1、電解磷化工藝電解磷化工藝電解磷化工藝V:1.0精細(xì)整理，僅供參考 電解磷化工藝日期：20 xx年X月涂裝的電解磷化工藝 環(huán)保且具有高的耐腐蝕性馮王高（制造工程部涂裝技術(shù)室）摘要 磷化是廣泛應(yīng)用于金屬表面處理的一種表面處理工藝。耐腐蝕性是車(chē)身表面重要的質(zhì)量要求之一，磷化層對(duì)增強(qiáng)車(chē)身涂漆后的耐腐蝕性起著非常重要的作用。因此，世界各地都在進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)磷化工藝，通過(guò)磷化增強(qiáng)車(chē)身的耐腐蝕性。此外，由于近幾年環(huán)保要求越發(fā)嚴(yán)格，因此也強(qiáng)烈要求減少磷化過(guò)程中產(chǎn)生的磷化渣。為了滿足這個(gè)要求，我們開(kāi)發(fā)了一種新型磷化技術(shù)電解磷化工藝，這個(gè)工藝大大增加了車(chē)身涂漆后的耐腐蝕性并且減少了磷化渣的產(chǎn)生量。這個(gè)工藝已經(jīng)在汽

2、車(chē)零部件進(jìn)行陽(yáng)離子電泳涂裝前的表面處理中投入了實(shí)際使用。關(guān)鍵詞 磷化 電解 環(huán)保 耐腐蝕引言電解磷化是一種表面處理工藝，它是通過(guò)將浸沒(méi)在磷化槽液中的金屬和電極之間加上電壓來(lái)使金屬表面形成磷化膜的。這個(gè)工藝的特點(diǎn)是通過(guò)電解來(lái)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)即磷化膜的形成。我們開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的目的是減少磷化渣生成量（環(huán)保）以及增強(qiáng)車(chē)身涂漆后的耐腐蝕性（提高性能）。最關(guān)鍵一點(diǎn)是除了金屬材料表面進(jìn)行磷化成膜反應(yīng)外，磷化槽內(nèi)其余部分都不會(huì)進(jìn)行反應(yīng)。圖1所示為新開(kāi)發(fā)的電解磷化工藝與傳統(tǒng)的非電解磷化工藝成膜反應(yīng)對(duì)比。總的來(lái)說(shuō)，磷化膜是經(jīng)過(guò)三個(gè)反應(yīng)步驟之后生成的。材料（鋼鐵材料）的溶解；磷化槽中的化學(xué)反應(yīng)（磷酸鹽脫氫等）；磷酸鹽

3、結(jié)晶。傳統(tǒng)非電解磷化工藝通過(guò)加熱磷化液以及向磷化槽補(bǔ)加化學(xué)藥品（例如中和劑和氧化劑）促進(jìn)這些反應(yīng)的進(jìn)行。然而，這些操作會(huì)影響整個(gè)磷化槽，除了磷化成膜反應(yīng)外，會(huì)不可避免的引發(fā)多余的反應(yīng)，導(dǎo)致磷化渣的產(chǎn)生。電解磷化工藝的基本思想是使磷化槽中的反應(yīng)只在被處理材料的表面上進(jìn)行來(lái)有效控制磷化膜的生成。此工藝可以使反應(yīng)能量（電壓）集中在被處理材料的表面上，從而阻止了非成膜反應(yīng)的發(fā)生。這樣不但能夠抑制磷化渣的生成量而且增強(qiáng)了涂漆后的耐腐蝕性。磷化槽中的反應(yīng)磷化槽中的反應(yīng) 元 素磷化渣非 電 解 磷 化 工 藝界 面 電 勢(shì) 電 解 磷 化 工 藝圖1 傳統(tǒng)非電解磷化工藝與新開(kāi)發(fā)的電解磷化工藝對(duì)比車(chē) 體 表

