磷化膜

金屬（主要指鋼鐵）經含有鋅(Zn)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鐵(Fe)等磷酸鹽的溶液處理後，在基底金屬表面形成一種不溶性磷酸鹽膜，此種過程稱為磷化。磷化使金屬表面形成一層附著良好的保護膜，以磷酸鋅為例，在氧化劑的存在下，所生成的磷化膜為Zn3(PO4)2·4H20和Zn2Fe(PO4)2·4H20的結晶體。該磷化膜閃爍有光、灰色多孔(空隙率為表面積的0.5%~1.5%膜厚通)，常為0.1—50μm。

基本介紹

• 中文名：磷化膜
• 膜厚：通常為0.1—50μm
• 顏色：灰色
• 空隙率：表面積的0.5%~1.5%膜厚通

原理

金屬表面在除油、除銹後，為了防止重新生鏽，通常要進行化學處理，使金屬表面生成一層保護膜，該膜通常只有幾微米，主要起增強塗層和底材附著力的作用，較厚的膜層還能增強防鏽性能。

磷化的作用

磷酸鹽轉化膜套用於鐵、鋁、鋅、鎘及其合金上，既可當作最終精飾層，也可作為其他覆蓋層的中間層，其作用主要有以下方面。

提高耐蝕性

磷化膜雖然薄，但由於它是一層非金屬的不導電隔離層，能使金屬工件表面的優良導體轉變為不良導體，抑制金屬工件表面微電池的形成，減少電化學反應，進而有效阻止塗膜的腐蝕。表1列出了磷化膜對金屬耐蝕性能的影響。

提高基體與塗層間或其他有機精飾層間的附著力

磷化膜與金屬工件是一個結合緊密的整體結構。其間沒有明顯界限。磷化膜具有的多孔性，使封閉劑、塗料等可以滲透到這些孔隙之中，與磷化膜緊密結合，從而使附著力提高。

提供清潔表面

磷化膜只有在無油污和無銹層的金屬工件表面才能生長，因此，經過磷化處理的金屬工件，可以提供清潔、均勻、無油脂和無鏽蝕的表面。

改善材料的冷加工性能，如拉絲、拉管、擠壓等。

改進表面摩擦性能，以促進其滑動。

結構

與磷化工藝相關的標準

用途

磷化膜的作用

一、提高金屬表面的塗裝性

塗裝性磷化膜具有多孔性，均勻細緻，塗料滲入到孔隙中，增加塗層的附著力。同時改性低鋅膜能耐電泳漆電泳過程中的腐蝕性，增強電泳效果。這些都有利於提高塗膜產品磷化膜+有機塗層的耐蝕性。鋼鐵表面磷化後塗裝比不磷化直接塗裝耐蝕性提高}2倍。磷化膜對塗裝產生的作用如下。

①提供工序間保護，以免引起二次生鏽。

②防止塗膜與基材發生化學反應。

③減緩塗層破損，鏽蝕在塗層下的擴散速度，提高整個塗層體系的耐蝕性和產品使用壽命。假如金屬直接塗裝時，當塗層破壞時，在該處發生微電池腐蝕，由於金屬導電，加上塗層與基體之間的毛細管現象，把徐層下電解液吸出來，腐蝕就向四面八方擴散，引起膜下的腐蝕和塗層起泡。如果金屬上有磷化膜則不同，腐蝕僅局限於遭到破壞的區域，這是由於金屬表面為不導電的磷化膜所隔絕，而磷化膜牢固地附著在基體上，防止了電解液的橫向擴展，故可有效地抑制膜下腐蝕。

所以，磷化膜成為塗層不可缺少的良好底層，不磷化或磷化效果不佳都無法保證塗裝質量。

二、增進金屬表面功能性

①作為碳鋼拉絲成形、鋼板和鋼管冷沖與冷擠成形、金屬毛坯冷嫩成形等冷加工的表層，改善金屬的延展性、減摩性、潤滑性、脫模性等。例如衝壓件未磷化處理，即使在衝壓力較小(8. 6 t)和斷面縮減率較小(εF =20%)的情況下，沖件表面仍出現嚴重戳傷。鋼板經磷化處理，衝壓所需壓力較小和能承受斷面縮減率增大，這對衝壓有好處。當磷化膜增厚，儘管衝壓力大(63. 5t)和斷面縮減率高(εF=80%)，衝壓表面依然良好。

