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2、磷化膜質(zhì)量評定項目與方法
1、外觀目視法
好的磷化膜外觀均勻完整細(xì)密、無金屬亮點、無白灰。鋅系磷化膜為灰色膜，鐵系磷化為彩虹色膜。而鋁及鋁合金則為無色或彩色鋁皮膜。
2、微觀結(jié)構(gòu)顯微鏡法
以金相顯微鏡或電子顯微鏡將磷化膜放大到100~1000倍，觀察結(jié)晶形狀、尺寸大小及排部情況。結(jié)晶形狀以柱狀晶為好。結(jié)晶尺寸小些為好，一般控制在幾十微米以下，排部越均勻，孔隙率越小越好。
3、厚度（或重量法）測定法
對于鋼板的磷化膜方法是將磷化板浸在75度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)喂%的鉻酸溶液中（10~15）min以去除磷化膜，然后除去膜層前后的重量差求的膜重。
3、腐蝕性能測定法
最常用的是硫酸銅點滴實驗法。現(xiàn)在常與下道工序進(jìn)行后根據(jù)用戶要求進(jìn)行鹽霧試驗、耐溫?zé)嵩囼灮蜓h(huán)周期試驗等。
4、抗沖擊試驗
常常是進(jìn)行涂裝后一起測定，當(dāng)用49N•cm
對涂裝后的磷化板進(jìn)行沖擊試驗時，當(dāng)沖擊后的樣板的反面沖擊點不產(chǎn)生放射性裂紋時，即可確定該磷化膜的質(zhì)量較好。
5、二次附著力測定
磷化膜涂裝后測定的附著力為一次附著力。在一定條件下進(jìn)行耐溫水實驗后測定的附著力稱為二次附著力。一般是在耐水試驗后的樣板上用劃格法作附著力的測定，以膠帶剝離后觀察涂膜脫落等級，一般均為平行比較實驗。
6、磷化膜孔隙率的測定
取14%的NaCL和3%的鐵氰化鉀溶液，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的蒸餾水溶液，保存在褐色瓶中24小時，用濾紙過濾。使用時將濾紙切成長、寬均為2.5厘米的紙片，用塑料鑷子將紙片浸入上述溶液中，提出滴凈多余試液，將他覆蓋在戴測的磷化膜表面，經(jīng)過一段時間（1分鐘）后將試紙拿掉，觀察膜層表面，有蘭色斑點處表示有孔隙部分。
6、磷化膜的耐堿性
比較磷化膜在浸堿液0.1mol/L的氫氧化鈉，25度，5分鐘前后的質(zhì)量差，可以得到磷化膜在堿液中的溶解量。
7、磷化膜的耐酸性
比較磷化膜在PH值位為2的酸液中的溶解量來評價磷化膜的耐酸性。
8、磷化膜P比
P比最初定義為P/(P+H),其中P為磷酸二鋅鐵，H為磷酸鋅，因此P比的高低表示磷化膜中磷酸二鋅鐵所占比率的高低。P比高的磷化膜其結(jié)晶水不易失水，也不易復(fù)水，其耐蝕性比低P比的磷化膜好。
3、影響磷化的因素
影響磷化的因素很多，當(dāng)磷化膜出現(xiàn)質(zhì)量問題時，可以從磷化工藝參數(shù)、促進(jìn)劑、磷化工藝（含設(shè)備）管理以及被處理鋼材表面幾大方面考慮。
一、磷化工藝參數(shù)的影響
1、
總酸度————總酸度過低、磷化必受影響，因為總酸度是反映磷化液濃度的一項指標(biāo)。控制總酸度的意義在于使磷化液中成膜離子濃度保持在必要的范圍內(nèi)。
2、