4、面磷化膜形成界面反應(yīng)界 面車(chē) 體 表 面膜 組 成 元 素膜 組 成 元 素磷化槽中沒(méi)有反應(yīng)，沒(méi)有磷化渣的產(chǎn)界 面 電 極外 加 電 壓加助劑、加熱1 電解磷化工藝概要 設(shè)備及工藝圖2所示為我們研究時(shí)所用的電解磷化設(shè)備：包含一個(gè)磷化槽，一個(gè)槽控制系統(tǒng)以及一個(gè)電解系統(tǒng)。電解磷化過(guò)程中的浸泡、電解以及其他工藝條件均是通過(guò)這些系統(tǒng)自動(dòng)控制的。雖然它有磷化渣過(guò)濾系統(tǒng)，但是我們認(rèn)為該設(shè)備簡(jiǎn)化之后也可以達(dá)到無(wú)渣目標(biāo)。圖3所示為電解磷化的基本概念。首先，被處理材料作為陽(yáng)極浸沒(méi)在電泳槽中以使得材料溶解。被溶解之后的部分之后作為陰極促進(jìn)磷化膜的生成。這個(gè)概念是基于以下事實(shí)形成的：基本的磷化反應(yīng)過(guò)程包含材料溶解及

5、磷化膜形成兩過(guò)程。直流電源供應(yīng)直流電源供應(yīng)電極控制系統(tǒng)傳感器過(guò)濾系統(tǒng)被處理零件圖2 電 解 磷 化 設(shè) 備電 極 電 極 被 處 理 材 料被 處 理 材 料圖3 電 解 磷 化 基 本 概 念陽(yáng)極電解（30s）陰極電解（90s） 磷化渣生成量的減少傳統(tǒng)的非電解磷化工藝通過(guò)加入像氧化劑和中和劑之類(lèi)的化學(xué)藥品以及加熱磷化槽來(lái)促進(jìn)磷化反應(yīng)進(jìn)行。這些操作使整個(gè)磷化槽都產(chǎn)生磷化結(jié)晶，導(dǎo)致了磷化渣的生成。相反，電解磷化工藝通過(guò)施加電壓僅使被處理材料上進(jìn)行磷化反應(yīng)。因此，這個(gè)工藝不再需要加熱磷化槽液以及添加反應(yīng)助劑。我們研究了僅在被處理材料的表面上施加電壓的情況，阻止了任何生成磷化渣的反應(yīng)發(fā)生。 材料耐腐

6、蝕性的增強(qiáng)就目前的研究，電解磷化工藝已在陽(yáng)離子電泳涂裝之前的鋼材表面處理上得到應(yīng)用。前處理中磷化的主要目的是通過(guò)改善金屬表面的化學(xué)親和力來(lái)提高涂膜附著力，并且在金屬表面生成一層無(wú)機(jī)膜提高其穩(wěn)定性（耐腐蝕性）?？梢酝ㄟ^(guò)增加磷化膜的結(jié)晶細(xì)度來(lái)有效的達(dá)到這些目的。對(duì)于傳統(tǒng)的非電解工藝我們也進(jìn)行了研究，以期通過(guò)控制磷化膜所含成分來(lái)提高磷化膜結(jié)晶細(xì)度。這些研究表明在磷化膜中增加鎳的含量可有效提高磷化膜細(xì)度，因此也提高了材料涂漆后的耐腐蝕性。然而，在磷化膜中增加鎳含量是困難的，這是因?yàn)榱谆壑羞^(guò)多鎳離子的存在會(huì)阻礙磷化膜的生成。在電解磷化工藝中，在被處理材料與電極之間施加了電壓，磷化膜通過(guò)電解反應(yīng)生成，這

