磷化参数的影响及控制(课件).

1、热处理知识 磷化知识(二) 生产处处长生产处处长 冯新冯新 江苏巨力钢绳有限公司江苏巨力钢绳有限公司 引言 上个课件我们着重讲述了关于磷化的一些基本 知识，本次课件将围绕热处理的磷化工艺进行 深入的详细讲解。本次将要讲到的是磷化工艺 中影响磷化的因素及其控制。 概述 在实际的磷化工艺中，影响到磷化的因素有 如下几个： 总酸度（TA） 游离酸度（FA） 酸比 温度 时间 PH值 促进剂的作用 一、总酸度 （TA） 总酸度反映磷化液的内在动力值，控制总 酸度就是控制成膜例子浓度在必要的范围 内。 总酸度偏高或达到工艺范围上限，有利于 加速磷化反应，使膜层细而薄； 总酸度过高，磷化膜结晶粗糙，表面易

2、挂 灰，沉渣增多； 总酸度过低，磷化膜生成困难，磷化慢。 二、游离酸度（FA） FA过高，则磷化液与工件作用加快，会析出大量的氢， 同时H+ 浓度增大，抑制了Zn(H2PO4)2 电离，使成膜离 子浓度过低，磷酸盐离子积KSP，导致晶核难以形成， 造成成膜困难，磷化膜疏松，工件表面出现黄锈。 FA过低，则磷化液与工件腐蚀反应缓慢，不利于金属 的基本溶解，磷化膜难以形成，并且磷化液极不稳定， 容易产生大量的残渣。 事项解决措施 TA过高加水 TA过低 加硝酸盐、如加酸式磷酸盐（既 可以提高TA，也可以提高FA） FA过高加ZnO、ZnCO3 或NaOH FA过低加H3PO4 或Zn(H2PO4)

3、2 三、酸比 定义：总酸度和游离酸度的比值。 酸比与磷化温度及磷化时间成反比，即： 酸比高，可降温，缩短磷化时间； 酸比低，可升温，延长磷化时间； l酸比过高，磷化液中的H+ 浓度相对低，一旦工件进入， 电离迅速增大，成膜离子的浓度迅速升高，成膜速度 快，磷化时间短，所需磷化温度低，残渣增多； l酸比过低，磷化液中的H+ 浓度相对高，一旦工件进入， 电离解反应缓慢，成膜离子的浓度低，成膜速度慢， 磷化不完全，工件表面出现黄锈，并且所需的磷化温 度高。 四、温度 温度对磷化成膜速度影响显著，磷化液中电 离平衡为吸热过程，温度升高，电离解平衡 右移，成膜速度加快，但温度升高会造成磷 化膜厚且粗糙，

4、沉渣增多；但温度过低，点 离解平衡左移H+ 浓度下降，不利于磷化， 成膜离子积KSP，不能生成完整的膜，成 膜时间延长，膜薄而细。 一般情况下，不同的配方有不同的磷温，但 电离出大量的Zn2+ 和PO43- 形成Zn3(PO4)2 沉渣，造成磷化液无效消耗。 中温磷化如控制失控则会导致温度高于上限 值。 分析： 温度升高，酸比升高，如降温，酸比并非下降，该 反应是不可逆的。 因为： H2PO4-H+HPO42-2H+PO43- 成膜离子浓度大幅度提高 3Zn2(H2PO4)2Zn3(PO4)2+4H3PO4 一般情况下，超过一定温度时，再降温，原有的平 衡并不能恢复。如不调整，就可能出现磷化

5、不上。 当然，一般情况下，温度升高，酸比升高， 但这与诸多因素有关，待继续研究 五、时间 在特定的温度与参数下，磷化时间越长越好。 但特定的条件下，磷化到一定的时间，磷化膜 便不再增加，已达到平衡。 时间过短，则会成膜量不足，不能形成致密的 磷化膜层； 时间过长，受H+ 的侵蚀，磷化膜会变的粗糙， 或结晶在已形成的膜上，可能会产生有疏松表 面的粗厚膜。 六、PH值 H+ 浓度越高，PH就越低，这也是游离酸度的 一种表现。 一般情况下，锌系PH值以23为宜，PH小于1.5 时，工件表面Fe的溶解大于磷酸盐的沉淀，不 但起不到磷化作用，反而会引发酸洗；PH大于3 则会导致工件表面挂灰，生成大量粉末

6、，造成 非生产性的消耗。 当然PH值控制在3.03.5也是可以的，这并没有 明确的区分。 七、促进剂、氧化剂或加速剂 n由磷化机理中的 Fe Fe2+ +2e H+ +e 【H】 【H】+【H】 H2 【O】+【H】【R】+H2O Fe2+ +【O】Fe3+ +【R】 上述反应能够消耗大量的氢离子，但同时增加了氢脆的风险。式 使固液界面的PH上升，使磷酸二氢盐三级离解平衡右移，以使成膜离 子达到容度积而成膜。但式阴极析出的氢、氢气的滞留造成阴极的 极化，使反应不能继续进行，因而沉积成膜也不能进行下去。那么式 就是阴极去极化的作用，加速了反应的速率，式中吧多余的Fe2+ 氧化成Fe3+ 保证Fe2+ 的浓度在可控制的工艺范围内，并大大减少了氢脆的可能。 l式的反应可以写成 8H+2NO2-N2+4H2O 6Fe2+2NO2-+8H+6Fe3+N2+4H2O 当然NaNO2在酸中分解产物NO2- 也能氧化氢，达到去氢作用，但NaNO2 的缺点是在酸性溶液中不稳定，容易分解逸出，需不断补充。即NaNO2 少加勤加的原则，但浓度不宜过高，否则容易钝化工件表面。 l一般情况下， NO3- 也具有氧化作用，能使Fe2+ Fe3+ ，防止磷化 液Fe2+ 比例过高，