磷化技術(shù)是當(dāng)前采用較多的金屬表面處理技術(shù)，在涂裝工業(yè)中，由于鋅鹽磷化能夠顯著增加復(fù)合涂層的耐久性和使用壽命而被廣泛應(yīng)用。但是一般的磷化溫度都比較高，開(kāi)發(fā)常溫節(jié)能、無(wú)毒低污染的磷化工藝己成為當(dāng)今磷化工藝的主要研究方向。本文將重點(diǎn)對(duì)金屬常溫磷化、各種類(lèi)型、發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1 概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)能源的需求量日益增加、能源危機(jī)的出現(xiàn)，節(jié)能受到了人們的高度重視。而常溫磷化不僅易于控制，能改善工作環(huán)境，而且結(jié)晶細(xì)，節(jié)省能源，因此常溫磷化工藝備受關(guān)注。尤其近幾年來(lái)，國(guó)外大型表面處理商紛紛涌入中國(guó)市場(chǎng)，而國(guó)內(nèi)常溫磷化產(chǎn)品比較單一。因此對(duì)我們來(lái)講，常溫磷化不僅是一個(gè)趨勢(shì)，而且我們還將面臨著很大的挑戰(zhàn)。

隨著磷化技術(shù)的發(fā)展，常溫鋅系磷化將成為應(yīng)用非常廣泛的一種磷化工藝，特別是在家用電器行業(yè)，低溫常溫鋅系磷化完全占有統(tǒng)治地位，甚至在汽車(chē)行業(yè)低溫常溫磷化也占有一定的比重。

2 常溫磷化的優(yōu)點(diǎn)

（1）降低能耗，節(jié)省能源。根據(jù)資料顯示，磷化溫度從70℃降到50℃一般可節(jié)能50%以上，從55℃降到30℃則可節(jié)能30%以上，而常溫磷化處理則根本不需要熱源。

（2）化學(xué)成分的消耗大幅度下降。常溫磷化不僅大大降低能耗而且各種化學(xué)成分的消耗量也明顯下降，從而降低了成本。

（3）磷化液更加穩(wěn)定，便于控制。在涂裝用鋅系磷化液中，一般含亞硝酸鈉[1]，這是一種加速成膜成分，也是不穩(wěn)定的成分，隨溫度和酸度的降低其穩(wěn)定性提高。

（4）減少沉渣，結(jié)垢疏松。沉淀是磷化工藝的必然產(chǎn)物，但由于常溫磷化的酸度降低，基體腐蝕量低，所以沉淀的生成量也明顯降低。

（5）磷化膜更加均勻。與中、高溫磷化相比，常溫磷化膜更加均勻和細(xì)密，這可能與低溫條件下反應(yīng)動(dòng)力小，平均腐蝕反應(yīng)緩慢有關(guān)[2]。

3 常溫磷化的影響因素

常溫磷化和傳統(tǒng)磷化一樣，鑒別其好壞仍然是看磷化膜的質(zhì)量。磷化膜質(zhì)量主要指膜的耐蝕性、抗堿性、漆膜附著力等物理化學(xué)性能。以下常溫磷化的影響因素分別做簡(jiǎn)單介紹。

（1）基底金屬。不同基底金屬上形成的磷化膜質(zhì)量差別很大，如在電解鐵和低碳鋼上容易形成良好的磷化膜；反之，在高碳鋼上較難。隨著基底金屬中碳含量的提高，磷化膜將變粗、變暗。對(duì)于不同的金屬材質(zhì)，最好選用相對(duì)應(yīng)的磷化工藝，這樣才能保證磷化膜的質(zhì)量。

（2）脫脂效果。脫脂就是除去金屬表面油污的過(guò)程。如果脫脂不良，磷化時(shí)會(huì)出現(xiàn)不上膜、磷化膜發(fā)花等問(wèn)題，影響油漆與底材的附著力，所以脫脂是影響磷化膜質(zhì)量的重要因素。影響脫脂效果的因素有以下幾個(gè)方面：

①脫脂劑的濃度：脫脂液的堿度偏低，皂化反應(yīng)會(huì)停止；偏高皂化反應(yīng)生成的肥皂溶解度降低，容易使金屬表面發(fā)生氧化生成褐色膜，而不溶解的肥皂會(huì)附著于金屬上，使除油過(guò)程難以進(jìn)行。因此，必須嚴(yán)格控制堿度。

