??
l前言
磷化處理是將金屬浸在由磷酸、磷酸鹽和其它成分組成的磷化液中，經(jīng)過化學(xué)作用在金屬表面生成一種不溶性的磷酸鹽層，俗稱磷化膜。磷化膜主要由磷酸鐵、鋅、錳、鈣等的鹽類組成，厚度一般在5y.m - 20tnn，顏色一般由暗灰到黑灰色，它與基體結(jié)
合牢固，具有良好的潤滑性、耐蝕性及較高的電絕緣性等。磷化膜主要用作涂料的底層、金屬冷加工時(shí)的潤滑層、金屬表面保護(hù)層以及用作電機(jī)硅鋼片的絕緣處理等。磷化處理所需設(shè)備簡單，操作方便，成本低，生產(chǎn)效率高，廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、航空、航
天、機(jī)械制造及家電五金等工業(yè)生產(chǎn)中。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床行業(yè)在追求機(jī)床的內(nèi)在質(zhì)量的同時(shí)也開始追求機(jī)床的外觀質(zhì)量，機(jī)床的涂裝質(zhì)量和防腐性能得到了普遍的重視。為了進(jìn)一步提高機(jī)床的涂裝質(zhì)量，磷化處理已被廣泛地應(yīng)用于機(jī)床涂裝的前處理中。
2機(jī)床零部件涂裝前磷化處理的現(xiàn)狀
機(jī)床零部件涂裝前必須進(jìn)行必要的前處理，以提高涂層附著力及其耐腐蝕性能，使涂層裝飾性和防護(hù)性達(dá)到最佳狀態(tài)。前處理工藝一般包括脫脂、除銹、表面粗化、磷化等。磷化作為一種大幅度提高金屬表面涂層耐蝕性的簡單可靠、費(fèi)用低廉、操作方便的工藝方法，被廣泛應(yīng)用。
2.1涂裝前磷化工藝的分類及特點(diǎn)
機(jī)床零部件涂裝前磷化工藝按處理溫度的高低分為高溫、中溫、低溫和常溫四類。高溫磷化( 90℃- 98℃)速度快，膜耐蝕，結(jié)合力、硬度及耐熱性均高，但膜層的揮發(fā)性大，成分變化快，結(jié)晶不均勻，易形成夾雜;中溫磷化(50C - 70qC)膜均勻，磷化速度較快;低溫磷化(25℃- 35℃)無需加熱，節(jié)省能源，成本低，溶液穩(wěn)定，膜耐蝕性及耐熱性好，但生產(chǎn)效率低;常溫磷化(15℃- 35℃)節(jié)約能源、一次性投資少、溶液穩(wěn)定性好。由于常溫、低溫磷化工藝具有低能耗、低污染和速度快等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用較廣泛。
2.2涂裝前磷化工藝的設(shè)計(jì)
2.2.1除油、除銹
除油、除銹好壞直接影響磷化膜質(zhì)量。除油即脫脂，要求脫脂劑應(yīng)具有強(qiáng)脫脂能力和低的泡沫性。脫脂要嚴(yán)格控制脫脂的溫度(40CC - 50CC)、濃度(3% - 5010)和脫脂時(shí)間(工件表面被水完全浸潤為止)。除銹以鹽酸為宜，通常采用25%稀鹽酸。低濃度鹽酸，揮發(fā)速度慢，酸霧少，對操作環(huán)境有利，而鹽酸濃度過高會形成過腐蝕。為了防止酸洗后的工件泛黃，鹽酸濃度也不宜過低，工件水洗后空停時(shí)間也不宜過長。另外，酸洗液中應(yīng)加入適量的除銹加速劑和緩蝕劑，能提高除銹速度，并減緩酸對金屬基體的侵蝕。
2.2.2涂裝前磷化工藝的確定
(1)優(yōu)選磷化液
磷化膜的質(zhì)量優(yōu)劣主要表現(xiàn)在晶體粗細(xì)和致密程度、表面有無沉淀物以及膜厚等方面，它們的差異直接影響磷化膜的質(zhì)量。在磷化膜厚度確定的情況下，磷化液的成分對磷化膜質(zhì)量有很大影響，如2n2+含量高能加快磷化速度，并使磷化膜致密，晶粒飽滿有光澤，含量低時(shí)，磷化膜疏松發(fā)暗，磷化時(shí)間長;Ca2+能調(diào)整磷化膜的生長過程，能調(diào)節(jié)磷化膜的厚薄和粗細(xì);Fe2+是必須的，它有利于磷化膜的形成，并影響磷化膜晶核大小與數(shù)量等。
近年來，磷化處理技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，目前普遍采用鐵系、鋅系、錳系及鋅鈣系磷酸鹽溶液進(jìn)行磷化，其中以鋅鈣系性能最為優(yōu)異。
(2)控制工藝參數(shù)
