钢材如何进行磷化处理？

钢材的磷化处理是一种常见的金属表面处理技术，它通过在钢材表面形成一层难溶于水的磷酸盐保护膜，以提高钢材的耐腐蚀性、增强其与涂层间的结合力，并在金属冷加工工艺中起到减摩润滑的作用。本文将围绕钢材磷化处理的关键步骤、影响因素以及应用领域进行详细探讨。

磷化处理的基本原理是金属表面与含有磷酸二氢盐的酸性溶液接触，通过化学与电化学反应，在金属表面生成一层稳定的无机化合物膜层，即磷化膜。这层磷化膜不仅与基体金属结合牢固，还具备微孔结构，从而具有良好的吸附性能，常被用作涂料底层。此外，磷化膜还具备优良的润滑性、电绝缘性和耐蚀性，使其在汽车、轮船、机械制造、航空航天和家用电器等领域得到了广泛应用。

磷化处理工艺按照温度不同，可以分为高温磷化、中温磷化和低温磷化，以及四合一磷化处理等多种方法。无论采用哪种方法，磷化处理前的表面准备都是至关重要的。首先，必须注意钢材的表面状态，如是否存在氧化膜、锈蚀、油污或黑灰等杂质。这些杂质不仅会影响磷化膜的形成，还会在涂装时影响涂层的结合力和耐蚀性。因此，在磷化处理前，钢材需要经过脱脂、水洗、除锈等预处理步骤。

脱脂是磷化处理前的关键步骤之一，目的是去除钢材表面的油脂。油脂不仅阻碍了磷化膜的形成，还会在涂装时影响涂层的结合力、干燥性能、装饰性能和耐蚀性。脱脂通常采用碱性清洗剂，通过化学或电化学方法将油脂从钢材表面去除。脱脂后，钢材需要经过充分的水洗，以去除残留的清洗剂。

除锈是另一个重要的预处理步骤，目的是去除钢材表面的氧化皮和黄锈。氧化皮和黄锈在涂层下会加速钢材的腐蚀速度，因此必须彻底去除。除锈可以采用机械法或化学法。机械法包括喷砂、抛丸等方法，通过物理作用去除表面杂质。化学法则是利用酸性溶液与氧化皮和黄锈发生化学反应，将其溶解并去除。除锈后，钢材同样需要经过水洗，以去除残留的酸液。

在某些情况下，特别是常低温锌系磷化时，还需要进行表调处理。表调的目的是调整钢材表面的微观结构，使其更适合磷化处理。表调液通常含有胶体钛或胶体锆等成分，可以细化钢材表面的晶粒，提高磷化膜的均匀性和致密性。

完成预处理后，钢材进入磷化处理阶段。磷化液的主要成分是含有锰、铁、锌、钙等元素的磷酸盐溶液。在磷化处理过程中，钢材浸入磷化液中，通过化学反应生成磷化膜。磷化膜的形成受到多种因素的影响，包括磷化液的总酸度、游离酸度、酸比值、温度和时间等。

总酸度是表示磷酸一代盐和游离磷酸浓度的特征参数，它反映了磷化内动力的大小。总酸度高，磷化动力大，速度快，结晶细；但过高则会产生过多的泥渣和粉末附着物，影响磷化膜的质量。因此，高温磷化总酸度一般控制在40~60点，中温磷化则控制在60~100点。这里的“点”是指10mL磷化工作液分析滴定时消耗0.1mol NaOH标准液的毫升数。

游离酸度是表示游离磷酸含量的特征参数，它反映了溶液酸度的强弱及对钢铁浸蚀的强弱。游离酸度太高，磷化困难，结晶粗糙疏松，耐蚀性差；但过低则磷化速度慢，结晶粗。高温磷化游离酸度的控制数与溶液组成和操作温度有关，一般比中温偏高。游离酸和总酸度的调整可以通过加入磷酸二氢锌、马日夫盐、Na2CO3、Zn(NO3)2或Mn(NO3)2等物质来实现。

酸比值是磷化工艺控制的重要参数，它是总酸度与游离酸度的比值，反映了总酸和游离酸的相互关系。酸比小意味着游离酸太高，反之则游离酸太低。高温磷化酸比值一般控制在7~8，中温磷化则控制在10~15。随着操作温度的升高，酸比值减小；随着温度的降低，酸比值增大。

除了上述因素外，磷化处理还需要有Fe2+的参与以及Zn2+、Mn2+的影响。含有一定量的Fe2+离子才能正常磷化，所以配制好的磷化液常常需要加铁屑进行熟化处理。市售磷化剂中有的已加入一定量的Fe2+离子，可以免去熟化处理。在常温和中温磷化中，保持一定的Fe含量能提高磷化膜厚度和抗蚀性，有利于加速磷化过程和细化结晶；但Fe2+含量过高会导致磷化膜结晶粗大。

磷化处理完成后，钢材需要经过水洗以去除残留的磷化液。最后，根据需要进行烘干处理