游離酸度————游離酸度過高、過低均會產(chǎn)生不良影響。過高不能成膜，易出現(xiàn)黃銹；過低磷化液的穩(wěn)定性受威脅，生成額外的殘渣。游離酸度反映磷化液中游離H+的含量。控制游離酸度的意義在于控制磷化液中磷酸二氫鹽的離解度，把成膜離子濃度控制在一個必須的范圍。磷化液在使用過程中，游離酸度會有緩慢的升高，這時要用堿來中和調(diào)整，注意緩慢加入，充分?jǐn)嚢瑁駝t堿液局部過濃會產(chǎn)生不必要的殘渣，出現(xiàn)越加堿，游離酸度越高的現(xiàn)象。單看游離酸度和總酸度是沒有實際意義的，必須一起考慮。
3、
酸比————酸比即指總酸度與游離酸度的比值。一般的說酸比都在5~30的范圍內(nèi)。酸比較小的配方，游離酸度高，成膜速度慢，磷化時間長，所需溫度高。酸比較大的配方，成膜速度快，磷化時間短，所需溫度低。因此必須控制好酸比。
4、
溫度————磷化處理溫度與酸比一樣，也是成膜的關(guān)鍵因素。不同的配方都有不同的溫度范圍，實際上，他在控制著磷化液中的成膜離子的濃度。溫度高，磷酸二氫鹽的離解度大，成膜離子濃度相應(yīng)高些，因此可以利用此種關(guān)系在降低溫度的同時提高酸比，同樣可達(dá)到成膜，其關(guān)系如下：
70℃ 60℃ 50℃ 40℃ 30℃ 20℃
1/5 1/7 1/10 1/15 1/20 1/25
生產(chǎn)單位確定了某一配方后，就應(yīng)該嚴(yán)格控制好溫度，溫度過高要產(chǎn)生大量沉渣，磷化液失去原有平衡。溫度過低，成膜離子濃度總達(dá)不到濃度積，不能生成完整磷化膜。溫度過高，磷化液中可溶性磷酸鹽的離解度加大，成膜離子濃度大幅度提高，產(chǎn)生不必要的沉渣，白白浪費了磷化液中的有效成分，原有的平衡被迫壞，形成一個新的溫度下的平衡，如，低溫磷化液在溫度失控而升高時，H2PO4→H++PO43-
的離解反應(yīng)向右進(jìn)行，從而使磷酸根濃度升高，產(chǎn)生磷酸鋅沉淀，使磷化液的酸比自動升高。當(dāng)磷化液恢復(fù)到原有的溫度時，原有的平衡并不能恢復(fù)。因此實際中，當(dāng)磷化液超過一定溫度后，再降低到原來的溫度時，如果不進(jìn)行調(diào)整，就有可能磷化不上。從減少沉渣，穩(wěn)定槽液，保證質(zhì)量來看，磷化液的溫度變化越小越好。
5、
時間————各個配方都有規(guī)定的工藝時間。時間過短，成膜量不足，不能形成致密的磷化膜層。時間過長，由于結(jié)晶在已形成的膜上繼續(xù)生長，可能產(chǎn)生有疏松表面的粗厚膜。 二、促進(jìn)劑的影響
促進(jìn)劑是必不可少的成分，如果沒有他們，磷化將失去意義。磷化液中的促進(jìn)劑，主要指某些氧化劑。氧化劑是作為陰極去極化劑而在磷化配方中采用的一種化學(xué)反應(yīng)型的加速劑。他的主要作用是加速氫離子在陰極的放電速度，促使磷化第一階段的酸蝕速度加快，因此可以稱為金屬腐蝕的催化劑。當(dāng)金屬表面接觸到磷化液時，首先發(fā)生以下反應(yīng)：
Fe+2H+→Fe2++H2↑
