什么是磷化处理及其作用

磷化处理的作用是提高耐蚀性。

磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。

工件表面状态

金属工件表面状态对磷化质量影响较大，即使是同一磷化工艺，同一磷化制剂，同一工件的不同部位的磷化膜质量也可能相差较大，这就是因为工件表面状态差异所致。

一般来说，高、中碳钢和低合金钢容易磷化，磷化膜黑而厚，但磷化膜结晶有变粗的倾向，低碳钢磷化膜结晶致密，颜色较浅，若磷化前进行适当的酸洗，可有助于提高磷化膜质量，冷轧板因其表面有硬化层，磷化前最好进行适当的酸洗或表调，否则膜不均匀，膜薄，耐蚀性低。

1、磷化液的组成不同

锌系磷化槽液主体成他是：Zn2+、H2PO3-、NO3-、H3PO4、促进剂等。

铁系磷化槽液主体组成：Fe2+、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。

锰系磷化槽液主体组成：Mn2+、NO3-、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。

2、应用的工艺流程不同

锌系磷化：脱脂-水洗-水洗-表调-磷化水洗-水洗。

铁系磷化：脱脂-水洗-水洗-磷化-水洗-水洗。

锰系磷化：除油-水洗-除锈-水洗-表调-黑色磷化-水洗-后续处理（如涂油封闭）。

3、磷化膜外观不同

锌系磷化膜外观：浅灰色至深灰色。

铁系磷化膜外观：深灰色或彩虹色、蓝彩色。

锰系磷化膜层外观：均匀、致密，黑色。

参考资料来源：百度百科-磷化

一般情况下，磷化处理要求工件表面应是洁净的金属表面（二合一、三合一、四合一例外）。工件在磷化前必须进行除油脂、锈蚀物、氧化皮以及表面调整等预处理。特别是涂漆前打底用磷化还要求作表面调整，使金属表面具备一定的“活性”，并形成错落有致的晶孢基底，才能获得均匀、细致、密实的磷化膜，达到提高漆膜附着力和耐腐蚀性的要求。因此，磷化前处理是获得高质量磷化膜的基础。

1 除油脂

除油脂的目的在于清除掉工件表面的油脂、油污。包括机械法、化学法两类。机械法主要是：手工擦刷、喷砂抛丸、火焰灼烧等。化学法主要：溶剂清洗、酸性清洗剂清洗、强碱液清洗，低碱性清洗剂清洗。以下介绍化学法除油脂工艺。

11 溶剂清洗

溶剂法除油脂，一般是用非易燃的卤代烃蒸气法或乳化法。最常见的是采用三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽除油脂。蒸汽脱脂速度快，效率高，脱脂干净彻底，对各类油及脂的去除效果都非常好。在氯代烃中加入一定的乳化液，不管是浸泡还是喷淋效果都很好。由于氯代卤都有一定的毒性，汽化温度也较高，再者由于新型水基低碱性清洗剂的出现，溶剂蒸汽和乳液除油脂方法已经很少使用了。

12 酸性清洗剂清洗

酸性清洗剂除油脂是一种应用非常广泛的方法。它利用表面活性剂的乳化、润湿、渗透原理，并借助于酸腐蚀金属产生氢气的机械剥离作用，达到除油脂的目的。酸性清洗剂可在低温和中温下使用。低温一般只能除掉液态油，中温就可除掉油和脂，一般只适合于浸泡处理方式。酸性清洗剂主要由表面活性剂（如OP类非离子型活性剂、阴离子磺酸钠型）、普通无机酸、缓蚀剂三大部分组成。由于它兼备有除锈与除油脂双重功能，人们习惯称之为“二合一”处理液。

盐酸、硫酸酸基的清洗剂应用最为广泛，成本低，效率较高。但酸洗残留的Cl-、SO42-对工件的后腐蚀危害很大。而磷酸酸基没有腐蚀物残留的隐患，但磷酸成本较高，清洗效率低些。

