磷化:金属表面的磷化处理工艺

原创 老郑@制造原理  2020-06-26 20:57  阅读 468 次

在众多的表面处理工艺中,有一种工艺处理后可以让产品表面变成黑色,彩虹色或者是变成接近金属本色的灰色,这种工艺就是磷化处理工艺。

什么是磷化处理

磷化处理是一种化学反应,在表面形成一层膜(磷化膜)的一种表面处理工艺。

磷化处理工艺主要用在金属表面,目的也是为金属表面提供一层保护膜,让金属与空气隔绝,防止其被腐蚀;还会用于一些产品涂漆之前的打底,有了这层磷化膜能够提高漆层的附着力和防腐蚀能力,提高装饰性让金属表面看起来更漂亮,并且还能够在部分金属冷加工过程中起到润滑的作用。

经过磷化处理后能让工件在很长时间内不会氧化生锈,所以磷化处理的应用非常广泛,也是常用的一种金属表面处理工艺,在汽车,船舶,机械制造等行业中应用越来越多。

但磷化处理也有着溶液沉渣多,表面粗糙,磷化温度较高,时间长以及成本较高的缺点。

磷化的发展历史

其实磷化处理工艺发展至今已经有很长时间了,它应该是现代金属表面处理中,发明时间较早的一种,其发展也经过了不同的时期。

在1869年的英国,有人就发现了磷化膜可以用在金属表面,能有效的保护金属长时间不被腐蚀,并且当时还将其申请了专利,这也为磷化处理的技术和发展奠定了基础。

从20世纪初开始,磷化处理开始用在工业产品中,这也促进了磷化工艺的发展和进步,从此磷化处理得到了快速的发展和进入实际应用时期。

到了现代,为了适应各种需求,磷化处理工艺也在不断的改进,主要是向着低温,低渣,环保无毒的方向发展。

磷化的分类及应用

通常情况下,一种表面处理后都是呈现出一种颜色,但是磷化处理可以根据实际需求,通过使用不同的磷化剂就会呈现不同的颜色,这也就是我们经常会看到磷化处理有灰色,彩色或者是黑色。

铁系磷化

磷化后表面会呈现出彩虹色以及蓝色,所以又被称为彩磷,磷化液主要以钼酸盐为原料,会在钢铁材料表面形成彩虹色的磷化膜,也主要是用于涂装底层,以达到工件的防腐蚀能力和提高表面涂层的结合力。

锌系磷化

颜色呈灰色,所以被称为灰膜磷化,主要使用的磷化液由磷酸,氟化钠以及乳化剂等组成,会在工件表面形成灰色的磷化膜,它主要也是为涂装底层,与后道的喷塑,喷漆或者电泳等工序进行结合。

灰色磷化膜本身也是具有一定的防腐蚀性,所以也可以单独作为防腐蚀涂层用在工件表面,主要用于一些镀锌板,冷轧板,以及铝板的表面磷化处理。

锰系磷化

颜色呈黑色或者黑灰,所以也被称为黑色磷化,主要是使用含有锰离子的磷化溶液,会在工件表面形成一层黑色的磷化膜,它也是防锈性能最好的一种磷化处理,可以作为零部件的长期防锈,也是应用最广泛的一种防锈磷化。

锰系磷化会比其它磷化的摩擦系数更小,所以对于那些经常摩擦的零部件就可以使用黑色磷化,能够有效的减小摩擦,如一些汽车零部件以及一些紧固件等等。

磷化处理工艺过程

常用的磷化处理工艺是利用化学元素发生反应,在金属表面形成一层膜,以起到防腐蚀以及打底的作用,而现代磷化工艺中主要有这些过程。

脱脂除油

金属材料在储运加工过程中都会接触到各种油迹或汗迹,并且这些油迹还会与各种灰尘杂质掺和在一起,附着在金属表面,不但会影响磷化的形成,还会降低磷化膜的附着力,耐腐蚀性能以及美观,磷化质量会受到很大影响。

这就需要在磷化前将工件清洗干净,常用的方法是化学法,将工件放入到加有加温到80℃强酸的清洗液中大约5分钟,通过强酸对油脂产生反应,把油脂从工件上去除掉。

除锈,除氧化皮

钢铁在加工过程中会在其表面形成一层氧化皮,还有就是在储运过程中遇水或者腐蚀性液态就会生锈,这些氧化皮和锈迹如果不将其清理干净,就会加速工件的腐蚀。

所以在工件进行磷化前对其进行除锈和除氧化皮也是主要的工序,这将关系磷化质量。

除锈去氧化皮有机械法和化学法,通常情况下都会采用化学法,将工件放入到含有工业盐酸的酸洗液中,静置30分钟左右就能完成除锈和去氧化皮。

磷化处理

磷化过程中最主要的就是磷化液,不同磷化使用的磷化液也会不相同,将金属工件放入磷化液中后,就会相互之间发生化学反应,生成一种磷酸铁元素,并且还会产生氢氧。

这种碳酸铁元素会慢慢的结晶,并且沉积在金属表面,当这种结晶越来越多后,就会在金属表面连成一片,形成一层不溶于水牢固的磷化膜。

工件放入磷化液中后,需要持续的晃动几分钟,主要是为了排出滞留在工件凹槽内的空气和气泡,磷化的时间一般会根据不同的工件结构,材料以及温度来决定,通常情况下在30分钟左右。

其它工序

工件在每一道工序后,都需要对其进行水洗,这主要是为了清洗掉工件表面残留下的化学成分,能够顺利的完成下一道工序。

工件完成磷化并水洗后,需要对其烘干表面的水分,这样就完成了整个磷化过程,就可以再加工或者使用了。

涂装是现代金属防腐蚀处理简单而实用的一种方法,磷化处理又是其前处理的关键工序,此外磷化处理工艺还对,整个表面处理涂装行业起到了很大的推动作用。

但磷化处理工艺也面临着诸多的问题,需要通过改进处理工艺,向着节能环保,无毒以及提高效率的方向发展。

文中图片截取自《1969 Mustang Restoration Part 27 How to Phospate and Oil restore your parts-Palmetto Enterprises》

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