金屬噴涂前處理

1、金屬噴涂前處理磷 化（上）一 .概 述（一）.磷化的作用磷化處理是將金屬表面（主要是鋼鐵）通過化學(xué)反應(yīng)生成一層非金屬的.不導(dǎo)電的 .多孔的磷酸鹽膜。磷化處理工藝在工業(yè)上使用得很廣泛， 如金屬成型加工 .潤滑.防銹 .涂裝等是它 的主要用途之一。磷化膜具有多孔性，涂料可以滲入到這些孔隙中， 因而能顯著地提高涂膜 的附著力。此外，磷化膜又能使金屬表面由優(yōu)良導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)椴涣繉?dǎo)體， 從而抑制了金屬表面 微電池的形成，有效地阻礙了涂膜的腐蝕， 可以成倍地提高涂層的耐蝕性和耐水性， 所以磷 化膜已被公認(rèn)為涂層最好的基底。 因此，磷化處理已成為涂裝表面處理工藝不可缺少的一個 環(huán)節(jié)。（二）.磷化的分類磷化處理有

2、以下幾種不同的分類方法。跟據(jù)磷化膜的組成可分為鐵系.鋅系 .錳系三大類。跟據(jù)膜的厚度可分為薄膜型厚膜型。 跟據(jù)處理溫度可分成為高溫磷化 .中溫磷化 .底溫（常 溫）磷化。本節(jié)跟據(jù)磷化膜的組成來討論分析。1. 鐵系磷化鐵系磷化主要應(yīng)用于涂裝。鐵系磷化膜很薄。膜重大多數(shù)在0.3-0.5g/ m2,很少達(dá)到1g/m2。鐵系磷化膜的組成為三價鐵的磷酸鹽與三氧化二鐵，顏色從藍(lán)色到褐色。鐵系磷化處理的主要成分是酸式堿金屬磷酸鹽（如磷酸二氫鈉.磷酸二氫銨），還含有堿金屬的多聚磷酸鹽（如三聚磷酸鈉）及少量的催化劑 .促進(jìn)劑和添加劑。在磷化處理工藝上，鐵系磷化具有磷化反應(yīng)速度快，處理時間短，處理溫度低，工藝幅

3、度大，槽液的酸度低，磷化淤渣少，因而對設(shè)備要求不高，藥品消耗少，成本低，如果選用 合適的表面活性劑，可組成除油磷化 “二合一”，從而簡化磷化處理工藝，但由于鐵系磷化膜 很薄，它的耐腐蝕性不及鋅系磷化膜，所以主要應(yīng)用于對耐蝕性要求不高的工件。2. 鋅系磷化鋅系磷化應(yīng)用于潤滑防銹涂裝等方面。鋅系磷化膜重1-6g/ m。涂裝用磷化膜重在 1-3g/ m。系薄膜型。膜的組成，主要成分是鋅鐵的磷酸鹽，顏色從灰色到褐色。鋅系磷化處理液主要成分是磷酸鋅鹽 .磷酸 .三聚磷酸鈉及催化劑 .促進(jìn)劑 .減渣劑等添加劑。.薄膜鋅系磷化由于配方的不同，工藝參數(shù)差別極大。就涂裝而言，目前采用常溫磷化型，故反應(yīng)速度快 .

4、時間短 . 溫度低，淤渣較少，但鋅系磷化不能組成除油磷化“二合一 ”故工藝過程較多。鋅系磷化膜的質(zhì)量大大優(yōu)于鐵系膜，所以汽車涂裝.家電 .電器涂裝等均采用鋅系磷化。3. 錳系磷化錳系磷化因處理時間長 .溫度高 .濃度大 .膜厚而松，涂裝行業(yè)已不用，多用于潤滑.防蝕等方面。（三）.涂裝用磷化膜要求膜重一般在1-5g/怦相當(dāng)于0.6-3.5um,同時，磷化膜的結(jié)晶應(yīng)細(xì)致均勻連續(xù)致密附著 力好 .硬度大 .孔隙率低。二.磷化膜的形成機理及結(jié)構(gòu)（一） .機理磷化處理材料的主要組成為酸式磷酸鹽，其分子式為 Me（H2PO4）2.Me 通常指鋅 .錳.鐵 等。這些酸式磷酸鹽能溶于水，并分解產(chǎn)生游離磷酸。游