对于锌件，铝件一般不采用酸性清洗剂清洗，特别锌件在酸中的腐蚀极快。

13强碱液清洗

强碱液除油脂是一种传统的有效方法。它是利用强碱对植物油的皂化反应，形成溶于水的皂化物达到除油脂的目的。纯粹的强碱液只能皂化除掉植物油脂而不能除掉矿物油脂。因此人们通过在强碱液中加入表面活性剂，一般是磺酸类阴离子活性剂，利用表面活性剂的乳化作用达到除矿物油的目的。强碱液除油脂的使用温度都较高，通常〉80℃。常用强碱液清洗配方与工艺如下：

氢氧化钠 5%～10%

硅酸钠 2%～8%

磷酸钠（或碳酸钠） 1%～10%

表面活性剂（磺酸类）2%～5%

处理温度 >80℃

处理时间 5～20min

处理方式浸泡、喷淋均可

强碱液除油脂需要较高温度，能耗大，对设备腐蚀性也大，并且材料成本并不算低，因此这种方法的应用正逐步减少。

14低碱性清洗液清洗

低碱性清洗液是当前应用最为广泛的一类除油脂剂。它的碱性低，一般pH值为9～12。对设备腐蚀较小，对工件表面状态破坏小，可在低温和中温下使用，除油脂效率较高。特别在喷淋方式使用时，除油脂效果特别好。低碱性清洗剂主要由无机低碱性助剂、表面活性剂、消泡剂等组成。无机型助剂主要是硅酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、碳酸钠等。其作用是提供一定的碱度，有分散悬浮作用。可防止脱下来的油脂重新吸附在工件表面。表面活性剂主要采用非离子型与阴离子型，一般是聚氯乙烯OP类和磺酸盐型，它在除油脂过程中起主要的作用。在有特殊要求时还需要加入一些其它添加物，如喷淋时需要加入消泡剂，有时还加入表面调整剂，起到脱脂、表调双重功能。低碱性清洗剂已有很多商业化产品，如PA30-IM、PA30-SM、FC-C4328、Pyroclean442等。

一般常用的低碱性清洗液配方和工艺如下：

浸泡型 喷淋型

三聚磷酸钠 4～10g/l 4～10g/l

硅 酸 钠 0～10g/l 0～10g/l

碳 酸 钠 4～10g/l 4～10g/l

消 泡 剂 0 05～30g/l

表面调整剂 0～3 g/l 0～3 g/l

游 离 碱 度 5～20点 5～15点

处 理 温 度 常温～80℃ 40～70℃

处 理 时 间 5～20min 15～30min

浸泡型清洗剂主要应注意的是表面活性剂的浊点问题，当处理温度高于浊点时，表面活性剂析出上浮，使之失去脱脂能力，一般加入阴离子型活性剂即可解决。喷淋型清洗剂应加入足够的消泡剂，在喷淋时不产生泡沫尤为重要。

铝件、锌件清洗时，必须考虑到它们在碱性条件下的腐蚀问题，一般宜用接近中性的清洗剂。

2 酸洗

酸洗除锈、除氧化皮的方法是工业领域应用最为广泛的方法。利用酸对氧化物溶解以及腐蚀产生氢气的机械剥离作用达到除锈和除氧化皮的目的。酸洗中使用最为常见的是盐酸、硫酸、磷酸。硝酸由于在酸洗时产生有毒的二氧化氮气体，一般很少应用。盐酸酸洗适合在低温下使用，不宜超过45℃，使用浓度10%～45%，还应加入适量的酸雾抑制剂为宜。硫酸在低温下的酸洗速度很慢，宜在中温使用，温度50～80℃，使用浓度10%～25%。磷酸酸洗的优点是不会产生腐蚀性残留物（盐酸、硫酸酸洗后或多或少会有少会有Cl-、SO42-残留），比较安全，但磷酸的缺点是成本较高，酸洗速度较慢，一般使用浓度10%～40%，处理温度可常温到80℃。在酸洗工艺中，采用混合酸也是非常有效的方法，如盐酸-硫酸混合酸，磷酸-柠檬酸混合酸。

