钢铁的磷化处理
一、概 述
钢铁零件在含有锰、铁锌、钙的磷酸盐溶液中，进行化学处理，使其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做磷化处理（或称磷酸盐处理）。
二、磷化膜的外观及组成
1、 外观：由于基体材料及磷化工艺的不同可由深灰到黑灰色，特殊工艺可实现
纯黑色、红色及彩色。
2、组成：磷酸盐[Me3(PO4)2]或磷酸氢盐(MeHPO4)晶体组成。
三、特 点
1、 大气条件下稳定，与钢铁氧化处理相比，其耐腐蚀性较高，约高2-10倍，
再进行重铬酸盐填充，浸油或涂漆处理，能进一步提高其耐腐蚀性。
2、具有微孔隙结构，对油类、漆类有良好的吸附能力。
3、对熔融金属无附着力。
4、磷化膜有教高的电绝缘性能。
5、厚度一般为10-20m，因为磷化膜在形成过程中相应地伴随着铁进行溶解，
所以尺寸改变较小。
四、用 途
1、防腐。
2、 涂装底层，润滑性，再冷变形加工工艺中，能氧化摩擦，减少加工裂纹和表
面拉伤。
3、要用来防止粘附低熔点的熔融金属。
4、变压器、电机的转子、定子及其他电磁装置的硅钢片均用磷化处理，而原金
属的机械性能、强度、磁性等基本不变。
五、小 结
所需用的设备简单，操作方便，成本低，生产效率高，保护膜又有不少优点，因此在汽车、船舶、机器制造及航空工业都得到广泛的应用。
六、磷 化 种 类
用于生产的磷化处理方法有：高温、中温、低温的磷化处理，四合一磷化处理及黑色磷化处理等。
1、 高温磷化处理：在90-98℃的温度下进行，溶液的游离酸度于总酸度的比值
为1∶6-9，处理时间为15-20分钟。
特点：耐腐蚀性、结合力、硬度和耐热性都比较高，速度快，磷化膜粗细均
匀可以电镀。溶液加热时间长，挥发量大，成分变化快，磷化膜易夹杂沉淀，沉淀物
难清理。
2、 中温磷化处理：在60-70℃的温度下进行。溶液游离酸度与总酸度比值为1∶（10-15），处理时间为7-15分钟。
特点：溶液稳定，磷化速度快，生产效率高，容易成分复杂，难配制。
3、 常温磷化处理：在室温下进行，溶液的游离酸度与总酸度的比值为1∶（20-30），处理时间为10-15分钟。
特点：不需加热，消耗少、成本低、稳定、耐腐蚀性差、结合力低、耐热性
低。
七、各 种 因 素 的 影 响
1、 总酸度和游离酸度的影响：
1） 总酸度：提高总酸能加速磷化反应，使膜层薄而细致。过高，常常使膜层过
薄。过低，磷化速度缓慢，膜层厚而粗糙。
2） 游离酸度：过高会使磷化反应时间延长，磷化膜晶粒粗大多孔，耐腐蚀性降
低，亚铁离子含量容易上升，溶液里的沉淀容易增多。过低，磷化膜薄甚至
没有磷化膜。
3） 酸度调整：
当游离度过底时，可加入磷酸锰铁盐和磷酸二氢锌，约5-6g/升，升高1“点”，
同时总酸升高5“点”左右，过高用ZnO、ZnCO3、MnCO3或Zn(OH)2中和，0.5-1g/
升，降低1“点”，加入后如果游离酸没有显著下降，表明溶液中磷酸锌盐
含量较高，这时应加水冲淡调整溶液。
当总酸过低时，可加入硝酸锌，20-22g/升或硝酸锰大约在40-45g/升，可
升高10个“点”，高时可用水稀释来降低。
2、 Zn+2离子：加快磷化速度，使磷化膜致密，结晶闪硕有光。低时，磷化膜
疏松发暗。过高（特别是在Fe+2和P2O3较高时），晶粒粗大，排列紊乱，脆
弱且其中白灰较多。
3、 Mn+2离子：可以提高磷化膜的硬度，附着力和耐腐蚀性，颜色加深，结晶
均匀，过高，膜不易生成。
4、 Fe+2离子：在高温磷化中Fe+2很不稳定，易被氧化为Fe+3离子转变为磷