5、離磷酸把被磷化金屬（以鋼鐵為例）表面的鐵溶解下來，并放出氫氣，這使金屬與磷 化溶液相接觸的界面的酸度下降。反應(yīng)中釋放出來的氫氣被吸附在待磷化的表面， 從而阻止了磷化膜結(jié)晶的形成。 為加速 磷化反應(yīng)的速度，縮短磷化處理時間，在磷化處理溶液內(nèi)加入氧化劑.促進(jìn)劑以除去氫氣?？墒箽錃庋趸伤?，在工件表面溶解下來的亞鐵離子被 NO2 氧化成三價鐵離子而生成 F ePO, 在磷化工作液的酸度下，它幾乎不溶于水，于是就成為淤渣沉淀下來。在工件表面上氫離子的唯一來源是酸式磷酸鹽， 在反應(yīng)中需要消耗氫離子， 從而降低了 酸度，于是磷化膜就沉積下來。實際的磷化反應(yīng)要復(fù)雜得多， 因為還有一些其它反應(yīng)同時進(jìn)行。 磷

6、化淤渣的主要成分為FeP04.也有少量的 Me3（PO4）2。磷化膜的主要成分是 Me3（PO4）2 4H20,但也有磷酸鐵與 其它反應(yīng)產(chǎn)物。在鐵鹽磷化過程中， 由于所采用的酸式堿金屬磷酸鹽都是水溶性的， 不能存在于磷化膜 中。堿金屬的磷酸二氫鹽溶液在氧化劑的存在下， 例如空氣的氧， 與鋼鐵表面產(chǎn)生下列反應(yīng)。4Fe+4NaH2PO4+3O2 宀 2FePO4+Fe2O3HPO4+3H2O鐵鹽磷化膜（二） .磷化膜的結(jié)構(gòu)組成其次與處理過程也有關(guān)系。 由磷化膜的結(jié)構(gòu)組成主要取決于工件材料和磷化液的配方， 于鐵系 .錳系磷化應(yīng)用不廣，且品種少，故本節(jié)主要討論鋅系磷化膜的結(jié)構(gòu)。在鋼鐵表面生成的鋅系磷化

7、膜主要有磷鋅礦Zn3（PO4）4H2O和磷葉石Zn2Fe（PO4）2 4H2O。人們把磷化膜中的磷葉石含量的百分比叫P比。磷葉石卩比=X 10 0%磷葉石磷鋅礦研究表明，磷葉石可以提高磷化膜的耐腐蝕性。 應(yīng)當(dāng)指出，磷葉石中的鐵分是金屬基體 表面的鐵原子溶解析出， 而非溶液中的鐵離子沉淀， 這就是磷葉石主要集中于工件腐蝕表面 磷化膜的內(nèi)部的原因。磷化膜的結(jié)構(gòu)與磷化液的配方有關(guān)。 如鎳改進(jìn)的鋅系磷化液，鎳少量地夾雜與磷化膜中， 在低鋅的磷化液中，更多的形成磷葉石和銨鎳礦。磷化膜的結(jié)構(gòu)還與磷化工藝有關(guān)，一般情況下浸漬磷化比噴射磷化含有更多的磷葉石。三 .磷化處理的工藝（一） .磷化處理的工藝過程1.