在酸洗除锈除氧化皮槽液中，必须加入适量的缓蚀剂。缓蚀剂的种类很多，选用也比较容易，它的作用是抑制金属腐蚀和防止“氢脆”。但酸洗“氢脆”敏感的工件时，缓蚀剂的选择应特别小心，因为某些缓蚀剂抑制二个氢原子变为氢分子的反应，即：2[H]→H2↑，使金属表面氢原子的浓度提高，增强了“氢脆”倾向。因此必须查阅有关腐蚀数据手册，或做“氢脆”试验，避免选用危险的缓蚀剂。

3 中和

中和的作用，是除掉工件自酸洗后表面残留的酸液。

中和控制要素：

（1）除掉来自酸洗过程中工件表面或缝隙里携带的残液，控制pH≥10，一旦低于10后，就基本失去了中和能力，需及时补加纯碱。

（2）对于管腔件、组焊件、热轧件等，因焊隙、管腔内有酸液残留，需在中和时加强搅拌，以加快酸碱中和，并适当延长中和的时间。

4表面调整

表面调整的目的，是促使磷化形成晶粒细致密实的磷化膜，以及提高磷化速度。表面调整剂主要有两类，一种是酸性表调剂，如草酸。另一种是胶体钛。两者的应用都非常普及，前者还兼备有除轻锈（工件运行过程中形成的“水锈”及“风锈”）的作用。在磷化前处理工艺中，是否选用表面调整工序和选用那一种表调剂都是由工艺与磷化膜的要求来决定的。一般原则是：涂漆前打底磷化、快速低温磷化需要表调。如果工件在进入磷化槽时，已经二次生锈，最好采用酸性表调，但酸性表调只适合于≥50℃的中温磷化。一般中温锌钙系磷化不表调也行。磷化前预处理工艺是：

除油脂——水洗——酸洗——水洗——中和——表调——磷化

除油除锈“二合一”——水洗——中和——表调——磷化

除油脂——水洗——表调——磷化

中和一般就是02%～10%纯碱水溶液。在有些工艺中对重油脂工件，还增加预除油脂工序。

磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜，磷化的目的主要是给基体金属提供保护，在一定程上防止金属被腐蚀，皂化原来指动、植物油脂与碱作用而成肥皂和甘油的反应，如今一般指内酯与碱作用而成对应的酸和醇的反应。是水解的一种，如醋酸乙酯加氢氧化钠生成醋酸钠和乙醇。

优质的磷化膜只有在去油污除彻底的工件表面才能形成。因为油污残留在工件表面，不仅会严重阻碍磷化膜的生长，而且会影响涂膜的附着力干燥性能，耐腐蚀性能等。

磷化分类

按磷化处理温度分类

⑴高温型

80—90℃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。

⑵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。

缺点：处理时间长，溶液配制较繁。

百度百科-磷化处理。

钢铁的磷化处理

一、概 述

钢铁零件在含有锰、铁锌、钙的磷酸盐溶液中，进行化学处理，使其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做磷化处理（或称磷酸盐处理）。

