磷化膜的組成及成膜機(jī)理

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1、磷化膜的組成和成膜機(jī)理深圳雷邦磷化液工程部編輯磷化膜的形成過程是一種人工誘導(dǎo)及控制的腐蝕過程，陽極不斷有金屬溶解，陰極不斷有氫氣析出，晶粒不斷生成且繼續(xù)成長(zhǎng)，直到生成連續(xù)的不溶于水的磷化膜。磷化膜的形成，成倍地提高了分層的耐蝕性能和耐水性能，是公認(rèn)的涂層的良好基底。目前在薄板金屬件的涂漆，100%傾向于先采用磷化處理，鑄件在涂漆前也采用了磷化處理。一、磷化膜的特性（1）多孔性磷化膜具有多孔性的主要原因是磷化膜通常由許多大小相差懸殊的結(jié)晶組成，這些結(jié)晶從晶核散布開來，然后連接在一起，逐步覆蓋整個(gè)工件的磷化表面。磷化膜的空隙率由許多因素確定，一般占磷化表面積的0.5%-1.5

2、%。一般磷化膜越厚,空隙率越低;結(jié)晶的細(xì)度越細(xì)密，空隙率越小；磷化膜質(zhì)量增大，空隙率減少；但空隙率還與磷化膜的化學(xué)成分等有關(guān)系。(2)膜重磷化膜的厚度一般為1-50μm，對(duì)于涂裝前處理的磷化膜膜重一般用每單位面積的質(zhì)量來表示，單位為g/㎡磷化膜的膜重與膜厚的關(guān)系見表1,膜重與磷化膜的用途有極大的關(guān)系，涂裝前磷化膜的膜厚要求小于10g/㎡，一般在1-4g/㎡。表1磷化膜膜重與膜厚的換算關(guān)系膜重/(g/㎡)膜厚/μm備注1-21-2由于涂裝前的磷化屬于薄型磷化，加之側(cè)膜厚本身的誤差較大，因此，實(shí)踐中一般不用，而采用磷化膜的質(zhì)量表示。2.2-4.42-46.0-9.04-612

3、6(3)抗蝕性磷化膜可為基體提供重要的防護(hù)作用，可防止腐蝕介質(zhì)對(duì)金屬工件的侵蝕。這是因?yàn)榱谆ぞ哂胁涣紝?dǎo)體性質(zhì)，可以抑制金屬工件表面微電池的形式，有效阻止腐蝕。但由于磷化膜是多孔的，所以單純磷化膜的抗蝕性是有限的。(4)與金屬工件的結(jié)合性能磷化膜與金屬工件的結(jié)合性能，決定于磷化膜在晶界的生根情況，也取決于最佳定向結(jié)晶的百分?jǐn)?shù)。(5)與涂膜的結(jié)合性能磷化膜能為涂膜創(chuàng)造良好的底層，決定于是多孔性的膜體表面，徐料可滲人其中，增加金屬工件的表面積，同時(shí)涂料形成的涂膜和磷化膜可以相互滲透，提高涂層的結(jié)合能力。(6)絕緣性能磷化膜是非金屬涂層，是電的不良導(dǎo)體，它能使金屬工件表面由優(yōu)良

4、導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)椴涣紝?dǎo)體。二、磷化膜的組成表2列出了相應(yīng)的磷酸二氫鹽為主要成分的溶液進(jìn)行處理可獲得的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。這些膜主要用于鐵金屬、鋁、鋅、鎘及其合金上，而且由于以下原因膜的單位面積質(zhì)量和表觀密度不同。①磷化件的材質(zhì)及表面狀態(tài)；②早期的機(jī)械或化學(xué)處理方式；③所采用的磷化工藝。表2磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的主要類型及特征磷化液的主要成分產(chǎn)生膜的類型膜的符號(hào)膜層外觀膜重/(g/㎡)鐵鋁鋅鎘Zn（H2PO4）2鋅系磷化膜Znph淺灰至深灰色，呈晶態(tài)1-300.3-101-601-60Zn（H2PO4）2Ca（H2PO4）2鋅-鈣系磷化膜ZnCaph淺灰至深灰色，呈細(xì)晶態(tài)1-10-1-10-M

5、n（H2PO4）2錳系磷化膜Mnph淺灰至深灰色，呈晶態(tài)1-30---Me（H2PO4）2被處理金屬的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜Feph約0.1-1g/㎡的非晶態(tài)彩虹膜，例如淺黃至淺藍(lán)灰色，膜層質(zhì)量超過1g/㎡，呈灰色0.1-0.5<0.30.1-2-Fe（H2PO4）2鐵系磷化膜Fehph深灰色，晶態(tài)5-60---三、磷化處理成膜機(jī)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通常為鋅、錳、鐵等。這些酸式磷酸鹽能溶于水，在含有氧化劑、催化劑的情況下，酸式磷酸鹽的水溶液與潔凈的金屬表面相接觸時(shí)，酸式磷酸鹽分解，產(chǎn)生游離磷酸：3Me（H2PO4）2===Me3

6、(PO4)2+4H3PO4游離磷酸把被磷化金屬(以鋼鐵為例)表面的鐵溶解下來，并放出氧氣，這使金屬與磷化液相接觸的界面處酸度下降。Fe+2H3PO4===Fe(H2PO4）2+H2反應(yīng)所釋放出來的氫氣被吸附在待磷化金屬的表面上，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，使磷化處理時(shí)間短，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，在磷化處理溶液內(nèi)加有氧化劑與催化劑(又稱去極化劑)以除去氫氣?，F(xiàn)以亞硝酸鈉作催化劑為例，亞硝酸鹽分解產(chǎn)生的NO2?？墒箽錃庋趸伤?，在鋼鐵表面(被磷化的工件)溶解下來的亞鐵離子被NO2氧化成三價(jià)鐵離子(FePO4)，在磷化工作液的酸度下，它幾乎完全不溶解，于

7、是就成為淤渣沉淀下來。其反應(yīng)式如下:2Fe+2H2PO4+2H++3NO2===2FePO4+3H2O+3NO上述反應(yīng)消耗氫離子，從而降低了酸度。在鋼鐵表面上氫離子的惟一來源是酸式磷酸鹽，于是磷化膜就按下式沉積下來：3Me2++2H2PO4===4H++Me3(PO4)2將上述兩個(gè)反應(yīng)式結(jié)合起來，磷化過程的總反應(yīng)方程式如下:4Fe+3Me2++6H2PO4-+6NO2===4FePO4+Me2(PO4)2+6H2O+6NO(磷化膜)實(shí)際的磷化反應(yīng)遠(yuǎn)較上述復(fù)雜，因?yàn)橛幸恍└狈磻?yīng)生成。磷化淤渣的主要成分是FePO4，但其中也有少量