關(guān)鍵要控制磷化溫度、時(shí)間、促進(jìn)劑含量及總酸度和游離酸度。溫度太低則不能成膜或成膜速度慢，膜不完整，易泛黃;反之，膜粗大，耐蝕性低，同時(shí)槽液穩(wěn)定性變差，沉渣增多。促進(jìn)劑含量低，成膜慢，膜層泛黃;反之，沉渣明顯增多，膜層帶彩色。總酸度稍高，能加快磷化反應(yīng)的進(jìn)行，磷化膜薄而致密。但不宜過高，否則沉渣多，膜層掛灰。游離酸度
低，有利于降低磷化溫度和沉渣量;反之，沉渣增多，甚至不成膜。
2.2.3掌握槽液的調(diào)整方法
嚴(yán)格槽液管理，做到磷化前檢測槽液總酸度、游離酸度、促進(jìn)劑含量等。也有的廠家憑經(jīng)驗(yàn)管理槽液，效果也不錯(cuò)。此外，槽液要定期排渣和更新。如磷化槽每星期排渣1次，脫脂槽、表面調(diào)整槽每3-4個(gè)星期更新1次。
2.3典型的磷化工藝
(1)脫脂(600C - 65℃，3min - 4min)一熱水洗(80CC - 900C)一酸洗(HCl:H20= 1:1，除銹加速劑適量，5min - 6min)一二道水洗一表面調(diào)整(表面調(diào)整劑5g/L，Imin)一磷化(常溫，冬天適當(dāng)加溫，6min)一二道水洗一烘干;
(2)脫脂(30。C - 40C，5min - 10min)一水洗一酸洗(HCl: H20=1：4，除銹加速劑適量，20min -30min)水洗一表面調(diào)整一磷化(常溫，20min - 30min)一水洗一烘干;
(3)脫脂(60C - 70CC，3min)一熱水洗(80C -90℃)一表面調(diào)整一磷化(300C - 40C，10min -20min)一水洗一烘干(脫脂前手工除去局部浮銹，浸漬脫脂后手工擦洗補(bǔ)充除油);
(4)脫脂表面調(diào)整“二合一”(400C - 50C，Smin- 10min)一水洗一酸洗(HCl:H20 =1:1，10min)一水洗一磷化(30℃- 400C，20min - 30min)一水洗一烘干。
第一種工藝適宜油、銹較重的工件，工藝設(shè)計(jì)最佳，能獲得優(yōu)質(zhì)磷化膜。優(yōu)點(diǎn)：負(fù)載容量大，生產(chǎn)效率高。脫脂后熱水洗，工件表面清潔。酸洗后二道水洗能洗凈工件表面的殘酸及吸附的緩蝕劑，避免抑制磷化反應(yīng)，造成磷化膜不均勻。磷化后二道水洗，能洗掉磷化膜上的殘留可溶性鹽，避免引起涂層的早期起泡和脫落。
第二種工藝適宜油銹中等的工件，工藝控制得當(dāng)，能獲得較好的磷化膜。
第三種工藝適宜有油無銹的工件，線上不設(shè)酸洗，很適合焊接件磷化。
第四種工藝適宜油輕銹重的工件，但采用了脫脂表面調(diào)整“二合一”工藝，使磷化質(zhì)量受到影響，膜層易出現(xiàn)粗糙、泛黃、掛灰等。
3機(jī)床零部件涂裝前磷化常見的問題及改進(jìn)措施
3.1 機(jī)床零部件涂裝前磷化常見缺陷及防治
(1)磷化膜結(jié)晶粗糙多孔
產(chǎn)生原因：磷化槽液中游離酸度過高，磷化液中氧化劑量不足，槽液中亞鐵離子含量過高，零件表面有殘酸，發(fā)生過腐蝕。
防治方法：降低槽液中游離酸的含量，增加氧化劑比例，加雙氧水進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)中和及水洗，控制酸洗濃度和時(shí)間。
(2)表面粘附白色粉狀沉淀
產(chǎn)生原因：槽液中游離酸度低，游離磷酸量少，含鐵離子少，零件表面氧化物未除凈，溶液中氧化劑過量，總酸度過高，槽內(nèi)沉淀物過多。
防治方法：補(bǔ)充磷酸二氫鋅，在特殊情況下可加磷酸調(diào)整游離酸度，磷化溶液中應(yīng)留一定量的沉淀物，使新配槽液與老槽液混合使用;加強(qiáng)酸洗，充分進(jìn)行水洗;停加氧化劑，調(diào)整酸度的比值;清除過多的沉淀物。
(3)磷化膜不均勻、發(fā)花或有斑點(diǎn)
產(chǎn)生原因：除油不干凈，槽液溫度過低，表面鈍化，游離酸度和總酸度的比例失調(diào)。
防治方法：加強(qiáng)除油清洗，適當(dāng)提高槽液溫度，加強(qiáng)酸洗，將酸比調(diào)整到工藝規(guī)定范圍。
(4)磷化膜的耐腐蝕性差和生銹
產(chǎn)生原因：磷化膜晶粒過粗或過細(xì)，游離酸含量過高，表面過腐蝕，溶液中磷酸鹽含量不足，表面有殘酸。
防治方法：調(diào)整游離酸度與總酸度的比例;降低游離酸含量，可加氧化鋅或氫氧化鋅;控制酸洗過程;補(bǔ)充磷酸二氫鹽;加強(qiáng)中和與水洗過程。