二、磷化膜的外观及组成

1、 外观：由于基体材料及磷化工艺的不同可由深灰到黑灰色，特殊工艺可实现

纯黑色、红色及彩色。

2、组成：磷酸盐[Me3(PO4)2]或磷酸氢盐(MeHPO4)晶体组成。

三、特 点

1、 大气条件下稳定，与钢铁氧化处理相比，其耐腐蚀性较高，约高2-10倍，

再进行重铬酸盐填充，浸油或涂漆处理，能进一步提高其耐腐蚀性。

2、具有微孔隙结构，对油类、漆类有良好的吸附能力。

3、对熔融金属无附着力。

4、磷化膜有教高的电绝缘性能。

5、厚度一般为10-20μm，因为磷化膜在形成过程中相应地伴随着铁进行溶解，

所以尺寸改变较小。

四、用 途

1、防腐。

2、 涂装底层，润滑性，再冷变形加工工艺中，能氧化摩擦，减少加工裂纹和表

面拉伤。

3、要用来防止粘附低熔点的熔融金属。

4、变压器、电机的转子、定子及其他电磁装置的硅钢片均用磷化处理，而原金

属的机械性能、强度、磁性等基本不变。

五、小 结

所需用的设备简单，操作方便，成本低，生产效率高，保护膜又有不少优点，因此在汽车、船舶、机器制造及航空工业都得到广泛的应用。

六、磷 化 种 类

用于生产的磷化处理方法有：高温、中温、低温的磷化处理，四合一磷化处理及黑色磷化处理等。

1、 高温磷化处理：在90-98℃的温度下进行，溶液的游离酸度于总酸度的比值

为1∶6-9，处理时间为15-20分钟。

特点：耐腐蚀性、结合力、硬度和耐热性都比较高，速度快，磷化膜粗细均

匀。溶液加热时间长，挥发量大，成分变化快，磷化膜易夹杂沉淀，沉淀物

难清理。

2、 中温磷化处理：在60-70℃的温度下进行。溶液游离酸度与总酸度比值为1∶（10-15），处理时间为7-15分钟。

特点：溶液稳定，磷化速度快，生产效率高，容易成分复杂，难配制。

3、 常温磷化处理：在室温下进行，溶液的游离酸度与总酸度的比值为1∶（20-30），处理时间为10-15分钟。

特点：不需加热，消耗少、成本低、稳定、耐腐蚀性差、结合力低、耐热性

低。

七、各 种 因 素 的 影 响

1、 总酸度和游离酸度的影响：

1） 总酸度：提高总酸能加速磷化反应，使膜层薄而细致。过高，常常使膜层过

薄。过低，磷化速度缓慢，膜层厚而粗糙。

2） 游离酸度：过高会使磷化反应时间延长，磷化膜晶粒粗大多孔，耐腐蚀性降

低，亚铁离子含量容易上升，溶液里的沉淀容易增多。过低，磷化膜薄甚至

没有磷化膜。

3） 酸度调整：

当游离度过底时，可加入磷酸锰铁盐和磷酸二氢锌，约5-6g/升，升高1“点”，

同时总酸升高5“点”左右，过高用ZnO、ZnCO3、MnCO3或Zn(OH)2中和，05-1g/

升，降低1“点”，加入后如果游离酸没有显著下降，表明溶液中磷酸锌盐

含量较高，这时应加水冲淡调整溶液。

当总酸过低时，可加入硝酸锌，20-22g/升或硝酸锰大约在40-45g/升，可

升高10个“点”，高时可用水稀释来降低。

2、 Zn+2离子：加快磷化速度，使磷化膜致密，结晶闪硕有光。低时，磷化膜

疏松发暗。过高（特别是在Fe+2和P2O3较高时），晶粒粗大，排列紊乱，脆

弱且其中白灰较多。

3、 Mn+2离子：可以提高磷化膜的硬度，附着力和耐腐蚀性，颜色加深，结晶

均匀，过高，膜不易生成。

4、 Fe+2离子：在高温磷化中Fe+2很不稳定，易被氧化为Fe+3离子转变为磷

酸铁沉淀，从而导致磷化液浑浊，游离酸升高。在常温磷化溶液中，保持一

定数量的Fe+2，能大大提高磷化层的后度，机械强度和防护能力，工作范

