1彈簧磷化處理的目的和作用

磷化是一種化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜稱之為磷化膜。它是一種具有晶粒結(jié)構(gòu)的磷酸鹽保護(hù)層，其厚度遠(yuǎn)超過氧化膜的厚度，其抗蝕能力為氧化膜的2～10倍。

磷化膜在一般大氣條件下及在動物油、植物油、礦物油類及某些有機(jī)溶劑（如苯、甲苯等）中比較穩(wěn)定。因此，在上述介質(zhì)中工作的彈簧，可采用磷化膜作保護(hù)層。但磷化膜在酸、堿、海水、氨水及蒸汽的侵蝕下，不能防止基體金屬的銹蝕，若在磷化表面浸油后，則抗蝕能力可大大提高。磷化膜在400～500℃的溫度下，可經(jīng)受短時間的烘烤。過高的溫度則會使磷化膜抗蝕能力降低。因此，某些在高溫下工作的彈簧（如炮彈發(fā)射部分的彈簧）都采用磷化處理。所以作為給基體金屬提供保護(hù)的表面處理，可以單獨對彈簧進(jìn)行磷化處理，在一定程度上防止金屬被腐蝕。

磷化膜是具有晶粒結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，它具有顯微孔隙，對油漆及油類有很好的附著力，所?以常用于涂裝前的預(yù)處理，以提高漆層的附著力與防腐蝕能力。磷化膜在金屬冷加工工藝中還可起減摩與潤滑作用，所以鋼絲在冷拔加工前表面也會進(jìn)行磷化處理。

磷化膜按成膜的主要金屬離子可分為：

1）鋅系：防腐性能好；

2）錳系：膜較厚，結(jié)晶粗，較少用作涂層前處理；

3）鋅鈣系：耐熱，結(jié)晶細(xì)，沉渣較少而疏松易于排除，成本低；

4）鋅錳系、鋅錳鎳系：鎳可提高耐蝕性；

5）鐵系：膜層薄，處理快，無渣。

2彈簧磷化處理工藝

（1）磷化處理的主要工藝流程

脫脂→水洗→表調(diào)→磷化→水洗→鈍化→純水洗

磷化處理主要原料有：脫脂劑、表調(diào)劑、磷化劑、鈍化劑等。

1）脫脂：零件上的油脂不僅阻礙了磷化膜的形成，而且在磷化后進(jìn)行涂裝時會影響涂層的結(jié)合力、干燥性能、裝飾性能和耐蝕性。脫脂階段主要靠堿性水溶液清洗和表面活性劑除油，最常用的是堿性脫脂劑，其中含有無機(jī)堿性化合物和表面活性劑。典型的無機(jī)堿性化合物有堿金屬的氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽或硅酸鹽。

2）表調(diào)：表面調(diào)整劑是粒子極細(xì)的磷酸鈦鹽的懸浮液，它們對物體表面有極強(qiáng)的吸附作用，吸附在零件表面上形成均勻地吸附層，成為在磷化時結(jié)晶晶核。

使用表面調(diào)整劑后會產(chǎn)生下列作用：細(xì)化磷酸鹽晶體，減少磷化層的厚度并縮短磷化時間。

3）磷化：磷化處理溶液是水、磷酸和不同的金屬離子（如以Zn、Ni、Mn為主成分）的混合物，同時也加入氧化劑（硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯酸鹽等）和氟化物等添加劑。整個磷化過程包含有基體金屬的溶解反應(yīng)、促進(jìn)劑的加速去極化作用、磷化膜的形成等幾個過程。

①金屬的溶解過程：磷化開始時，僅有金屬的溶解，而無膜生成。即金屬基體先與磷化液中的磷酸作用，生成一代磷酸鐵，并有大量的氫氣析出。其化學(xué)反應(yīng)為；

