42磷化處理技術(shù)教案（7） ——金屬的溶解過程，磷化膜的形成
發(fā)布時間：2012.06.13 新聞來源：不銹鋼酸冼鈍化液|不銹鋼酸洗鈍化膏|不銹鋼酸洗劑|不銹鋼表面處理-天長市俊武不銹鋼表面處理材料廠 瀏覽次數(shù)：
磷化處理技術(shù)教案（7）
3、磷化處理
所謂磷化處理是指金屬表面與含磷酸二氫鹽的酸性溶液接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在金屬表面生成穩(wěn)定的不溶
性的無機(jī)化合物膜層的一種表面的化學(xué)處理方法。所形成的膜稱為磷化膜。它的成膜機(jī)理為：（以鋅系為
例）
a)金屬的溶解過程
當(dāng)金屬浸入磷化液中時，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?↑ (1)
上式表明，磷化開始時，僅有金屬的溶解，而無膜生成。
b)促進(jìn)劑的加速
上步反應(yīng)釋放出的氫氣被吸附在金屬工件表面上，進(jìn)而阻止磷化膜的形成。因此加入氧化型促進(jìn)劑以去除
氫氣。其化學(xué)反應(yīng)式為：
3Zn(H2PO4)2+Fe+2NaNO2=Zn3(PO4)2+2FePO4+N2↑+2NaH2PO4+4H2O (2)
上式是以亞硝酸鈉為促進(jìn)劑的作用機(jī)理。
c)水解反應(yīng)與磷酸的三級離解
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值下發(fā)生水解泛音法，產(chǎn)生游離磷酸：
Me(H2PO4)2=MeHPO4+H3PO4 ( 3 )
3MeHPO4=Me3(PO4)2+H3PO4 ( 4 )
H3PO3=H2PO4-+H+=HPO42-+2H+=PO43-+3H+ ( 5 )
由于金屬工件表面的氫離子濃度急劇下降，導(dǎo)致磷酸根各級離解平衡向右移動，***終成為磷酸根。
d)磷化膜的形成
當(dāng)金屬表面離解出的三價磷酸根與磷化槽液中的（工件表面）的金屬離子（如鋅離子、鈣離子、錳離子、
二價鐵離子）達(dá)到飽和時，即結(jié)晶沉積在金屬工件表面上，晶粒持續(xù)增長，直至在金屬工件表面上生成連
續(xù)的不溶于水的黏結(jié)牢固的磷化膜。
2Zn2++Fe2++2PO43-+4H2O→Zn2Fe (PO4)2?4H2O↓ ( 6 )
3Zn2++2PO42-+4H2O=Zn3 (PO4)2?4H2O ↓ ( 7 )
金屬工件溶解出的二價鐵離子一部分作為磷化膜的組成部分被消耗掉，而殘留在磷化槽液中的二價鐵離子
，則氧化成三價鐵離子，發(fā)生（2）式的化學(xué)反應(yīng)，形成的磷化沉渣其主要成分是磷酸亞鐵，也有少量的
Me3(PO4)2。
1、 磷化的分類方法有以下幾種：
1、 根據(jù)組成磷化液的磷酸鹽分類。
有磷酸鋅系、磷酸錳系、磷酸鐵系。此外還有在磷酸鋅中加鈣的鋅鈣系，在磷酸鋅中加鎳、加錳的“三元
體系”磷化等。
2、 根據(jù)磷化的溫度分類。
有高溫（80度以上）磷化、中溫（50~70度）磷化和低溫磷化（40度以下）。
3、 按磷化施工法分類。
有噴淋式磷化、浸漬式磷化、噴浸結(jié)合式磷化、涂刷型磷化。
4、 按磷化膜的質(zhì)量分類。
有重量型（7.5g/m2以上），中量型（4.3~7.5g/m2）,輕量型（1.1~4.3g/m2）和特輕量型（0.3~1.1g/m2
）。
鐵鹽磷化膜***薄，其膜重為（0.3~1.1）g/m2，屬于輕量型。鋅鹽磷化視配方而定，可以分為輕量型、中
量型或重型磷化膜。膜重范圍廣，在（1.0~5.0）g/m2之間。磷化成膜原理可以用過飽和理論來解釋。即
構(gòu)成磷化膜的離子積達(dá)到該種不溶性磷酸鹽的溶度積時，就在金屬表面沉積形成磷化膜。磷化處理的材料
主要成分為酸式磷酸鹽，其分子式為Me(H2PO4)2。金屬離子Me通常為鋅、錳、鐵等。這些酸式磷酸鹽均能
溶解于水。在含有氧化劑及各種添加劑的酸性磷化液中，磷酸二氫鹽要發(fā)生離解，產(chǎn)生金屬離子Me和磷酸
根離子，但此時離子積未達(dá)到不溶性磷酸鹽的溶度積，并不產(chǎn)生膜的沉積：
Me(H2PO4)2→Me2++H2PO4-
|→HPO4-+H+
|→PO4-+H+
為在適當(dāng)?shù)臏囟认率沽谆号c被處理的金屬表面接觸時，發(fā)生金屬的溶解反應(yīng)
Fe+2H+→Fe2++H2↑
由于上式反應(yīng)，鐵與磷化液界面處H+不斷被消耗，引起PH值上升，這就又促使了三步離解反應(yīng)。于是界面
處Me2+與PO43-濃度不斷上升，直到[Me2+][PO43-]>Lme3(PO4)2時，就產(chǎn)生Me3(PO4)2不溶性磷酸鹽的沉積
，覆蓋在金屬表面，構(gòu)成磷化膜。
但是，上式生成的氫氣吸附在金屬表面，造成所謂的陰極極化，使磷化反應(yīng)懂得進(jìn)程受到阻礙。因此要添
加一定量達(dá)到的氧化劑作為陰極去極化劑，以保證磷化反應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成。氫氣被氧化劑氧化成水
除掉。產(chǎn)生Fe2+除部分參與成膜形成Zn2Fe(PO4)2?4H2O外，剩余部分被氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+與PO43-結(jié)合成
濃度積很小的FePO4,成為淤渣沉淀出來排除于體系外
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