常溫磷化工藝在噴涂線上的應用分析

仲巖

（天津七所高科技有限公司，天津300409）

1 引言

針對鋼制零部件的磷化膜修復問題，以磷化膜局部修補為主的常溫磷化工藝顯得尤為重要。大多數情況下，常溫磷化工藝的實施溫度普遍為15～30℃。與高溫磷化工藝或者中溫磷化工藝相比，常溫磷化工藝產生的能量消耗更低，所以在噴涂線上的應用更為廣泛。

2 常溫磷化工藝概述

在常溫磷化工藝的應用過程中，促進劑以及表面調整劑的選擇直接決定著常溫磷化的成敗。

2.1 促進劑的選擇

在常溫磷化工藝的應用中，促進劑的使用對于磷化膜的形成具有積極的作用，不僅可以提升磷化膜的生長速度，還可以加強磷化溫度的控制，確保形成的磷化膜具有薄而細致的特點。

2.1.1 氧化物

常用的氧化物型促進劑主要包含以下幾種：硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯酸鹽、過氧化氫和鉬酸鹽。

常用的硝酸鹽又可以分為以下幾種類型：硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋅、硝酸鎳、硝酸錳、硝酸鈣。無論是哪一種硝酸鹽，其穩定性都非常強，對于磷化膜的形成能夠發揮的促進作用也十分明顯。需要注意的是，如果選擇硝酸鹽作為促進劑，那么一定要加強NO3-與PO43-的質量濃度比。如果二者之間的比值太高，雖然會快速地形成磷化膜，但是卻會使磷化膜顏色發黃。

在常溫鋅系磷化中，亞硝酸鹽的應用效果最為顯著，所以其應用也最為廣泛。但是NO2-的穩定性不強，所以使用量一般都為0.1～0.2g/L。另外，將NO2-和NO3-配合起來，對于常溫系鋅系磷化的促進作用更加顯著，而NO3-的使用量也會控制在約10g/L。但是在實際的磷化過程中，如果選擇硝酸鹽或者亞硝酸鹽作為促進劑，那么還會產生一些有害氣體NOx，所以必須要對磷化過程的環境進行嚴格的控制，確保其通風良好[1]。

作為一種強氧化劑，氯酸鹽經常被應用到常溫鋅系磷化中。而且在整個常溫磷化工藝的應用過程中，ClO3-的穩定性比較高，所以只需要添加一次即可，無須后期補加，其添加量也只需要控制在0.5%～1.0%。需要注意的是，ClO3-的應用會產生一些廢渣，同時Cl 還會對磷化膜進行腐蝕，所以主要應用于黑色金屬拉絲。

與NO2-相比，選擇過氧化氫作為促進劑，成膜速度更快，磷化膜孔隙率更低，但是過氧化氫的添加量比較多。另外，過氧化氫不具有較強的穩定性，所以主要應用于鋅系噴淋的時候。

鉬酸鹽也是一種應用非常廣泛的促進劑，但是主要應用在輕鐵系磷化中。它的促進作用主要表現在：既可以促進成膜，降低膜重，又可以發揮鈍化和緩蝕的作用。所以，在實際的常溫磷化工藝應用中，鉬酸鹽的應用可以保證磷化液的穩定性。

2.1.2 重金屬鹽類

能夠用作促進劑的重金屬鹽類，主要有以下幾種：銅鹽、錳鹽、鈣鹽。重金屬鹽類的應用可以促進晶核的形成，并對晶粒進行細化處理，保證磷化膜的順利形成。首先，銅鹽的應用，其促進作用主要體現在：加速磷化膜的形成，對結晶進行細化處理，使膜重降低，強化磷化膜的耐蝕性。但是如果選擇銅鹽作為催化劑，那么使用量非常大，成本較高。其次，錳鹽的應用，其主要在鋅系磷化液中使用，可以保證Zn-Mn 復合磷化膜的形成。與此同時，還可以與鎳研配合使用，促使低鋅的鋅-鎳-錳三元合金磷化液的形成。通常情況下，這種磷化液主要在電泳涂裝前使用。最后，鈣鹽的應用，多見于中溫磷化，很少在常溫磷化工藝中應用[2]。

2.2 表面調整劑的選擇

針對鋅系的常溫磷化，在正式開始之前，需要對工件表面進行調整，增加工件表面的晶核量和自由能。只有這樣，才能夠保證形成的磷化膜均勻而細致，不會出現結晶粗大、孔隙多等問題。一般情況下，如果對工件表面進行酸洗除銹處理或者強堿除油處理，那么工件表面的特性就會發生變化。常用的表面調整劑主要有2 種：一種是酸性表面調整劑，多用于中溫磷化工藝；另一種是堿性表面調整劑，主要在常溫磷化工藝中應用[3]。

3 常溫磷化工藝在噴涂線上的具體應用

3.1 工件表面處理

在正式開始涂裝之前，要對工件的表面進行處理。其具體的處理流程為：第一步除油；第二步水洗；第三步除銹；第四步水洗；第五步表調；第六步磷化。經過系統的表面處理之后，工件表面的油污和氧化物就會被清除干凈，并形成一種磷化膜。而磷化膜的存在就可以使工件的防腐性能得到提升，為后續的涂層質量打好基礎。

3.2 磷化處理

針對涂裝的前置處理，磷化處理發揮著十分重要的作用。當工件浸入磷化液之后，工件的表面就會發生一系列的化學反應和電化學反應，并形成磷化膜。而這一磷化膜的特點是：結合牢固、細密、多孔、對外層涂料的吸附力極強。可以與后續工序中噴涂在工件表面的涂裝層進行緊密的結合。這樣一來，工件的抗腐蝕性能也就得到了顯著的提升。另外，磷化膜自身就具有較強的抗腐蝕性，再加上磷化處理，其抗腐蝕性能將更加強大，甚至比氧化發黑保護層的抗腐蝕性能還要強[4]。

常見的磷化處理方法主要有3 種：高溫磷化處理、中低溫磷化處理及常溫磷化處理。在科學技術不斷提升的同時，磷化處理工藝也越來越成熟，常溫磷化液和氧化促進劑的生產質量也越來越高，市場銷售價格也越來越低。而這些均為常溫磷化工藝的推廣與應用打好了基礎。但不同溫度的磷化工藝性能參數也有著明顯的區別，具體如表1 所示。

表1 不同溫度的磷化工藝性能參數對比

4 結語

在噴涂線上，常溫磷化工藝的應用優勢主要體現在以下幾方面：（1）在常溫10～45℃就可以實施磷化工藝，磷化液無須加熱就可以直接使用，能源消耗偏低，能源成本可控；（2）形成的磷化層結晶細微，膜層較薄，磷化液消耗比較少，而且常溫下不容易蒸發、溶液更加穩定，針對溶液的調整與維護更加輕松、便捷，可以使溶液的使用時間得到延長；（3）磷化液中不會出現較多的沉淀物，清槽周期較長，固廢產生比較少，不會對周圍環境產生嚴重的污染。在噴涂線上，常溫磷化工藝的應用劣勢主要體現磷化時間太長方面，所以如果涂裝生產線的運行速度較快，那么就不適合使用常溫磷化工藝。但是近年來，在國家節能減排理念的影響下，越來越多的生產企業開始通過調整促進劑配方的方法調整磷化時間。相信在未來的一段時間內，常溫磷化工藝的應用必將越來越廣泛。