唐春華

（泉州市創(chuàng)達(dá)表面處理公司，福建 泉州 362000）

現(xiàn)代磷化工藝實(shí)踐第五部分
——磷化藥液的配伍與制備

唐春華

（泉州市創(chuàng)達(dá)表面處理公司，福建 泉州 362000）

總結(jié)了影響磷化藥液配伍的要素，包括工件材質(zhì)，工藝條件，組分的消耗與補(bǔ)充，氣候等。介紹了磷化藥劑的配制方法。

磷化；配伍；配制

Author’s address:Quanzhou Chuangda Metal Surface Treatment Co., Ltd., Quanzhou 362000, China

1 影響磷化藥液配伍的要素

藥液配伍既要具備一定的理論基礎(chǔ)，又要憑借豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能體現(xiàn)藥液配方的科學(xué)性與實(shí)用性。

藥液配伍首先要滿足磷化產(chǎn)品的質(zhì)量要求，提高磷化膜與產(chǎn)品的配用性，其次要盡量降低藥液的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)自身的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。必須從簡(jiǎn)化組分、精選原料、優(yōu)化組合、環(huán)保減排等方面入手，盡可能達(dá)到低溫、低渣、低消耗、低污染、高穩(wěn)定、高效率的目標(biāo)，特別要滿足高質(zhì)量的涂裝磷化和功能磷化的要求。

1. 1 材質(zhì)的差異性

除鋼鐵對(duì)磷化藥液的適用性好外，其他材質(zhì)(如鋅材、鋁材、鎂材、磁性材等)必須配伍專用磷化藥液或異材(如鋼/鋅、鋼/鋁、鋼/鋅/鋁等)同槽磷化藥液。對(duì)于不同材質(zhì)，要有針對(duì)性地調(diào)整藥液組分和用量。如配制鋅材磷化藥液時(shí)，除需極少量Zn2+、Ni2+、Mn2+外，還要有3NO-、2NO-和F-(起促進(jìn)和細(xì)化作用)；同樣地，配制鋁材磷化藥液時(shí)，3NO-、2NO-與F-也不可缺少（起加速協(xié)同作用）。配制異材同槽磷化藥液時(shí)，可在鋼鐵磷化藥液的基礎(chǔ)上作某些調(diào)整或添加特殊的添加劑。

1. 2 磷化藥劑用途的多樣性

根據(jù)不同磷化產(chǎn)品的要求，配伍不同用途的藥劑，通常分為涂裝磷化藥劑和功能磷化藥劑兩種。

1. 2. 1 涂裝磷化藥劑

要改善涂裝磷化膜的涂裝性(膜薄、細(xì)致，均勻、無(wú)掛灰，耐酸、堿腐蝕好等)，達(dá)到磷化膜與涂料配套性好，涂層結(jié)合力強(qiáng)的目的。

1. 2. 2 功能磷化藥劑

要提高功能磷化膜在特定條件下的使用性能(達(dá)到耐磨性、耐蝕性、延展性、潤(rùn)滑性、絕緣性、粘接性等不同要求)，控制膜厚和粗糙度在允許范圍內(nèi)。

1. 3 與工藝條件的匹配性

應(yīng)根據(jù)工藝條件來(lái)確定磷化藥液的成分和濃度。

(1) 浸漬磷化藥液中的主鹽、促進(jìn)劑、配位劑等濃度要求高些，而噴淋磷化藥液中的主鹽濃度要求低些，不加或少加配位劑，且適當(dāng)增加溶液中Fe2+的濃度。

(2) 藥液溫度的高低決定藥液濃度的大小，即藥液的濃度隨溫度升高而增大。故常溫磷化藥液的濃度小于加溫磷化的濃度。

(3) 預(yù)處理會(huì)改變磷化條件。以鋼材中溫鋅系磷化前浸黑為例，若鋼材磷化前浸黑處理(指浸黑磷化)，要求磷化藥液的酸度高些(TA ≥40點(diǎn)，F(xiàn)A ≤2點(diǎn))，其原因是浸黑膜疏松且厚，增加了酸的消耗。若酸度下降快，而酸補(bǔ)加量不足，藥液穩(wěn)定性會(huì)變差，成膜質(zhì)量降低。若鋼材不浸黑處理(指灰膜磷化)，可適當(dāng)降低藥液酸度(TA ≥30點(diǎn)，F(xiàn)A ≤1點(diǎn))。所以配制藥劑時(shí)，必須將兩者加以區(qū)別(藥劑酸度有所不同)。