②作為金屬加工件表面的耐磨、防鏽層。像汽配件(螺絲、螺栓)、模具、運動承載件(閥門、活塞環、齒輪、氣門挺桿等)、液壓配件(電磁閥)、泵配件(定子、油盤)、磁性件(欽鐵硼)等磷化處理，能起到耐磨、防鏽作用。舉例如下。

a.汽車輪胎螺絲、螺栓進行中溫鋅系磷化，可以提高絲牙的耐磨性(未磷化絲牙易磨損，無法使用)，達到防鏽的目的(中性鹽霧試驗72h)。

b.鋼凹模磷化後的使用壽命可延長到10000次以上。

③增加金屬材料的絕緣性。舉例如下。

a.電機及變壓器用的矽鋼片經磷化處理，可提高電絕緣性(絕緣電阻高達5×107 Ω擊穿電壓240～380V)和耐熱性(占空係數小)。

b.有一種多晶鐵纖維作為製造吸波塗料的填空料，因為它具有很好的電磁性能。但多晶鐵纖維的表面電阻率非常低，在塗層內部構成導電網路，對電磁波進行反射，還影響塗層的表面電阻率，這些都會對吸波性能產生影響。為了提高多晶鐵纖維表面的電阻率，必須磷化處理，並要求保證其比飽和磁化強度。採用磁性相鐵系磷化合適(鋅和錳均是非磁性相)。

三、提高金屬切削刀具的使用性能

金屬切削刀具(如高速鋼麻花鑽等)經磷化處理後(熱磷化)，可以顯著提高使用壽命(( 2～3倍)和抗腐蝕能力(18倍以上)。原因如下。

①磷化膜導熱性能差，不易使刀具切削刃升溫，從而提高切削刀具壽命。

②磷化膜能改善刀具表面的潤滑條件。所以磷化刀具最適合加工鑄鐵或冷卻條件惡劣的工件。

四、改進金屬的熱處理效果

磷化膜具有吸收雷射的功能，合金鑄鐵雷射淬火前磷化處理，增加了工件表面對雷射吸收率，淬火表面硬度高(HRC 50)。

五、提高橡膠壓件的附著力

鋼鐵件末磷化壓橡膠(簡單除油銹)，其橡膠與基體的附著力較差。工件經鋅系磷化處理，能顯著提高橡膠壓件的附著力。

六、增強複合金屬板材的粘接強度

製造複合金屬板材時(鋼板、鍍鋅板等)，其板材表面磷化處理後再貼上塑膠板或PVC彩色薄膜，可以增強金屬板與表面材質的粘接強度，提高複合金屬板材的剪下強度。

七、消除異材工件塗層接觸的腐蝕性

兩種塗裝過的不同材料的工件混合裝配，會產生金屬接觸腐蝕問題。如鋼/鍍鋅、鋼/鋁棍合裝配的工件，它們之間接觸的地方會發生電化學腐蝕，導致塗膜的嚴重剝落。若異材塗裝前磷化處理，便可以消除接觸腐蝕而提高塗膜的附著力。

八、改善電鍍返工件的施鍍性

有些電鍍返工件(角鋼等)因多次退鍍表面粗糙，導電性變差(鐵元素減少，碳元素增多)，施鍍困難。若電鍍前預磷再沉積，濕鍍性變好，鍍層均勻。

工藝流程

常用的表面化學轉化方法有氧化、磷化、鈍化三種。其中，磷化是化學處理的中心環節，是一種大幅度提高金屬工件耐腐蝕能力的簡單可靠、費用較低、操作簡便的工藝方法，在工業上套用很廣。

技術參數

關於磷化工藝，我國和國際上都有相應的標準體系，可參照執行：

GB/T11376—1997 金屬的磷酸鹽轉化膜

GB/T6807—2001 鋼鐵工件塗裝前磷化處理技術條件

GB/T12612—1990 多功能鋼鐵表面處理液通用技術條件

ISO 9717—1990 (E)金屬的磷酸鹽轉化膜——確定要求的方法

ISOl0546—1993 (E)化學轉化膜——鋁及鋁合金上的漂洗和不漂洗鉻酸鹽轉化膜

DIN 50942—1973 金屬的磷化處理 方法原理、縮寫符號和檢驗方法

ANSI/ASTM/AMS 2480C 塗漆基體磷化處理