围也比较宽。但Fe+2易被氧化成Fe+3离子而沉淀出来，转变为磷酸高铁，

溶液呈乳白色时，结晶几乎不能生成，质量十分低劣。当磷化液中含有少量

（001-003g/L）一氧化氢时，Fe+2即相对稳定，这时，溶液中因有少量

Fe(NO)+2络离子，而呈棕绿色。稳定Fe(NO)+2的条件：

1）溶液温度不超过70℃

较高的硝酸根含量和锰含量。亚铁离子过高时，中温磷化膜晶粒粗大，表面

有白色浮灰，防护能力降低，耐热性也有所降低。中温磷化Fe+2(1-35g/L)，

常温05-2g/L。

2）过多的亚铁离子可以用双氧水除去，每降低1g，约需30%H2O21ml和ZnO05g。

5、 P2O5: 能加速磷化速度，使膜疏密，晶粒闪烁发光。低时，膜致密性和耐腐

蚀性均差，甚至会磷化不上。过高时，膜结晶排列絮乱，附着力降低表面灰

白较多。

6、 NO3根离子：硝酸根可以加快磷化速度，提高磷化膜的致密性，并且可降低

磷化槽温度的条件下进行处理。在适当条件下，硝酸根与钢铁作用生成少量

的NO,促使亚铁离子稳定。含量高时，高温磷化膜变薄使中温磷化溶液中亚

铁离子聚积过多，使常温磷化膜易出现**锈迹。

7、 F离子：是一种有效活化剂，加速磷化速度，使晶粒致密，耐腐蚀性增强。

过多中温磷化零件表面易出现白色浮灰，常温寿命将会缩短。

8、 NO2根离子：常稳溶液中大大加快磷化速度，减少膜孔隙使结晶细致，提高

膜的耐腐蚀性。含量过多时，膜表面容易出现白点。

9、 温度的影响：温度高加快磷化速度，提高附着力，硬度、耐腐蚀性，但在高

温下，Fe易被氧化Fe沉淀出来，溶液不够稳定。

10、零件的材料和表面状态的影响

高、中碳钢和低合金钢较容易磷化，磷化膜黑而厚实，但是具有磷化膜结

晶粒多粗的倾向，低碳钢零件膜颜色较浅，结晶致密，如果在磷化前进行

适当的浸蚀，可显著提高磷化膜的质量。冷加工零件表面有硬化层，在磷

化前应进行强度浸蚀，活化零件表面，否则磷化膜薄而不均匀，耐蚀性较

低。

磷化零件在浸蚀后，进行一次皂化处理或钛盐处理，可提高磷化膜的致密

性和耐蚀性。

皂化处理的工艺规范：

肥皂：10-30g/L

Na2CO3:15-30g/L

温度：50-60℃

时间：2-5分钟

11、SO4 根离子：使磷化过程延长，膜多孔易锈≤05g/升，过高SO4用硝酸钡

沉淀，，1gSO4须用272gBaNO3，钡盐不宜过量，否则，磷化结晶粗大，反

映时

12、间延长，而且零件表面白灰较多。

13、CL-1：危害性与SO4相似，≤05g/L，过多用硝酸银沉淀，然后用铁屑或铁

板置换残条的银离子。

14、Cu+2:浸蚀或磷化溶液中含有铜离子时，膜表面发红，抗蚀能力降低，Cu+2

用铁屑置换除去。

八、常见故障原因分析

1、磷化膜结晶粗糙多孔：

原因：1）游离酸过高。

2）硝酸根不足。

3）零件表面有残酸，加强中和及清洗。

4）Fe+2过高，用双氧水调整。

5）零件表面过腐蚀，控制酸洗浓度和时间。

2、膜层过薄，无明显结晶：

原因：1）总酸度过高，加水稀释或加磷酸盐调整酸的比值。

2）零件表面有硬化层，用强酸腐蚀或喷砂处理。

3）亚铁含量过低，补充磷酸二氢铁。

4）温度低。

3、磷化膜耐腐蚀性差和生锈

原因：1）磷化晶粒过粗或过细，调整游离酸和总酸度比值。

2）游离酸含量过高。

3）金属过腐蚀。

4）溶液中磷酸盐含量不足。

5）零件表面有残酸。

6）金属表面锈没有出尽。

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