8、 噴射法由于噴射的沖擊起到了攪拌和表面更新的作用，使得噴射法所需的磷化時間較浸漬法 短，約 2min ，而且磷化液的濃度和溫度也低，所生成磷化膜的結(jié)晶也較細(xì)。噴射法的缺點 是它不適用于形狀復(fù)雜或有封閉內(nèi)腔的工件， 因在封閉內(nèi)腔的表面非但沒有磷化， 反而容易 造成銹蝕。噴射法的另一缺點是所生成的磷化膜的 P 比低，設(shè)備維護工作量大，需要經(jīng)常 檢查，疏通噴嘴。2. 浸漬法浸漬法的優(yōu)點正好與噴灑法相反，處理時間需要 10-15min ，處理溫度與濃度也較高， 而且生成的磷化膜結(jié)晶也要粗些。 它的優(yōu)點是適用于處理形狀復(fù)雜的工件，磷化膜均勻，磷化液的夾帶量少，膜的 P 比高。綜合上述，對表面結(jié)構(gòu)簡單的工

9、件，如冰箱 .洗衣機外殼等 宜采用噴射法，而對形狀復(fù)雜的工件，如汽車.自行車.鋼管家具 .工藝品等宜采用浸漬法。 （磷 化下）磷 化 （ 下）四.影響磷化處理的因素（一） .基材的影響有時在完全相同的磷化處理過程中會發(fā)現(xiàn)磷化膜的晶體結(jié)構(gòu).耐蝕性 . 外觀顏色等不一樣，這是剛鐵牌號不同，微量元素（如銅.砷 .銻.錳.錫 .鋁或鉛）含量不同所造成的。這些雜質(zhì)會對磷化過程中的浸蝕作用產(chǎn)生影響，有的雜質(zhì)起促進(jìn)（如銅）.有的則抑制（如鋁）磷化膜的生成，有的元素參加加了磷化膜的成膜過程使顏色發(fā)生變化。既使組成相同的剛材， 在采用不同的工藝回火時， 磷化膜的質(zhì)量也會不一樣。 如果剛材 表面的微孔留有輾壓油，

10、則在回火后碳化為不溶物，也會影響磷化的反應(yīng)。因此，在對磷化藥品進(jìn)行對比試驗時，一定要用相同的基材和采用相同的工藝進(jìn)行。（二） .促進(jìn)劑的影響促進(jìn)劑也稱催化劑， 一般講催化劑不參加反應(yīng)， 在反應(yīng)前后沒有物理化學(xué)變化， 但是磷 化過程中的催化劑是參加反應(yīng)， 并且有化學(xué)變化的， 所以在磷化處理中使用的催化劑稱之為 促進(jìn)劑。在磷化過程中主要是去極化作用。1.磷化處理機的所用催化劑的影響目前鋅鹽磷化處理大多用硝酸鹽來作促進(jìn)劑的。在磷化處理時，硝酸鹽的含量是關(guān)鍵， 用量不足，則磷化速度減慢，不能在規(guī)定的時間形成完整的磷化膜，用量過多，則生成大量 的磷化淤渣，不但增加了設(shè)備清理維護的工作量，而且也加劇了磷化

11、藥品的消耗。硝酸鹽在酸性溶液中易分解產(chǎn)生 NO2, 而磷化液是酸性的，既使在工作中也會自行分解 消耗。所以在磷化過程中，它必需作為第二組分不斷添加。由于硝酸鹽分解產(chǎn)生的氣體 NO2 系酸性氣體，在突然停車時，處于磷化過程中的工件 將會被銹蝕。2.氟離子的影響在含鋅的磷化液中， 鋁離子能阻礙鋅鹽磷化膜的生成， 當(dāng)有促進(jìn)劑存在下鋁離子濃度在0.3g/l 時，則能完全阻止鋅鹽磷化膜的生成， 但加入氟化物時， 一方面生成鋁的配位化合物， 另一方面生成不溶于水的氟鋁酸鈉而沉淀下來，使鋁鐵合金工件的磷化能順利進(jìn)行。3. 前道工序的影響磷化前道工序包括 :除油.水洗.除銹 .水洗.表面調(diào)整。在強堿除油和強酸

