生成外，還能改善覆膜的結構，產生深黃色的膜。這種材料多半以鐵氰化鉻(CrFe(CN)。)，或以鉻氰化鐵(FeC r(CN)。)的形式進入覆膜。

按磷化膜的厚度分類

按磷化膜厚度(磷化膜重)分，可分為次輕量級、輕量級、次重量級、重量級四種。
次輕量級膜重僅0.1~1.0g/m,一般是非晶相鐵系磷化膜，僅用於漆前打底，特別是變形大工件的塗漆前打底效果很好。
輕量級膜重1.1~4.5 g/m,廣泛應用於漆前打底，在防腐蝕和冷加工行業應用較少。
次重量級磷化膜厚4.6~7.5 g/m,由於膜重較大，膜較厚(一般>3μm)，較少作為漆前打底(僅作為基本不變形的鋼鐵件漆前打底)，可用於防腐蝕及冷加工減摩滑潤。
重量級膜重大於7.5 g/m,不作為漆前打底用，廣泛用於防腐蝕及冷加工。
按磷化處理溫度劃分
按處理溫度可分為常溫、低溫、中溫、高溫四類。
常溫磷化就是不加溫磷化。
低溫磷化一般處理溫度30~45℃。
中溫磷化一般60~70℃。
高溫磷化一般大於80℃。
溫度劃分法本身並不嚴格，有時還有亞中溫、亞高溫之法，隨各人的意願而定，但一般還是遵循上述劃分法。
按促進劑類型分類
由於磷化促進劑主要只有那麼幾種，按促進劑的類型分有利於槽液的了解。根據促進劑類型大體可決定磷化處理溫度，如NO3-促進劑主要就是中溫磷化。
促進劑主要分為:硝酸鹽型、亞硝酸鹽型、氯酸鹽型、有機氮化物型、鉬酸鹽型等主要類型。每一個促進劑類型又可與其它促進劑配套使用，有不少的分支系列。
硝酸鹽型包括:NO3-型，NO3-/NO2-(自生型)。
氯酸鹽型包括:ClO3-，ClO3-/ NO3-，ClO3-/ NO2-。
亞硝酸鹽包括:硝基胍R- NO2-/ ClO3-。
鉬酸鹽型包括:MoO4-, MoO4-/ ClO3-, MoO4-/ NO3-。

按磷化用途分類

按磷化用途可分為:防鏽磷化液、耐磨減摩潤滑磷化液、裝飾性磷化液、漆前磷化液、塑前磷化液等類別。裝飾性磷化液如發黑磷化液等，漆前磷化液包括噴漆磷化液、電泳磷化液等，塑前磷化液分為靜電噴塑磷化液、浸塑磷化液等，浸塑磷化液又可分為聚酯粉末浸塑磷化液、環氧粉末浸塑磷化液等。^[3]

其他分類方法

如按材質可分為鋼鐵件、鋁件、鋅件以及混合件磷化等。

特點

磷化液:磷化是金屬與磷酸或酸性磷酸鹽反應形成磷酸鹽保護膜的化學反應過程。主要成分磷化開槽劑、補充劑、調整劑、促進劑幾部分組成。

組成

一般由磷化開槽劑(磷化建浴劑)、磷化補充劑、磷化調整劑、磷化促進劑幾部分組成，其中開槽劑和補充劑為主要組成成分:開槽劑是首次建槽使用，補充劑是建槽之後的補充使用;磷化調整劑是調節磷化液的總酸和游離酸，以達到合適的酸比;磷化促進劑是一種氧化劑，主要去極化作用，促進磷化的反應速度。

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