现代磷化工艺实践第五部分——磷化药液的配伍与制备

唐春华

（泉州市创达表面处理公司，福建 泉州 362000）

现代磷化工艺实践第五部分
——磷化药液的配伍与制备

唐春华

（泉州市创达表面处理公司，福建 泉州 362000）

总结了影响磷化药液配伍的要素，包括工件材质，工艺条件，组分的消耗与补充，气候等。介绍了磷化药剂的配制方法。

磷化；配伍；配制

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

1 影响磷化药液配伍的要素

药液配伍既要具备一定的理论基础，又要凭借丰富的实践经验，才能体现药液配方的科学性与实用性。

药液配伍首先要满足磷化产品的质量要求，提高磷化膜与产品的配用性，其次要尽量降低药液的生产成本，增强自身的价格竞争力。必须从简化组分、精选原料、优化组合、环保减排等方面入手，尽可能达到低温、低渣、低消耗、低污染、高稳定、高效率的目标，特别要满足高质量的涂装磷化和功能磷化的要求。

1. 1 材质的差异性

除钢铁对磷化药液的适用性好外，其他材质(如锌材、铝材、镁材、磁性材等)必须配伍专用磷化药液或异材(如钢/锌、钢/铝、钢/锌/铝等)同槽磷化药液。对于不同材质，要有针对性地调整药液组分和用量。如配制锌材磷化药液时，除需极少量Zn2+、Ni2+、Mn2+外，还要有3NO-、2NO-和F-(起促进和细化作用)；同样地，配制铝材磷化药液时，3NO-、2NO-与F-也不可缺少（起加速协同作用）。配制异材同槽磷化药液时，可在钢铁磷化药液的基础上作某些调整或添加特殊的添加剂。

1. 2 磷化药剂用途的多样性

根据不同磷化产品的要求，配伍不同用途的药剂，通常分为涂装磷化药剂和功能磷化药剂两种。

1. 2. 1 涂装磷化药剂

要改善涂装磷化膜的涂装性(膜薄、细致，均匀、无挂灰，耐酸、碱腐蚀好等)，达到磷化膜与涂料配套性好，涂层结合力强的目的。

1. 2. 2 功能磷化药剂

要提高功能磷化膜在特定条件下的使用性能(达到耐磨性、耐蚀性、延展性、润滑性、绝缘性、粘接性等不同要求)，控制膜厚和粗糙度在允许范围内。

1. 3 与工艺条件的匹配性

应根据工艺条件来确定磷化药液的成分和浓度。

(1) 浸渍磷化药液中的主盐、促进剂、配位剂等浓度要求高些，而喷淋磷化药液中的主盐浓度要求低些，不加或少加配位剂，且适当增加溶液中Fe2+的浓度。

(2) 药液温度的高低决定药液浓度的大小，即药液的浓度随温度升高而增大。故常温磷化药液的浓度小于加温磷化的浓度。

(3) 预处理会改变磷化条件。以钢材中温锌系磷化前浸黑为例，若钢材磷化前浸黑处理(指浸黑磷化)，要求磷化药液的酸度高些(TA ≥40点，FA ≤2点)，其原因是浸黑膜疏松且厚，增加了酸的消耗。若酸度下降快，而酸补加量不足，药液稳定性会变差，成膜质量降低。若钢材不浸黑处理(指灰膜磷化)，可适当降低药液酸度(TA ≥30点，FA ≤1点)。所以配制药剂时，必须将两者加以区别(药剂酸度有所不同)。

1. 4 药液组分的消耗量与补充量的平衡

药液中各组分的消耗量不同。

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

-、Zn2+、F-、 Ni2+的消耗量按质量比350∶140∶45∶1有规律地变化。若采用单组分药剂投槽与补充，有可能造成各组分严重失调(组分的消耗量与补充量不平衡)，无法调整，甚至废弃。所以分别配制投槽浓缩药剂和补充浓缩药剂更恰当，区别在于补充浓缩药剂中磷酸根比硝酸根多，这有利于提高药液的稳定剂和可调性。当然，只要做到组分合理搭配，配制单组分浓缩药剂也是可行的。

【例2】异材同槽磷化药液必须具备能适应多种材质的磷化特性，在合适的工艺条件下才能在不同的材质上都获得满意的磷化效果。钢、锌、铝同槽磷化时，铝材磷化所消耗的氟离子和硝酸根较多，如果采用同一种磷化药剂来调整槽液，势必造成因氟离子和硝酸根补充不足而降低磷化效果，所以应该配制一种氟离子和硝酸根含量较高的磷化补充药剂以适应铝材磷化的需要。这便是配伍磷化药液的技巧。