1. 4 藥液組分的消耗量與補(bǔ)充量的平衡

藥液中各組分的消耗量不同。

【例1】藥液中Zn2+比Ca2+降得快， PO34-比 NO-3降得快， PO34

-、Zn2+、F-、 Ni2+的消耗量按質(zhì)量比350∶140∶45∶1有規(guī)律地變化。若采用單組分藥劑投槽與補(bǔ)充，有可能造成各組分嚴(yán)重失調(diào)(組分的消耗量與補(bǔ)充量不平衡)，無(wú)法調(diào)整，甚至廢棄。所以分別配制投槽濃縮藥劑和補(bǔ)充濃縮藥劑更恰當(dāng)，區(qū)別在于補(bǔ)充濃縮藥劑中磷酸根比硝酸根多，這有利于提高藥液的穩(wěn)定劑和可調(diào)性。當(dāng)然，只要做到組分合理搭配，配制單組分濃縮藥劑也是可行的。

【例2】異材同槽磷化藥液必須具備能適應(yīng)多種材質(zhì)的磷化特性，在合適的工藝條件下才能在不同的材質(zhì)上都獲得滿意的磷化效果。鋼、鋅、鋁同槽磷化時(shí)，鋁材磷化所消耗的氟離子和硝酸根較多，如果采用同一種磷化藥劑來(lái)調(diào)整槽液，勢(shì)必造成因氟離子和硝酸根補(bǔ)充不足而降低磷化效果，所以應(yīng)該配制一種氟離子和硝酸根含量較高的磷化補(bǔ)充藥劑以適應(yīng)鋁材磷化的需要。這便是配伍磷化藥液的技巧。

1. 5 區(qū)域氣候的差異性

不同區(qū)域氣候的溫差會(huì)給磷化帶來(lái)一定的影響。以常溫輕質(zhì)磷酸鐵或磷酸鋅-鐵磷化為例，冬天的南方與北方溫差較大，此時(shí)北方的常溫往往低于工藝下限。那么，配伍用于北方的磷化藥液時(shí)，適當(dāng)增加常溫成膜的促進(jìn)劑非常重要，否則因溫度太低，磷化難以進(jìn)行(即使延長(zhǎng)時(shí)間也難以湊效)。

1. 6 藥液與現(xiàn)場(chǎng)特定條件的相適性

各廠家現(xiàn)場(chǎng)條件不盡相同，甚至差別很大，特別是中、小型廠家，常存在工藝流程布局不合理、設(shè)備配套不完善、工藝管理不規(guī)范、用水條件差等諸多問題，且既定條件無(wú)法解決。只有從優(yōu)化藥液性能入手，盡量提高藥液的穩(wěn)定性和可調(diào)性，增強(qiáng)藥液的抗污染能力，最大限度地改善藥液的適用性，確保磷化質(zhì)量。

2 磷化藥劑的制備

2. 1 制備設(shè)備

配制藥劑可采用耐酸容器(如不銹鋼或塑料等)或反應(yīng)釜，前者適用于小批量生產(chǎn)，后者適用于大批量生產(chǎn)。制備設(shè)備的容積視生產(chǎn)量而定，一般宜大不宜小，防止反應(yīng)劇烈時(shí)藥液外溢。如反應(yīng)釜容積1 ～ 2 t，大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)數(shù)臺(tái)拼用。制造反應(yīng)釜時(shí)，用厚度2 mm不銹鋼板制成錐底圓桶形，外圍盤旋冷卻水管降溫，配備≥2.1 kW無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)(代替?zhèn)鹘y(tǒng)高速減速機(jī)構(gòu))。反應(yīng)釜攪拌裝置的攪拌頭要制成矩形，不宜制成螺旋漿形。另外要設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，排出反應(yīng)氣體。

