磷化是金属材料防腐蚀的重要方法之一,其目的在于给基体金属提供防腐蚀保护、用于喷漆前打底、提高覆膜层的附着力与防腐蚀能力及在金属加工中起减摩润滑作用等。磷化是常用的前处理技术，原理上应属于化学转化膜处理。工程上应用主要是钢铁件表面磷化，但有色金属如铝、锌件也可应用磷化。

　　磷化液的主要成分是磷酸二氢盐，如Zn(H2PO4)2以及适量的游离磷酸和加速剂等。加速剂主要起降低磷化温度和加快磷化速度的作用。作为化学加速剂用得最多的氧化剂如NO3-、NO2-、CIO3-、H2O2等。磷化是金属与稀磷酸或酸性磷酸盐反应而形成磷酸盐保护膜的过程。磷化液按磷化成膜体系主要分为:锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类。

　　锌系磷化槽液主体成分是:Zn2+、H2PO3-、NO3-、H3PO4、促进剂等。形成的磷化膜主体组成（钢铁件）:Zn3(po4)2·4H2O 、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈树枝状、针状、孔隙较多。广泛应用于涂漆前打底、防腐蚀和冷加工减摩润滑。按磷化处理温度可分为常温、低温、中温、高温四类。常温磷化就是不加温磷化。低温磷化一般处理温度30～45℃。中温磷化一般60～70℃。高温磷化一般大于80℃。温度划分法本身并不严格，有时还有亚中温、亚高温之法，随各人的意愿而定，但一般还是遵循上述划分法。

　　磷化成膜机理

　　磷化的主要过程:

　　1.金属的溶解过程即金属与磷化液中的游离酸发生反应: M+H3PO4 = M(H2PO4)2+H2↑

　　2.促进剂的加速过程为: M(H2PO4)2+Fe+[O]→M3(PO4)2+FePO 由于氧化剂的氧化作用,加速了不溶性盐的逐步沉积,使金属基体与槽液隔离,会限制甚至停止酸蚀的进行。

　　3.磷酸及盐的水解: 磷化液的基本成分是一种或多种重金属的酸式磷酸盐, 其分子式为Me(H2PO4)2,这些酸式磷酸盐溶于水,在一定浓度及pH值下发生水解,产生游离磷酸: Me(H2PO4)2=MeHPO4+H3PO4 3MeHPO4=Me3(PO4)2+ H3PO4 H3PO4=H2PO4-+H+= HPO42- + 2H+ = PO43- + 3H+ 由于金属工件表面的氢离子浓度急剧下降，导致磷酸根各级离解平衡向右移动，最终成为磷酸根。

　　4.磷化膜的形成:当金属表面离解出的PO3-4与磷化槽液中的金属离子Zn2+、Mn2+、Fe2+达到饱和时,即结晶沉积在金属工件表面,晶粒持续增长,直到在金属工件表面生成连续不溶于水的牢固的磷化膜:

　　3M+ 2PO4+ 4H2O = M3(PO4) 2·4H2O ↓

　　2M+ Fe+ 2 PO4+ 4H2O= M2Fe(PO4) 2·4H2O ↓

　　金属工件溶解出的Fe一部分作为磷化膜的组成部分被消耗掉,而残留在磷化槽液中的Fe则氧化成Fe,生成FePO4沉淀,即磷化沉渣的主要成分之一。

　　上述磷化原理可解释锌系磷化、锌钙系磷化、锰系磷化的成膜过程,也可解释锌件磷化、铝件磷化的成膜过程,但锌件磷化膜只有磷酸锌一种组成,铝件磷化还需加入较多的氟化物,以便形成AlF3、AlF6

　　1.氧化锌与磷酸反应生成磷酸二氢锌,氧化锌含量低时,成膜困难,过高会使膜层变厚、空隙率增大。

　　2.磷酸与ZnO反应生成磷酸二氢锌,并在磷化过程中与Fe反应生成磷化膜,含量过高会使磷化膜粗糙,过低则无法成膜,适当过量的磷酸主要是保持磷化液的酸度。

　　3.硝酸镍主要是Ni2+的作用,可以加速成膜,并且使膜层细化。并能参与磷化反应,提高磷化膜的抗腐蚀性能。

　　4.硝酸钠NO-3与H+反应是去极化反应,可加速反应,反应生成水,不产生气体形成酸雾,含量越多成膜速度越快,但过多会导致膜泛黄,结晶粗大。

　　5.氯酸钾强氧化剂有利于钢铁表面的活化,加快磷化的速度。同时作为促进剂,氯酸根离子有加速去H+的作用。其热稳定性高,有迟缓沉渣的作用。

　　6.复合添加剂主要作用是对金属表面进行调整,改变磷化液对工件表面的润湿性能以及去极化和封锁阳极区,降低对前处理的要求,为磷化结晶提供更多的活性点,起到助膜剂的作用,效果明显,使成膜质量大大提高。添加剂在磷化液中起着很重要的作用。

　　新型磷化液相关配方

　　组份名称 投料量(g/L)

　　磷酸二氢锌 96~98

　　钼酸铵 7~8

　　硫酸镁 8~9

　　硝酸钙 25~26

　　氢氟酸 1~2

　　磷酸 9~10

　　硝酸 12~13

　　硝酸镍 6.5~7

　　亚硝酸钠 2.5~3

　　酒石酸 5~5.5

　　水 余量