磷化膜

　　金屬表面在除油、除銹后，為了防止重新生銹，通常要進(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面生成一層保護(hù)膜，該膜通常只有幾微米，主要起增強涂層和底材附著力的作用，較厚的膜層還能增強防銹性能。常用的表面化學(xué)轉(zhuǎn)化方法有氧化、磷化、鈍化三種。其中，磷化是化學(xué)處理的中心環(huán)節(jié)，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(yè)上應(yīng)用很廣。
　　1、 與磷化工藝相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)
　　金屬(主要指鋼鐵)經(jīng)含有鋅(Zn)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鐵(Fe)等磷酸鹽的溶液處理后，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(hù)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(jié)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。
　　關(guān)于磷化工藝，我國和國際上都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，可參照執(zhí)行：
　　GB/T11376—1997 金屬的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜
　　GB/T6807—2001 鋼鐵工件涂裝前磷化處理技術(shù)條件
　　GB/T12612—1990 多功能鋼鐵表面處理液通用技術(shù)條件
　　ISO 9717—1990 (E)金屬的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜——確定要求的方法
　　ISOl0546—1993 (E)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜——鋁及鋁合金上的漂洗和不漂洗鉻酸鹽轉(zhuǎn)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 涂漆基體磷化處理
　　2、磷化的作用
　　磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜應(yīng)用于鐵、鋁、鋅、鎘及其合金上，既可當(dāng)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。
　　2.1 提高耐蝕性
　　磷化膜雖然薄，但由于它是一層非金屬的不導(dǎo)電隔離層，能使金屬工件表面的優(yōu)良導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)椴涣紝?dǎo)體，抑制金屬工件表面微電他的形成，進(jìn)而有效阻止涂膜的腐蝕。表1列出了磷化膜對金屬耐蝕性能的影響。
　　2.2提高基體與涂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(jié)合緊密的整體結(jié)構(gòu)。其間沒有明顯界限。磷化膜具有的多孔性，使封閉劑、涂料等可以滲透到這些孔隙之中，與磷化膜緊密結(jié)合，從而使附著力提高。
　　2.3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(jīng)過磷化處理的金屬工件，可以提供清潔、均勻、無油脂和無銹蝕的表面。
　　2.4改善材料的冷加工性能，如拉絲、拉管、擠壓等。
　　2.5改進(jìn)表面摩擦性能，以促進(jìn)其滑動。
　　磷化膜的作用
　　一、提高金屬表面的涂裝性
　　涂裝性磷化膜具有多孔性，均勻細(xì)致，涂料滲人到孔隙中，增加涂層的附著力。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。這些都有利于提高涂膜產(chǎn)品磷化膜+有機涂層的耐蝕性。鋼鐵表面磷化后涂裝比不磷化直接涂裝耐蝕性提高}2倍。磷化膜對涂裝產(chǎn)生的作用如下。
　　①提供工序間保護(hù)，以免引起二次生銹。
　　②防止涂膜與基材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
　　③減緩?fù)繉悠茡p，銹蝕在涂層下的擴散速度，提高整個涂層體系的耐蝕性和產(chǎn)品使用壽命。假如金屬直接涂裝時，當(dāng)涂層破壞時，在該處發(fā)生微電池腐蝕，由于金屬導(dǎo)電，加上涂層與基體之間的毛細(xì)管現(xiàn)象，把徐層下電解液吸出來，腐蝕就向四面八方擴散，引起膜下的腐蝕和涂層起泡。如果金屬上有磷化膜則不同，腐蝕僅局限于遭到破壞的區(qū)域，這是由于金屬表面為不導(dǎo)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，磷化膜成為涂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涂裝質(zhì)量。
　　二、增進(jìn)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。例如沖壓件未磷化處理，即使在沖壓力較小(8. 6 t)和斷面縮減率較小(εF =20%)的情況下，沖件表面仍出現(xiàn)嚴(yán)重戳傷。鋼板經(jīng)磷化處理，沖壓所需壓力較小和能承受斷面縮減率增大，這對沖壓有好處。當(dāng)磷化膜增厚，盡管沖壓力大(63. 5t)和斷面縮減率高(εF=80%)，沖壓表面依然良好。
　　②作為金屬加工件表面的耐磨、防銹層。像汽配件(螺絲、螺栓)、模具、運動承載件(閥門、活塞環(huán)、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、防銹作用。舉例如下。
　　a.汽車輪胎螺絲、螺栓進(jìn)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(dá)到防銹的目的(中性鹽霧試驗72h)。
　　b.鋼凹模磷化后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.電機及變壓器用的硅鋼片經(jīng)磷化處理，可提高電絕緣性(絕緣電阻高達(dá)5×107 Ω擊穿電壓240～380V)和耐熱性(占空系數(shù)小)。
　　b.有一種多晶鐵纖維作為制造吸波涂料的填空料，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，在涂層內(nèi)部構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對電磁波進(jìn)行反射，還影響涂層的表面電阻率，這些都會對吸波性能產(chǎn)生影響。為了提高多晶鐵纖維表面的電阻率，必須磷化處理，并要求保證其比飽和磁化強度。采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(如高速鋼麻花鉆等)經(jīng)磷化處理后(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(dǎo)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(jìn)金屬的熱處理效果
　　磷化膜具有吸收激光的功能，合金鑄鐵激光淬火前磷化處理，增加了工件表面對激光吸收率，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(jīng)鋅系磷化處理，能顯著提高橡膠壓件的附著力。
　　六、增強復(fù)合金屬板材的粘接強度
　　制造復(fù)合金屬板材時(鋼板、鍍鋅板等)，其板材表面磷化處理后再粘貼塑料板或PVC彩色薄膜，可以增強金屬板與表面材質(zhì)的粘接強度，提高復(fù)合金屬板材的剪切強度。
　　七、消除異材工件涂層接觸的腐蝕性
　　兩種涂裝過的不同材料的工件混合裝配，會產(chǎn)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(fā)生電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致涂膜的嚴(yán)重剝落。若異材涂裝前磷化處理，便可以消除接觸腐蝕而提高涂膜的附著力。
　　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(dǎo)電性變差(鐵元素減少，碳元素增多)，施鍍困難。若電鍍前預(yù)磷再沉積，濕鍍性變好，鍍層均勻。