這個反應(yīng)能夠消耗大量的氫離子，促使固液界面的PH上升，進(jìn)而促使磷化液中的磷酸二氫鹽的三級離解平衡右移，以致使鋅離子濃度和磷酸根濃度在界面處達(dá)到溶度積而成膜。如果不添加一些有效物質(zhì)，陰極析出的氫氣的滯留會造成陰極極化，使反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，因而磷酸鹽膜的沉積也不能連續(xù)下去。因此，凡能加速這個反應(yīng)的物質(zhì)，必能加速磷化。氧化劑正是起著陰極去極化的作用而加速反應(yīng)。
常用的氧化劑有硝酸鹽、亞硝酸鹽、雙氧水、溴酸鹽、碘酸鹽、鉬酸鹽、有機(jī)硝基化合物、有機(jī)過氧化物等。最常用的主要是硝酸鹽、氯酸鹽、亞硝酸鹽。
單獨使用硝酸鹽做氧化劑時，不能將二價鐵完全氧化成三價鐵，使溶液中二價鐵離子濃度積累升高，影響磷化膜的生長速度。因此，不單獨使用他，而是與亞硝酸鹽或氯酸鹽等配合使用。但是，亞硝酸根、氯酸根的氧化性太強(qiáng)，如果用量過多，會使鋼鐵表面發(fā)生鈍化，阻礙磷化反應(yīng)的進(jìn)行。因此必須加入適量的亞硝酸鹽或氯酸鹽。
亞硝酸鹽的缺點是在酸性磷化液中不穩(wěn)定，容易分解，需不斷補(bǔ)充，否則磷化膜極易發(fā)黃。他分解產(chǎn)生的酸氣易使未磷化的濕工件生銹。
氯酸鹽雖然不能產(chǎn)生酸性氣體，在酸液中也穩(wěn)定，但是他會還原成氯離子。氯離子在槽液中積累，若隨后的水洗不充分，使氯離子留在工件上，會帶來很大的后患。一方面污染電泳槽液，另一方面留在涂層下，會加快腐蝕速度。
過氧化氫尤其獨特的優(yōu)點，他的還原產(chǎn)物是水，他是工業(yè)開發(fā)中最強(qiáng)的氧化劑。使用的濃度很低，大約0.01~0.1g/L，但是他在酸中更不穩(wěn)定，控制要求很高。
此外還有更巧妙的有機(jī)氧化還原劑，比如蒽醌類衍生物。從原理上看，這上一種不消耗的循環(huán)使用的加速劑，他只起氧化載體的作用，利用其氧化性醌先與磷化第一階段產(chǎn)生的氫氣作用，自身被還原成酚，再用強(qiáng)制方法使磷化液與氧氣接觸，發(fā)生還原反應(yīng)，又恢復(fù)成醌，同時給予磷化膜形成反應(yīng)時必要的氧化電勢。目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的是硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯酸鹽、有機(jī)硝基化合物、雙氧水的不同組合。硝酸鹽、氯酸鹽、有機(jī)硝基化合物等在磷化液中都較穩(wěn)定，除定期抽查外，一般不進(jìn)行日常檢測。而亞硝酸鹽則需隨時檢測。濃度不夠時，立即反映在磷化膜外觀泛黃生銹，因此必須重視。
各種加速劑系統(tǒng)的性能
1 硝酸鹽：加速性高，穩(wěn)定性好
2 硝酸鹽+亞硝酸鹽：加速性高，穩(wěn)定性好
3 氯酸鹽：加速性高，穩(wěn)定性好，但要還原出氯離子
4 氯酸鹽+亞硝酸鹽：加速性高，穩(wěn)定性低，有氯離子還原出
5 高氮有機(jī)化合物：用量少，穩(wěn)定性高，但有還原物積累有的色澤深，影響測定
6 氯酸鹽+有機(jī)含氮化合物加速性高，還原物的色澤影響測定
7 過氧化氫：加速性高，穩(wěn)定性低
8 氯酸鹽+亞硝酸鹽+硝酸鹽：加速性高，穩(wěn)定性低三、被處理鋼材表面狀態(tài)的影響
近來的研究發(fā)現(xiàn)表明作為磷化膜基底的金屬材料的表面狀態(tài)對磷化質(zhì)量影響很大。現(xiàn)歸納如下：