酸铁沉淀，从而导致磷化液浑浊，游离酸升高。在常温磷化溶液中，保持一
定数量的Fe+2，能大大提高磷化层的后度，机械强度和防护能力，工作范
围也比较宽。但Fe+2易被氧化成Fe+3离子而沉淀出来，转变为磷酸高铁，
溶液呈乳白色时，结晶几乎不能生成，质量十分低劣。当磷化液中含有少量
（0.01-0.03g/L）一氧化氢时，Fe+2即相对稳定，这时，溶液中因有少量
Fe(NO)+2络离子，而呈棕绿色。稳定Fe(NO)+2的条件：
1）溶液温度不超过70℃
较高的硝酸根含量和锰含量。亚铁离子过高时，中温磷化膜晶粒粗大，表面
有白色浮灰，防护能力降低，耐热性也有所降低。中温磷化Fe+2(1-3.5g/L)，
常温0.5-2g/L。
2）过多的亚铁离子可以用双氧水除去，每降低1g，约需30%H2O21ml和ZnO0.5g。
5、 P2O5: 能加速磷化速度，使膜疏密，晶粒闪烁发光。低时，膜致密性和耐腐
蚀性均差，甚至会磷化不上。过高时，膜结晶排列絮乱，附着力降低表面灰
白较多。
6、 NO3根离子：硝酸根可以加快磷化速度，提高磷化膜的致密性，并且可降低
磷化槽温度的条件下进行处理。在适当条件下，硝酸根与钢铁作用生成少量
的NO,促使亚铁离子稳定。含量高时，高温磷化膜变薄使中温磷化溶液中亚
铁离子聚积过多，使常温磷化膜易出现黄色锈迹。
7、 F离子：是一种有效活化剂，加速磷化速度，使晶粒致密，耐腐蚀性增强。
过多中温磷化零件表面易出现白色浮灰，常温寿命将会缩短。
8、 NO2根离子：常稳溶液中大大加快磷化速度，减少膜孔隙使结晶细致，提高
膜的耐腐蚀性。含量过多时，膜表面容易出现白点。
9、 温度的影响：温度高加快磷化速度，提高附着力，硬度、耐腐蚀性，但在高
温下，Fe易被氧化Fe沉淀出来，溶液不够稳定。
10、零件的材料和表面状态的影响
高、中碳钢和低合金钢较容易磷化，磷化膜黑而厚实，但是具有磷化膜结
晶粒多粗的倾向，低碳钢零件膜颜色较浅，结晶致密，如果在磷化前进行
适当的浸蚀，可显著提高磷化膜的质量。冷加工零件表面有硬化层，在磷
化前应进行强度浸蚀，活化零件表面，否则磷化膜薄而不均匀，耐蚀性较
低。
磷化零件在浸蚀后，进行一次皂化处理或钛盐处理，可提高磷化膜的致密
性和耐蚀性。
皂化处理的工艺规范：
肥皂：10-30g/L
Na2CO3:15-30g/L
温度：50-60℃
时间：2-5分钟
11、SO4 根离子：使磷化过程延长，膜多孔易锈≤0.5g/升，过高SO4用硝酸钡
沉淀，，1gSO4须用2.72gBaNO3，钡盐不宜过量，否则，磷化结晶粗大，反
映时
12、间延长，而且零件表面白灰较多。
13、CL-1：危害性与SO4相似，≤0.5g/L，过多用硝酸银沉淀，然后用铁屑或铁
板置换残条的银离子。
14、Cu+2:浸蚀或磷化溶液中含有铜离子时，膜表面发红，抗蚀能力降低，Cu+2
用铁屑置换除去。
八、常见故障原因分析
1、磷化膜结晶粗糙多孔：
原因：1）游离酸过高。
2）硝酸根不足。
3）零件表面有残酸，加强中和及清洗。
4）Fe+2过高，用双氧水调整。
5）零件表面过腐蚀，控制酸洗浓度和时间。
2、膜层过薄，无明显结晶：
原因：1）总酸度过高，加水稀释或加磷酸盐调整酸的比值。
2）零件表面有硬化层，用强酸腐蚀或喷砂处理。
3）亚铁含量过低，补充磷酸二氢铁。
4）温度低。
3、磷化膜耐腐蚀性差和生锈
原因：1）磷化晶粒过粗或过细，调整游离酸和总酸度比值。
2）游离酸含量过高。
3）金属过腐蚀。
4）溶液中磷酸盐含量不足。
5）零件表面有残酸。
6）金属表面锈没有出尽。