磷化表面处理工艺

 

 

作者    WASI紧固件   话题     表面涂层        外观与性能  

 

磷化的概述

 

紧固件在含有磷酸盐的溶液中，经过一系列的化学和电化学的反应，表面上生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的过程称为钢的磷化。磷化后生成的膜的颜色随着钢材中碳含量不同而改变。低碳钢、中碳钢呈灰白色；高碳钢及渗碳产品呈黑色。由于这种膜有较多的细孔，经填充，浸油以及涂漆，他在大气中就具有了较好的抗腐蚀能力、润滑性能和良好的绝缘性能。

 

 

磷化的分类

 

1、按磷化处理温度分类

（1）高温型

80—98℃处理时间为10-20分钟，形成磷化膜厚达10-30g/m²,溶液游离酸度与总酸度的比值为1：（7-8）

优点：膜抗蚀力强，结合力好。

缺点：加温时间长，溶液挥发量大，能耗大，磷化沉积多，游离酸度不稳定，结晶粗细不均匀，已较少应用。

（2）中温型

50-75℃，处理时间5-15分钟，磷化膜厚度为1-7 g/m²，溶液游离酸度与总酸度的比值为1：（10-15）

优点：游离酸度稳定，易掌握，磷化时间短，生产效率高，耐蚀性与高温磷化膜基本相同，应用较多。

（3）低温型

30-50℃ 节省能源，使用方便。

（4）常温型

10-40℃ 常（低）温磷化（除加氧化剂外，还加促进剂），时间10-40分钟，溶液游离酸度与总酸度比值为1：（20-30），膜厚为0.2-7g/m²。

优点：不需加热，药品消耗少，溶液稳定。

缺点：处理时间长，溶液配制较繁。

 

值得注意的是，温度会影响磷化的表面处理，温度越高，磷化层越厚，结晶越粗糙；温度越低，磷化层越薄，结晶越细。温度不宜过高，否则Fe²⁺易被氧化成Fe³⁺，加大沉淀物量，溶液不稳定。

 

2、按磷化处理方法分类

（1）化学磷化

将工件浸入磷化液中，依靠化学反应来实现磷化，应用广泛。

（2）电化学磷化

在磷化液中，工件接正极，钢铁接负极进行磷化。

 

3、按磷化膜质量分类

（1）重量级（厚膜磷化） 膜重7.5 g/m2以上。

（2）次重量级（中膜磷化）膜重4.6-7.5 g/m2。

（3）轻量级（薄膜化膜）膜重1.1-4.5 g/m2。

（4）次轻量级（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0 g/m²。

 

4、按施工方法分类

（1）浸渍磷化

适用于高、中、低温磷化 特点：设备简单，仅需加热槽和相应加热设备，最好用不锈钢或橡胶衬里的槽子，不锈钢加热管道应放在槽两侧。

（2）喷淋磷化

适用于中、低温磷化工艺，可处理大面积工件，如汽车、冰箱、洗衣机壳体。特点：处理时间短，成膜反应速度快，生产效率高，且这种方法获得的磷化膜结晶致密、均匀、膜薄、耐蚀性好。

（3）刷涂磷化

上述两种方法无法实施时，采用本法，在常温下操作，易涂刷，可除锈蚀，磷化后工件自然干燥，防锈性能好，但磷化效果不如前两种。

 

5、按磷化液成分分类

（1）锌系磷化——广泛应用于涂漆钱打底、防腐蚀和冷加工减摩润滑。

（2）锌钙系磷化——应用于涂装前打底及防腐蚀。

（3）铁系磷化——应用于防腐蚀以及冷加工减摩润滑。

（4）锰系磷化——广泛应用于防腐蚀及冷加工减摩润滑。

（5）复合磷化 磷化液由锌、铁、钙、镍、锰等元素组成。

 

磷化膜的组成

 

分类	磷化液主要成分	膜组成	膜外观
锌系	Zn(H2PO4)2	硝酸锌和磷酸锌铁	浅灰→深灰
锌钙系	Zn(H2PO4)2 Ca(H2PO4)2	硝酸锌钙和磷酸锌铁	浅灰→深灰
猛系	Mn(H2PO4)2 Fe(H2PO4)2	磷酸锰铁	灰→深灰
锰锌系	Mn(H2PO4)2 Zn(H2PO4)2	硝酸锌、磷酸锰、磷酸铁混合物	灰→深灰
铁系	Fe(H2PO4)2	磷酸铁	深灰

 

工艺路线分类

 

正常产品工艺

自检→化学除油→酸洗→水洗→黑化→水洗→磷化→水洗→封闭→水洗→老化→吹干→浸油→甩干→自检

 

12.9级以及特殊材质产品工艺

自检→抛丸→黑化→水洗→磷化→水洗→封闭→水洗→老化→吹干→浸油→甩干→自检

 

磷化膜质量检验

 

1. 外观检验

肉眼观察磷化膜应是均匀、连续、致密的晶体结构。表面不应有未磷化的残余空白或绣渍。由于前处理的方法及效果的不同，允许出现色泽不一的磷化膜，但不允许出现褐色。按GB/T 11376-2020中规定，锌系、锌钙系、锰系磷化膜应均匀覆盖在金属表面，无白色残渣、无腐蚀产物或指纹。

 

2. 耐腐蚀性检查

(1) 浸入法

将磷化后的样板浸入3%的氯化钠溶液中，经两小时后取出，表面无锈渍为合格。出现锈渍时间越长，说明磷化膜的耐蚀性越好。

(2)点滴法

室温下，将蓝色试剂滴在磷化膜上，观察其变色时间。磷化膜厚度不同，变色时间不同。厚膜＞5分钟，中等膜 ＞2分钟，薄膜＞1分钟。

 

磷化常见故障分析及排除

 

一、磷化时间长，不成膜或掉膜

1. 零件表面有硬化层——用强腐蚀或抛丸处理
2. 硝酸盐不足，总酸度过高——加水和加磷酸盐
3. 亚铁含量过低——加亚铁含量
4. 温度低——提高温度

 

二、磷化膜结晶粗、多孔

1. 游离酸含量过高——调整溶液
2. 硝酸根不足——加硝酸根
3. 表面有残酸——中和、清洗彻底
4. 亚铁含量过高——用双氧水、调整
5. 零件酸洗过度——控制酸洗时间及其浓度

 

三、磷化膜不均匀、发花

1. 除油不净，温度低——提高前处理质量，控制温度
2. 表面呈钝化状态——抛丸处理

 

注：依照GB/T 11376-2020标准，热处理温度超过120℃会破坏磷化膜，不推荐磷化后热处理。

 

以上部分内容与图片来源于网络。