1、表面碳的污染
鋼鐵表面碳的污染對磷化處理非常不利，磷化膜質(zhì)量差。碳濃度大的鋼板耐式性差。碳濃度高的部位，磷酸鋅結(jié)晶不能析出，造成磷化膜缺陷，鹽霧試驗中會早期起泡和剝落。因此選材時就應(yīng)注意這一點。
2、鋼鐵表面氧化膜
鋼鐵表面氧化膜的厚度直接影響磷化及效果。用偏光分析氧化膜與耐蝕性之間關(guān)系后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)氧化膜厚度小于16*10-6mm時較好。氧化膜過厚則耐蝕性差，當(dāng)出現(xiàn)蘭色的氧化膜時，常常磷化不上。
3、鋼板表面的結(jié)晶方位
有報導(dǎo)在改變熱處理溫度等鋼板制造條件時，鋼板表面有不同的結(jié)晶方位，而結(jié)晶方位的不同又影響著磷化性。實驗認(rèn)為：（111）面反應(yīng)性高，其在有氧化劑存在時比其他結(jié)晶防衛(wèi)有較大的溶解度，這有利與磷化反應(yīng)第一步驟——酸蝕，無疑也有利于整個磷化過程。
4、冷軋鋼板組成元素在表面濃化對磷化的影響
由于熱力學(xué)和金屬物理學(xué)方面的原因會使冷軋鋼板組成元素在表面濃化，在不同的熱處理條件下將出現(xiàn)的錳忽然磷的表面濃化。當(dāng)錳濃化高時，磷化反應(yīng)良好。另一方面，P的濃化將延遲晶核的形成和生長，劣化反應(yīng)性，濃化的P的氧化物，推遲了鐵的溶解，使磷化性降低。而表面的錫、鋁、鈦、鉻、鉛等會使磷化結(jié)晶粗大，造成耐蝕性降低。
5、鍍鋅板鈍化與采用不同鍍鋅方式的鍍鋅板
鍍鋅板是否經(jīng)過鈍化對磷化效果有很大的影響。經(jīng)過鈍化處理后的鍍鋅板磷化性差，所生成的結(jié)晶雜亂粗大。熱浸鍍鋅與電鍍鋅板相比，前者的磷化性差，后者的磷化性好。各種合金的鍍鋅板磷化差別也很大。
綜上所述，在進(jìn)行磷化處理前，應(yīng)該先對所處理的材質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的了解，只有這樣，才能選擇好合適的工藝及配方。
四、磷化前表面調(diào)整處理的影響
所謂磷化表面調(diào)整句是采用磷化表面調(diào)整劑使需要磷化的金屬表面改變微觀狀態(tài)，促使磷化過程中形成結(jié)晶細(xì)小的、均勻、致密的磷化膜。
磷化前零件的表面處理對磷化膜質(zhì)量影響極大
，尤其是酸洗或高溫強(qiáng)堿清洗對薄層磷化影響最明顯。研究結(jié)果表明，冷軋鋼板表面存在著一層厚度為（50~150）*10-10m的四氧化三鐵和三氧化二鐵的完整氧化層，磷酸鹽結(jié)晶就在此基礎(chǔ)上生成，得到完整致密的磷化膜。
如果經(jīng)過酸洗，則只剩下30*10-10m以下的三氧化二鐵氧化層，過于薄且不完整，所以很難得到良好均勻的磷化膜，還因為酸洗表面產(chǎn)生析碳，也影響磷化膜的形成。對于高溫或強(qiáng)堿清洗，由于鋼板表面上的活性點轉(zhuǎn)變成氧化物或氫氧化物，使構(gòu)成磷化膜的結(jié)晶晶核減少，因而促使生成稀疏粗大的結(jié)晶，影響磷化質(zhì)量，尤其是低溫薄層里邊化及低鋅磷化對預(yù)處理特別敏感，不進(jìn)行表面調(diào)整處理，就難形成磷化膜。
