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(shí)間：2012.06.13 新聞來(lái)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(zhǎng)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(wú)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(shí)，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(shí)，僅有金屬的溶解，而無(wú)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(jí)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(jí)離解平衡向右移動(dòng)，***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(jià)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(jià)鐵離子）達(dá)到飽和時(shí)，即結(jié)晶沉積在金屬工件表面上，晶粒持續(xù)增長(zhǎng)，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(jià)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(jià)鐵離子
，則氧化成三價(jià)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(lái)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(lái)排除于體系外
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