12、除銹后都要經(jīng)清 水洗凈殘留液，表面調(diào)整液必須清潔而且濃度也要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，否則磷化膜就會粗糙.變厚，于涂裝不利。4. 后道工序的影響磷化后道工序包括水洗 .干燥。工件經(jīng)磷化后一定要徹底清洗掉殘留液，否則易起泡脫 落。為了保正水質(zhì)，一般采用溢流水洗的方法， 同時采取利用后面水洗槽的溢流水來補充前 面水洗槽的逆流補充措施。鋅鹽磷化膜在經(jīng)過120-160 C下烘干5-10min后，其耐腐蝕性大大提高，這是因為磷化膜在該溫度下烘干時失去結(jié)晶水使磷化膜的孔隙率降低之故。5. 游離酸度和總酸度的影響(1) . 游離酸度所謂游離酸度是指磷化液中游離態(tài)氫離子的濃度， 它主要由磷酸和其它酸電離產(chǎn)生。 隨 著反應(yīng)的進(jìn)

13、行，氫離子濃度逐漸降低， PH 值上升。當(dāng)磷化液中的游離酸度過高時， 剛鐵件表面腐蝕反應(yīng)過快， 反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡過多， 阻礙 磷化膜的形成，使磷化膜結(jié)晶粗大.疏松.易泛黃 .抗腐蝕能力差。溶液中的酸度過低時，腐蝕反應(yīng)進(jìn)行緩慢，磷化膜難以形成，溶液中沉淀舞多，膜呈浮 粉壯，產(chǎn)生掛灰。(2) . 總酸度總酸度也稱全酸度，是指磷化液中化和酸(H2PO4)和游離酸濃的總和。化和酸起著離解出游離態(tài)的H+維持溶液中的酸比，保持溶液酸度平衡的作用。同時化合酸的酸根又是參 與成膜的主要成分。提高總酸度可以增加磷化膜的生成速度，而且成膜細(xì)致.均勻。增加總酸度還可適當(dāng)降低磷化液的溫度，但總酸度過高 .游離酸太低，也

14、會降低腐蝕速度，成膜易 產(chǎn)生浮粉物，總酸度過低，則反應(yīng)速度慢，磷化膜生成困難。(3) .酸比酸比是保證處理液相對平衡的一個數(shù)值，酸比的計算方法：游離酸度溶液的酸比 =總酸度不同品種磷化液的酸比比值不同，一般，酸比比值越高，磷化膜越細(xì).越薄，但酸比過高時，不易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，磷化液沉淀多：酸比比值過低時，皮膜結(jié)晶粗大，疏松。6. 溫度的影響磷化處理隨著溫度的升高， 其反應(yīng)加快。磷化液配制后，溶液中的酸比隨溫度的變化而變化， 溫度升高，酸比升高，如果再降低溫度時，酸比不隨之降低，這個反應(yīng)是不可逆的。這是因 為磷化液中的主要成分磷酸二氫鋅在溫度升高時分解產(chǎn)生H+,增加了游離酸濃度，并產(chǎn)生磷酸鋅沉淀的緣故。3Zn(H2PO4)2Zn3(PO4)1+4H3PO4在游離酸度增加的同時， 磷酸鋅的大量沉淀使磷化液損失很大， 因此，在實際操作過程 中，一定要跟據(jù)工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行磷化處理。否則，會大量浪費原材料，破壞液體的內(nèi)部 平衡。對于同一配方的磷化液，溫度越高，磷化膜加厚，防腐蝕性能提高：但溫度過高時，工 件表面磷化膜質(zhì)量降低并易附有灰塵和微粒，影響工件涂裝后涂膜的附著力。溫度過低時， 反應(yīng)速度減慢，磷化膜成膜不充分，結(jié)晶顆粒大，防蝕性能低。五.除油.除銹 .磷化“三合一”處理工藝特點 :對于涂裝要求不高且銹蝕 .油