News center
彈簧科普
【概要描述】1彈簧磷化處理的目的和作用磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。它是一種具有晶粒結構的磷酸鹽保護層，其厚度遠超過氧化膜的厚度，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溶劑（如苯、甲苯等）中比較穩(wěn)定。因此，在上述介質中工作的彈簧，可采用磷化膜作保護層。但磷化膜在酸、堿、海水、氨水及蒸汽的侵蝕下，不能
【概要描述】1彈簧磷化處理的目的和作用磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。它是一種具有晶粒結構的磷酸鹽保護層，其厚度遠超過氧化膜的厚度，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溶劑（如苯、甲苯等）中比較穩(wěn)定。因此，在上述介質中工作的彈簧，可采用磷化膜作保護層。但磷化膜在酸、堿、海水、氨水及蒸汽的侵蝕下，不能
1彈簧磷化處理的目的和作用
磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。它是一種具有晶粒結構的磷酸鹽保護層，其厚度遠超過氧化膜的厚度，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溶劑（如苯、甲苯等）中比較穩(wěn)定。因此，在上述介質中工作的彈簧，可采用磷化膜作保護層。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的表面處理，可以單獨對彈簧進行磷化處理，在一定程度上防止金屬被腐蝕。
磷化膜是具有晶粒結構的磷酸鹽，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，結晶粗，較少用作涂層前處理；
3）鋅鈣系：耐熱，結晶細，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→磷化→水洗→鈍化→純水洗
磷化處理主要原料有：脫脂劑、表調劑、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，而且在磷化后進行涂裝時會影響涂層的結合力、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，其中含有無機堿性化合物和表面活性劑。典型的無機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：表面調整劑是粒子極細的磷酸鈦鹽的懸浮液，它們對物體表面有極強的吸附作用，吸附在零件表面上形成均勻地吸附層，成為在磷化時結晶晶核。
使用表面調整劑后會產(chǎn)生下列作用：細化磷酸鹽晶體，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、促進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。其化學反應為；
Fe+2H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2↑
②促進劑的加速去極化作用：微陰極部分反應生成氫氣而引起的極化使得磷化反應速度漸趨緩慢。為了在合適的時間內完成磷化膜的形成，必須采取一些加速促進措施。較為普遍采用的是添加氧化型化學促進劑，其作用除了促進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，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。其化學反應式為
3Zn(H2PO4)2+Fe+2NaNO2=Zn3(PO4)2+2FePO4+N2↑+2NaH2PO4+4H2O
由于促進劑的添加時會產(chǎn)生沉淀，所以需要緩慢滴加。
③水解反應與磷酸的三級離解：由于金屬工件表面的氫離子濃度急劇下降，pH上升，導致離解平衡向右移動，最終導致產(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，產(chǎn)生游離磷酸：
Me(H2PO4)2=MeHPO4+H3PO4
3MeHPO4=Me(PO4)2+H3PO4
H3PO3=H2PO4-+H+=HPO42-+2H+=PO43-+3H+
④磷化膜的形成：上述磷酸根和槽液里的鋅離子，鐵離子反應生成沉淀。
2Zn2++Fe2++2PO43-+4H2O→Zn2Fe(PO4)2·4H2O↓
3Zn2++2PO43-+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)境嚴重，它的應用已逐漸受到嚴格控制。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
工藝類別 | 高溫磷化 | 中溫磷化 | ||||
1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | |
名稱 | 含量／（g／L） | |||||
磷酸二氧錳鐵鹽 | 30~40 | - | 30~45 | 30~40 | - | 30~40 |
磷酸二氧鋅 | - | 30~40 | - | - | 30~40 | - |
硝酸錳 | 15~25 | - | 20~30 | - | - | |
硝酸鋅 | - | 55~65 | 30~50 | 100~130 | 80~100 | 80~100 |
亞硝酸鈉 | - | - | - | - | - | 1~2 |
溶液溫度／℃ | 94~98 | 88~95 | 92~98 | 55~70 | 60~70 | 50~70 |
處理時間／min | 15~20 | 8~15 | 10~15 | 10~15 | 10~15 | 10~15 |
總酸度／點① | 36~50 | 40~58 | 48~62 | 85~110 | 60~80 | 60~80 |
游離酸度／點① | 3.5~5 | 6~9 | 10~14 | 6~9 | 5~7.5 | 4~7 |
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：
預脫脂／熱水洗→主脫脂→水洗→水洗→表調→磷化→水洗→水洗→鈍化→純水洗