②處理溫度：溫度可改變油污的物理特性（如降低其粘度，減弱其與金屬界面的附著力而便于除去），促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，加速表面活性劑分子的運(yùn)動(dòng)，從而促進(jìn)浸潤(rùn)、乳化、分散等作用；隨著溫度的提高，鹽類(lèi)水解增加從而提高了溶液的堿度，加快了皂化反應(yīng)以及乳化過(guò)程。所以在脫脂允許的溫度范圍內(nèi)，適當(dāng)提高溫度有利于提高脫脂效果。

③處理時(shí)間：適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間可以充分除去油污。

④機(jī)械攪拌，并提高清洗壓力，可使油污受到機(jī)械沖擊，從而更容易脫離金屬表面進(jìn)入溶液。

以上因素處理的好壞都會(huì)影響除油效果。除油要求油污去除干凈，應(yīng)達(dá)到均勻潤(rùn)水，無(wú)破水條紋。

（3）表面調(diào)整。表面調(diào)整可消除除油除銹等造成的表面狀態(tài)的不均勻性，增加磷化晶核的數(shù)目，使晶粒變得更細(xì)，降低膜重，還可縮短磷化時(shí)間，降低磷化溫度，對(duì)于常溫磷化工藝來(lái)說(shuō)，這是一道必不可少的工序。

（4）[Zn2+]、[PO43-]/[NO3-]、pH值對(duì)成膜的影響。由文獻(xiàn)可知，在常溫磷化體系中，Zn2+是以 Zn（H2PO4）2和 Zn（NO3）2的形式引入的。

（5）促進(jìn)劑。良好的促進(jìn)劑不僅能夠加速磷化反應(yīng)，降低磷化溫度，而且能夠提高磷化膜質(zhì)量。

（6）其他手段。近幾年新型材料的出現(xiàn)又提供了一些新的方法與手段，如通過(guò)向原磷化體系中引入納米顆粒來(lái)提高磷化膜耐蝕性等。

4 磷化工業(yè)用途

（1）防銹作用。鋼鐵磷化后其表面覆蓋一層磷化膜，起防止鋼鐵生銹的作用，主要用于工序間和庫(kù)存等室內(nèi)的防銹，防銹期較短，一般不用于戶(hù)外。

（2）耐磨減摩，冷加工潤(rùn)滑作用。承載運(yùn)動(dòng)件，如齒輪、軸承套、活塞環(huán)等在承載運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生摩擦發(fā)熱振動(dòng)，其上覆蓋一層磷化膜后，磷化膜的特殊晶粒結(jié)構(gòu)和硬度提供的潤(rùn)滑性、抗熱性、吸振性都能使運(yùn)動(dòng)件的摩擦性能大為改觀，因而這項(xiàng)技術(shù)一直在應(yīng)用。

（3）涂漆打底。磷化的最大應(yīng)用領(lǐng)域在于涂漆打底，約占磷化總工業(yè)用途的 60～70%。磷化膜作為涂漆前的底層，能提高漆膜附著力和整個(gè)涂層體系的耐腐蝕能力。因而對(duì)磷化的研究也主要集中在此。

5 磷化的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)

隨著磷化技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代磷化正朝著低溫節(jié)能、工藝簡(jiǎn)便、投資耗料少、無(wú)毒無(wú)污染的方向發(fā)展，如磷化溫度由原來(lái)的高溫（85℃以上）逐步降低到中溫（45～85℃）、低溫（30～45℃）乃至常溫（5～30℃），磷化處理時(shí)間由最初的幾個(gè)小時(shí)縮短到目前的幾分鐘。磷化處理方式也從開(kāi)始的純浸漬法發(fā)展到噴淋法、輥涂法以及浸噴混合法的自動(dòng)化生產(chǎn)，磷化體系則由當(dāng)初的單元體系（只有鐵一種金屬離子）發(fā)展到今天的多元體系（同時(shí)含有鐵、鋅、錳、鎳、鈣等多種金屬離子）。磷化添加劑從無(wú)到有，大大改善了磷化膜的質(zhì)量，提高了成膜速度，己成為磷化液中不可缺少的成分。

近年來(lái)，磷化研究主要側(cè)重于以下幾個(gè)方面：

（1）由粗晶厚膜向微晶薄膜發(fā)展：獲得均勻細(xì)致、耐蝕性好的磷化膜。

（2）成膜物質(zhì)由高濃度向低濃度轉(zhuǎn)化：有利于降低成本，減少沉渣。

（3）用新型促進(jìn)劑替代亞硝酸鹽避免使用時(shí)隨時(shí)添加、產(chǎn)生沉渣多等缺點(diǎn)，也可降低操作液的毒性。

（4）常溫快速磷化技術(shù)：溫度為 5～30℃，時(shí)間為 5～20min，磷化膜具有良好的耐蝕性能。