1. 5 区域气候的差异性

不同区域气候的温差会给磷化带来一定的影响。以常温轻质磷酸铁或磷酸锌-铁磷化为例，冬天的南方与北方温差较大，此时北方的常温往往低于工艺下限。那么，配伍用于北方的磷化药液时，适当增加常温成膜的促进剂非常重要，否则因温度太低，磷化难以进行(即使延长时间也难以凑效)。

1. 6 药液与现场特定条件的相适性

各厂家现场条件不尽相同，甚至差别很大，特别是中、小型厂家，常存在工艺流程布局不合理、设备配套不完善、工艺管理不规范、用水条件差等诸多问题，且既定条件无法解决。只有从优化药液性能入手，尽量提高药液的稳定性和可调性，增强药液的抗污染能力，最大限度地改善药液的适用性，确保磷化质量。

2 磷化药剂的制备

2. 1 制备设备

配制药剂可采用耐酸容器(如不锈钢或塑料等)或反应釜，前者适用于小批量生产，后者适用于大批量生产。制备设备的容积视生产量而定，一般宜大不宜小，防止反应剧烈时药液外溢。如反应釜容积1 ～ 2 t，大规模生产时数台拼用。制造反应釜时，用厚度2 mm不锈钢板制成锥底圆桶形，外围盘旋冷却水管降温，配备≥2.1 kW无级调速电机(代替传统高速减速机构)。反应釜搅拌装置的搅拌头要制成矩形，不宜制成螺旋浆形。另外要设置通风系统，排出反应气体。

2. 2 制备过程

2. 2. 1 反应釜制备

(1) 往反应釜内注入1/3体积的水，开启抽风机及搅拌器，往釜内一次性加入计量的磷酸后，再继续加完计量的粉状氧化锌，盖上料口盖，反应30 min。

(2) 打开料口盖，加入计量的硝酸，盖上料口盖，反应15 min。

(3) 停止搅拌，打开反应釜底部的排液阀，收集未溶解的氧化锌。关闭排液阀后开启搅拌器，打开料口盖，倒入收集的氧化锌和计量的其他药料。盖上料口盖，反应30 min。

(4) 启动冷却水管，打开料口盖，停止搅拌，往釜内注水至工作面，启动搅拌。15 min后停止搅拌，打开料口盖。

(5) 待釜内药剂完全冷却后，取样检测药剂指标参数(酸度和相对密度)。若参数不达标，调整至正常值。

(6) 打开排液阀，灌装称重，24 h后出库。

(7) 清洗反应釜，关闭水源、抽风及电源。

2. 2. 2 容器制备

容器内注入适量水，一次性加入计量的磷酸，边搅拌边多次少量地加入计量的粉状氧化锌(避免一次性加入，否则反应剧烈而易烧结，也无需将氧化锌调成水浆状，减少麻烦)，搅拌至氧化锌大部分溶解后，再加入计量的硝酸，搅拌至氧化锌全部溶完呈淡黄色药剂，最后加完剩余药料(其中硝酸锌单独溶解后再混入)，加水至所需体积，搅拌均匀后取样检测和调整药剂指标参数，24 h后出库。

2. 3 化学反应的计算

2. 3. 1 配制磷酸二氢锌

氧化锌与磷酸的化学反应为：ZnO + 2H3PO4→ Zn(H2PO4)2+ H2O。1 kg氧化锌与2.4 kg磷酸才能反应完全。

2. 3. 2 配制硝酸锌

氧化锌与硝酸的化学反应为：ZnO + 2HNO3→ Zn(NO3)2+ H2O。以配制硝酸锌溶液290 kg(约200 L)为例，需要氧化锌60 kg、硝酸90 kg和水140 kg。硝酸锌溶液的密度为1.45 g/cm3，药液中硝酸锌含量为1.57 kg/L。

2. 4 磷化浓缩药剂的浓缩比

常见市售磷化浓缩药剂的配比有下列几种：

(1) 常、低温型：1∶10，1∶20和1∶40。

(2) 中温型：1∶5，1∶10和1∶20。

(3) 高温型：1∶5。

(4) 刷涂型：配制药液直接使用。

药剂浓缩比不宜过大，否则配制困难，且存放过程中有结晶析出。

[ 编辑：温靖邦 ]

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

唐春华（1938-），男，江西莲花县人，高级工程师，从事表面处理工作50余年，近10多年专注于磷化工艺与磷化系列产品的研发，率先在国内将抛丸技术应用到汽车紧固件功能磷化大批量工业生产中，发表论文200余篇，著有《金属表面磷化技术》。

作者联系方式：(Tel) 15059596955。