高溫磷化的工藝研究及其發展趨勢展望

利用表面處理技術對金屬表面進行加工不但可以使金屬表面的性能得到改善，而且可以提供金屬的抗腐蝕能力，提高其抗磨性能。磷化處理就是金屬放于磷酸鹽或磷酸的稀溶液環境里處理，之后再經過特殊的電化學反應，就可以在其表面形成一種主要有磷酸鹽組成的難容性的膜，這就可以起到抗銹抗磨抗腐蝕的作用。目前磷化處理技術已廣泛由于各行各業，深入研究該技術也就具有深刻的意義。 
　　1 磷化的基本原理 
　　由于磷化體系和磷化材料的多種復雜性所以磷化反應有多重不同的復雜的反應機理，通常認為磷化成膜過程包括四個過程：金屬的溶解過程；氧化劑的加速過程；磷酸及鹽的水解；磷化膜的形成[1]。磷化過程主要包括化學反應和電化學反應。 
　　2 磷化處理 
　　一般情況下，只有表面潔凈的金屬才能得到良好的磷化處理效果，所以在工件在磷化前需要進行除氧化皮、除油脂、除銹蝕等前期處理，等等這些磷化前處理是獲得高質量磷化膜的基礎[2]。 
　　2.1 磷化處理 
　　由于磷化成膜反應完全取決于磷化液與金屬表面良好的接觸，若要得到良好的磷化膜除油和除銹是不可缺少的重要步驟。 
　　2.1.1 除油脂 
　　工件表面通常會存在一些油脂或油污，磷化前需要處理。化學法清洗有：溶劑清洗；低堿液清洗劑清洗；強堿液清洗；酸性清洗劑清洗。機械法清洗包括：擦刷；高溫灼燒。 
　　2.1.2 酸洗 
　　工業生產中用來除銹除氧化皮最常用的方法就是酸洗。常用的酸洗劑有鹽酸、磷酸、硫酸以及他們的混合酸，加入適量的緩蝕劑可以是清洗效果更佳。利用酸對氧化物溶解以及腐蝕產生氫氣的機械剝離作用達到較好的除氧化皮除銹的效果[3]。 
　　2.1.3 表面調整（活化） 
　　表面調整可以提高磷化速度還可以加速磷化形成晶粒細致結實的磷化膜，表面調整劑主要有兩種，一種是膠體鈦，另一種是酸性表調劑。兩者都有很廣泛的應用，在實際中還要根據工藝和磷化膜的要求來選擇。 
　　2.1.4磷化后處理 
　　要進一步提高膜的防腐蝕能力還需要進一步封閉磷化膜的空隙，控制磷化劑殘渣對膜進行磷化后處理。磷化后處理又稱鈍化，六價的鉻化合物是最常用的鈍化劑，其能夠有效的提高膜的抗腐蝕性能。 
　　2.2 磷化工藝流程 
　　1）清除油污（先用熱水清洗，再用涼水清洗）；2）除銹（涼水清洗再用稀酸中和最后再用清水清洗干凈）；3）表面調整（調整后涼水清洗）；4）磷化（先熱水清洗再涼水清洗）；5）鈍化后烘干即可。 
　　3 各種工藝因素對磷化質量的影響 
　　影響磷化因素主要有游離酸度、總酸度、酸比、主要成膜物質組分與含量、磷化促進劑、磷化溫度、磷化時間、金屬表面狀態、表面調整、磷化方式、磷化后水洗、磷化膜干燥、磷化膜鈍化等[4]。 
　　4 磷化技術的應用 
　　磷化研究主要集中在涂漆打底領域，涂漆打底也是磷化應用領域最大的一塊，漆前打底使用的磷化一般是薄型磷化，要求磷化膜重輕且膜密實 
　　早年磷化技術最先開始用于防止生銹，目前仍在廣泛使用，防銹磷化通常為重型磷化，現在常用中溫錳系、新錳系，鋅系磷化。 
　　在冷加工成型的過程中，金屬與金屬之間也會產生摩擦，如果加一層磷化膜做潤滑劑，就可以使冷加工過程順利完成，這項技術自磷化研究早期開始使用至今。 
　　一些承載運動比如軸承之間，齒輪之間在運動會產生相對摩擦，在其之間如果加一層磷化膜作為潤滑劑的話，就能使工件的摩擦性能達到大大的改觀，因而這項技術一直在廣泛使用。 
　　鋅及其合金的表面處理主要是磷化和鉻鈍，主要作用是涂裝打底，由于鋅金屬比較活躍，一般不適合使用強酸和強堿處理，以免造成過腐蝕，磷化技術中還要注意防止三價鋁離子進入處理液，一旦該離子進入就會造成完全不能形成磷化膜的嚴重后果。 
　　5 磷化技術的最新進展 
　　磷化技術的最新進展主要表現在鋼，鍍鋅鋼和鋁材復合金屬價的同時磷化，鍍鋅鋼板越來越多的作為車船飛機等的機身材料，鋁材是使用量也漸漸在增加。亞硝酸鹽有毒，而且在磷化過程中也會產生一系列有毒的氮的氧化物氣體造成空氣污染，因此無亞硝酸鹽磷化，正在逐步成為今后磷化的發展趨勢。由于含鎳磷化過程會排放較高濃度的含鎳廢水，因此無鎳磷化正在研究開發中。磷化技術的最新發展也表現在液態表調及新型脫脂劑，無鉻鈍化，磷化渣的綜合利用，磷化過程的自動檢測等等各方面[5]。 
　　6 磷化技術的展望 
　　磷化技術領域的研究方向目前主要集中在環境保護，提高質量和節約能源上。注重環境的保護減少環境污染的同時又能保證高質量的磷化，這是當前磷化技術集中要處理的急迫任務。因為磷化過程中產生的污染只能通過隨后的治理來實現，因此節約能源與提高質量降低污染已成為磷化領域及技術研究的重大內容。 
　　7 結論 
　　鑒于以上的綜合比較分析得出，目前乃至以后的高溫磷化領域應圍繞以下幾個方面進行研究： 
　　1）注重降低成膜物質的濃度，有利于降低成本，降低能耗； 
　　2）磷化促進劑應由單一促進劑向多組分加速劑發展，同時還應開發研究新型的穩定廉價的能滿足大批量工業生產要求的促進劑； 
　　3）膜層質量有待提高，向微晶薄膜發展，獲得耐磨性好均勻細致的磷化膜； 
　　4）不斷完善磷化工藝，使之對操作人員更安全無毒害，適應環境保護的要求； 
　　5）優化磷化工藝，減少磷化沉渣的產生，并對已產生的磷化沉渣進行有效地綜合利用。