Fe+2H₃PO₄=Fe(H₂PO₄)₂+H₂↑

②促進(jìn)劑的加速去極化作用：微陰極部分反應(yīng)生成氫氣而引起的極化使得磷化反應(yīng)速度漸趨緩慢。為了在合適的時間內(nèi)完成磷化膜的形成，必須采取一些加速促進(jìn)措施。較為普遍采用的是添加氧化型化學(xué)促進(jìn)劑，其作用除了促進(jìn)磷化膜的形成和控制溶液的鐵含量外，還可與初生態(tài)氫迅速發(fā)生反應(yīng)，減少工件氫脆現(xiàn)象的發(fā)生，目前使用較多、效果較好的是亞硝酸鈉。由于亞硝酸鈉不僅具有氧化性，還具有還原性，在空氣中易被氧化失去效用，因此必須在生產(chǎn)中不斷添加。其化學(xué)反應(yīng)式為

3Zn(H₂PO₄)₂+Fe+2NaNO₂=Zn₃(PO₄)₂+2FePO₄+N₂↑+2NaH₂PO₄+4H₂O

由于促進(jìn)劑的添加時會產(chǎn)生沉淀，所以需要緩慢滴加。

③水解反應(yīng)與磷酸的三級離解：由于金屬工件表面的氫離子濃度急劇下降，pH上升，導(dǎo)致離解平衡向右移動，最終導(dǎo)致產(chǎn)生磷酸根。

磷化槽液中基本成分是一種或多種重金屬的酸式磷酸鹽，其分子式Me(H₂PO₄)₂，這些酸式磷酸鹽溶于水，在一定濃度及pH下發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生游離磷酸：

Me(H₂PO₄)₂=MeHPO₄+H₃PO₄

3MeHPO₄=Me(PO₄)₂+H₃PO₄

H₃PO₃=H₂PO₄^-+H₊=HPO₄^2-+2H⁺=PO₄^3-+3H⁺

④磷化膜的形成：上述磷酸根和槽液里的鋅離子，鐵離子反應(yīng)生成沉淀。

2Zn²⁺+Fe²⁺+2PO₄^3-+4H₂O→Zn₂Fe(PO₄)2·4H₂O↓

3Zn²⁺+2PO₄^3-+4H₂O=Zn₃Fe(PO₄)₂·4H₂O↓

因此一般磷化膜中存在多種不同成分：Zn₃(PO₄)₂·4H₂O（磷鋅礦）Zn₂Fe(PO₄)₂·4H₂O(磷葉石）、Mn₂Zn(PO₄)₂·4H₂O和Ni₃(PO₄)₂·8H₂O。

4）鈍化：鈍化的目的是封閉磷化膜孔隙，提高磷化膜耐蝕性，特別是提高漆膜的整體附著力和耐蝕性。

鈍化液有很多種，長期以來，表面處理后一直是采用六價的鉻酸鹽鈍化，但六價鉻毒性大，污染環(huán)境嚴(yán)重，它的應(yīng)用已逐漸受到嚴(yán)格控制。因此，人們研究和開發(fā)了三價鉻（三價鉻的毒性大概是六價鉻的1％）的鈍化劑應(yīng)用于生產(chǎn)，并取得了良好的效果。無鉻鈍化工藝是一種可以代替鉻酸鹽鈍化的綠色鈍化工藝，其中硫酸鋯體系與十八胺體系復(fù)合工藝和鉬酸鹽-磷酸體系相對較好。

5）磷化處理工藝：彈簧磷化處理常用的高溫和中溫磷化溶液的配方及工藝條件見表1。

表1磷化溶液的配方和工藝條件

①總酸度和游離酸度的“點”是指在分析總酸度與游離酸度時，消耗0.1N（當(dāng)量濃度）的氫氧化鈉溶液的毫升數(shù)，即中和磷化溶液所需0.1N氫氧化鈉溶液的毫升數(shù)就是酸度的點數(shù)。

（2）對于常用典型的涂裝工藝前處理的彈簧磷化工藝說明如下：

磷化工藝步驟：

預(yù)脫脂／熱水洗→主脫脂→水洗→水洗→表調(diào)→磷化→水洗→水洗→鈍化→純水洗