2. 2 制備過(guò)程

2. 2. 1 反應(yīng)釜制備

(1) 往反應(yīng)釜內(nèi)注入1/3體積的水，開啟抽風(fēng)機(jī)及攪拌器，往釜內(nèi)一次性加入計(jì)量的磷酸后，再繼續(xù)加完計(jì)量的粉狀氧化鋅，蓋上料口蓋，反應(yīng)30 min。

(2) 打開料口蓋，加入計(jì)量的硝酸，蓋上料口蓋，反應(yīng)15 min。

(3) 停止攪拌，打開反應(yīng)釜底部的排液閥，收集未溶解的氧化鋅。關(guān)閉排液閥后開啟攪拌器，打開料口蓋，倒入收集的氧化鋅和計(jì)量的其他藥料。蓋上料口蓋，反應(yīng)30 min。

(4) 啟動(dòng)冷卻水管，打開料口蓋，停止攪拌，往釜內(nèi)注水至工作面，啟動(dòng)攪拌。15 min后停止攪拌，打開料口蓋。

(5) 待釜內(nèi)藥劑完全冷卻后，取樣檢測(cè)藥劑指標(biāo)參數(shù)(酸度和相對(duì)密度)。若參數(shù)不達(dá)標(biāo)，調(diào)整至正常值。

(6) 打開排液閥，灌裝稱重，24 h后出庫(kù)。

(7) 清洗反應(yīng)釜，關(guān)閉水源、抽風(fēng)及電源。

2. 2. 2 容器制備

容器內(nèi)注入適量水，一次性加入計(jì)量的磷酸，邊攪拌邊多次少量地加入計(jì)量的粉狀氧化鋅(避免一次性加入，否則反應(yīng)劇烈而易燒結(jié)，也無(wú)需將氧化鋅調(diào)成水漿狀，減少麻煩)，攪拌至氧化鋅大部分溶解后，再加入計(jì)量的硝酸，攪拌至氧化鋅全部溶完呈淡黃色藥劑，最后加完剩余藥料(其中硝酸鋅單獨(dú)溶解后再混入)，加水至所需體積，攪拌均勻后取樣檢測(cè)和調(diào)整藥劑指標(biāo)參數(shù)，24 h后出庫(kù)。

2. 3 化學(xué)反應(yīng)的計(jì)算

2. 3. 1 配制磷酸二氫鋅

氧化鋅與磷酸的化學(xué)反應(yīng)為：ZnO + 2H3PO4→ Zn(H2PO4)2+ H2O。1 kg氧化鋅與2.4 kg磷酸才能反應(yīng)完全。

2. 3. 2 配制硝酸鋅

氧化鋅與硝酸的化學(xué)反應(yīng)為：ZnO + 2HNO3→ Zn(NO3)2+ H2O。以配制硝酸鋅溶液290 kg(約200 L)為例，需要氧化鋅60 kg、硝酸90 kg和水140 kg。硝酸鋅溶液的密度為1.45 g/cm3，藥液中硝酸鋅含量為1.57 kg/L。

2. 4 磷化濃縮藥劑的濃縮比

常見市售磷化濃縮藥劑的配比有下列幾種：

(1) 常、低溫型：1∶10，1∶20和1∶40。

(2) 中溫型：1∶5，1∶10和1∶20。

(3) 高溫型：1∶5。

(4) 刷涂型：配制藥液直接使用。

藥劑濃縮比不宜過(guò)大，否則配制困難，且存放過(guò)程中有結(jié)晶析出。

[ 編輯：溫靖邦 ]

Practices of modern phosphating: Part V—Compatibility and preparation of phosphating chemicals

TANG Chun-hua

The key factors affecting the compatibility of phosphating bath were summarized, such as workpiece substrate, process conditions, consumption and replenishment of components, and climate. The preparation of phosphating chemicals were described.

phosphating; compatibility; preparation

TG178

B

1004 - 227X (2015) 18 - 1053 - 03

2014-12-18

唐春華（1938-），男，江西蓮花縣人，高級(jí)工程師，從事表面處理工作50余年，近10多年專注于磷化工藝與磷化系列產(chǎn)品的研發(fā)，率先在國(guó)內(nèi)將拋丸技術(shù)應(yīng)用到汽車緊固件功能磷化大批量工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)表論文200余篇，著有《金屬表面磷化技術(shù)》。

作者聯(lián)系方式：(Tel) 15059596955。