3.2生產(chǎn)過程中存在的問題及改進(jìn)措施
3.2.1存在的問題
(1)輔助設(shè)備不配套
輔助設(shè)備不配套主要表現(xiàn)在：①磷化缺少烘干設(shè)備，有的工件磷化后自干，造成磷化膜含結(jié)晶水、孔隙率高、耐蝕性低;②沉渣無過濾裝置，一般來說，缺少沉渣過濾裝置不會明顯影響磷化膜質(zhì)量，而個(gè)別磷化線采用壓縮空氣來攪拌磷化液，力求加速反應(yīng)，不利磷化渣沉積槽底，懸浮的沉渣吸附在磷化膜表面，使膜層掛灰嚴(yán)重。如果配備一套連續(xù)過濾機(jī)，不僅能提高磷化成膜速度，而且膜層質(zhì)量大大改善。
(2)工藝操作不嚴(yán)格
筆者發(fā)現(xiàn)有的操作者執(zhí)行工藝不嚴(yán)，為了提高生產(chǎn)速度，任意簡化操作工序，脫脂后省去水洗直接表面調(diào)整。他們認(rèn)為這樣有利于提高表面調(diào)整液的溫度，促進(jìn)表面調(diào)整的作用，卻忽視了油污不斷被帶人表面調(diào)整液中的危害，相反會縮短表面調(diào)整液使用壽命，最終影響表面調(diào)整的效果。
(3)槽液管理不善
槽液管理不善表現(xiàn)在亂投料、誤投料時(shí)有發(fā)生，如將除銹加速劑誤投磷化槽，造成磷化不上，工件表面全部泛黃，槽液處理困難，影響槽液正常運(yùn)行。
3.2.2改進(jìn)的措施
(1)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)
工藝設(shè)計(jì)的好壞與磷化質(zhì)量密切相關(guān)。機(jī)床企業(yè)往往受客觀條件的限制，難以滿足工藝設(shè)計(jì)要求。如何因地制宜優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，亦是設(shè)計(jì)者研究的課題之一。生產(chǎn)中一旦發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)不合理的地方，盡可能在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上調(diào)整工藝流程，盡量滿足生產(chǎn)要求。
(2)提高工藝管理水平
實(shí)踐表明，在同等條件下(磷化工藝和磷化劑均相同)，不同的工藝管理卻獲得不同的磷化效果。工藝管理水平高，不僅磷化質(zhì)量好，而且能耗低，成本低;反之，質(zhì)量差、成本高。
(3)改善磷化膜與涂料的配套性
隨著涂裝技術(shù)的發(fā)展，對磷化處理與涂料的配套性提出了更高的要求。而以往人們過多地強(qiáng)調(diào)磷化膜本身的耐蝕性，而忽視了磷化膜與涂料的配套性。實(shí)際上磷化膜本身在整個(gè)涂層體系中并不單獨(dú)承擔(dān)多大的耐腐蝕作用，關(guān)鍵是磷化膜與涂料的配套性要好，這對電泳涂裝尤為重要。因此，改善磷化膜與陰極電泳涂料的配套性已成為機(jī)床企業(yè)研究的新課題。
4機(jī)床行業(yè)磷化處理的發(fā)展方向
近年來，機(jī)床行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，各機(jī)床制造商越來越重視機(jī)床的外觀涂裝質(zhì)量，磷化技術(shù)也得到極大的發(fā)展。磷化溫度由高溫向中溫、低溫、常溫發(fā)展。磷化工藝向簡單化發(fā)展。有的磷化產(chǎn)品可直接刷涂，如“四合一”、“三合一”等常溫磷化產(chǎn)品。
有的簡化了工藝流程，磷化、鈍化并為一道工序，而且產(chǎn)品的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)仍能達(dá)到，甚至有的指標(biāo)超過了國家標(biāo)準(zhǔn)。磷化產(chǎn)品組分復(fù)雜化。這樣提高了磷化的質(zhì)量，降低了磷化溫度，加強(qiáng)了磷化工作液的穩(wěn)定性。減少污染、降低成本。重點(diǎn)解決磷化產(chǎn)品中的亞硝酸鹽、重金屬、磷酸鹽、高溫、酸霧給環(huán)境造成的污染，降低了為改善環(huán)境所付出的成本。
綜上所述，隨著新工藝新材料研究的進(jìn)一步深入，機(jī)床零部件的磷化處理技術(shù)正朝著中低溫、低成本、低能耗、低污染、磷化膜均勻致密、膜薄且耐蝕性能好的方向發(fā)展。