最初采用的是3~5%的草酸水溶液做磷化表面調(diào)整劑，現(xiàn)在采用效果更好的磷酸鈦膠體溶液處理，由于膠粒表面能很高，對物體表面有極強(qiáng)的吸附作用，膠體微粒吸附在零件表面上形成均勻的吸附層，在磷化時，這層極薄的吸附層就是一層分布均勻，數(shù)量極多的磷酸鹽結(jié)晶晶核，因而促進(jìn)結(jié)晶均勻快速形成，限制了大晶體的生長，結(jié)果就促使了磷化膜的細(xì)化和致密，提高了成膜性，縮短了磷化時間，降低膜厚，同時也能消除鋼鐵表面狀態(tài)的差異對磷化質(zhì)量的影響。在工藝生產(chǎn)中，表面調(diào)整劑
的用量約為0.5g/m2，在生產(chǎn)中應(yīng)注意保持槽液的良好，避免沉淀。另外應(yīng)防止堿酸及磷化液進(jìn)入表面調(diào)整工作液，以防止工作液因污染而失效。
五、磷化工藝（含設(shè)備）管理方面的影響
除了磷化處理劑及被處理鋼材的影響外，很多影響因素存在于磷化工藝及管理方面。
1、磷化工藝的設(shè)計應(yīng)合理
磷化工藝包括脫脂、除銹、表面調(diào)整、磷化、鈍化及各工序間的水洗，有的還包括水洗后的烘干。一般希望除銹工序不安排在前處理生產(chǎn)線上，他會造成很大的弊端。酸霧對生產(chǎn)線環(huán)境的污染易造成零件再度生銹，零件焊縫處很難洗凈，造成耐蝕性大幅度下降。因此要加強(qiáng)防銹，讓冷軋板不通過酸洗，非酸洗的在成型前先進(jìn)行酸洗。
2、前處理的結(jié)構(gòu)是否滿足工藝與材料的要求
生產(chǎn)實踐中，由于竄水、加熱系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、加料系統(tǒng)等方面的原因，造成許多磷化質(zhì)量問題。這就要求對設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理和要求。 5、磷化后的鈍化處理
磷化后的鈍化處理均指對磷化膜采用含鉻的酸性水溶液補(bǔ)充處理。這樣可以進(jìn)一步提高磷化膜的耐蝕性。
鈍化的作用有以下倆方面：一是使磷化膜空隙中的暴露的金屬進(jìn)一步氧化，或生成鉻化層，填補(bǔ)磷化膜孔隙，使其穩(wěn)定于大氣之中，以便提高磷化膜單層的防銹能力，也稱為封閉處理。二是通過含鉻的酸性處理液處理，可以去掉磷化膜表層疏松結(jié)構(gòu)及包含在其中的各種水溶性殘留物，降低磷化膜在電泳時的溶解量，以提高涂抹的耐蝕性。
6、磷化膜的干燥
磷化膜水洗后烘干有倆個目的。一是為后面溶劑型涂料施工做準(zhǔn)備，以去除表面水分。二是進(jìn)一步提高涂裝后膜的耐蝕性。作為提高性能的磷化后的烘烤，其溫度應(yīng)在（130~150）度，否則，只起去除水分、表干的作用。
7、磷化方式的影響
最先采用的是浸漬法，由于其處理時間長，后來采用了噴射法，同時對磷化液進(jìn)行了改良，是處理時間縮短至（1~3）分鐘。單在有些時候，由于工件的復(fù)雜性，就需采用浸漬法，而噴淋則會使有的地區(qū)磷化不上。此外，浸漬法比噴淋法處理后的磷化膜性能好的多，故現(xiàn)在仍然廣泛應(yīng)用在實際生產(chǎn)中。