7、與非電解磷化工藝不相同。因此，此工藝可以既促進(jìn)磷化膜的生成又促進(jìn)磷化膜中鎳含量的上升。就電解磷化工藝目前的研究而言，磷化槽中的鎳離子濃度是傳統(tǒng)的磷化工藝的好幾倍，電解磷化使磷化膜的組成得到良好控制。2 結(jié)果 磷化渣減少電解磷化工藝的磷化渣減少效應(yīng)描述如下：圖4對(duì)一個(gè)月的實(shí)際生產(chǎn)中電解磷化工藝和非電解磷化工藝產(chǎn)生的磷化渣量進(jìn)行了比較，把非電解磷化工藝產(chǎn)生的磷化渣量作為當(dāng)量1。如圖所示，電解磷化工藝產(chǎn)生的磷化渣量是非電解工藝的1/10甚至更少。 材料耐腐蝕性增強(qiáng)圖5對(duì)進(jìn)行電解磷化工藝和非電解磷化工藝后的材料耐腐蝕性能進(jìn)行了評(píng)估比較。這次評(píng)估中，將經(jīng)過(guò)兩種不同磷化工藝（電解或非電解）的模塑產(chǎn)品（鋼材

8、）在進(jìn)行過(guò)陽(yáng)離子電泳涂裝后都進(jìn)行了耐鹽霧試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)電解磷化工藝的磷化膜耐腐蝕性比非電解工藝的兩倍還高。 磷化膜分析 外觀和厚度對(duì)電解工藝和非電解工藝形成的磷化膜都進(jìn)行了分析。圖6所示為用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察的外觀以及用電磁涂層厚度檢測(cè)儀測(cè)試的膜厚。SEM的觀察表明電解磷化工藝的磷化膜比非電解磷化工藝結(jié)晶更細(xì)密。 磷化膜組成電解工藝以及非電解工藝的磷化膜都經(jīng)過(guò)電子能譜化學(xué)分析（ESCA）對(duì)其構(gòu)成要素進(jìn)行了分析。圖7對(duì)這兩種不同工藝的分析結(jié)果進(jìn)行了比較。電解磷化工藝形成的磷化膜中的鎳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非電解工藝的磷化膜（它主要由磷酸鹽和金屬鎳組成）。電解磷化工藝形成的磷化膜的鎳與磷酸鹽的比率比非

9、電解工藝的高出數(shù)十倍。這些結(jié)果表明：由于具有很高的鎳含量，電解磷化工藝的磷化膜更細(xì)密，從而保證了噴漆后更高的耐腐蝕性。電 解 工 藝非 電 解 工 藝磷化渣產(chǎn)生量對(duì)比電 解 工 藝非 電 解 工 藝磷化渣產(chǎn)生量對(duì)比圖4 磷化渣減少材料噴涂油漆后的耐腐蝕性測(cè)試耐鹽霧性 ISO 9227材料噴涂油漆后的耐腐蝕性測(cè)試耐鹽霧性 ISO 9227鹽霧測(cè)試后的表面情況960 h后油漆被腐蝕1940 h后非電解工藝電解工藝圖5 模塑產(chǎn)品（鋼材）經(jīng)電解工藝及非電解工藝后的耐腐蝕性比較膜厚 um電解磷化工藝膜厚 um電解磷化工藝膜厚 um非電解磷化工藝圖6 電解工藝和非電解工藝形成的磷化膜的外觀及厚度非電解磷化工藝電解磷化工藝非電解磷化工藝電解磷化工藝原子百分?jǐn)?shù)：Ni/P=大部分由磷酸鹽組成由磷酸鹽和鎳組成原子百分?jǐn)?shù)：Ni/P=圖7 電解工藝和非電解工藝形成的磷化膜的ESCA分析結(jié)果3 結(jié)論我們開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)新型磷化技術(shù)：“電解磷化工藝”。此工藝已經(jīng)在汽車(chē)零部表面處理投入實(shí)際使用。此工藝在汽車(chē)零部件的批量生產(chǎn)中已經(jīng)證實(shí)可產(chǎn)生以下效果：1、磷化渣生成量減少（環(huán)保效應(yīng)）電解磷化工藝能把磷化渣的生成量減少至傳統(tǒng)非電解工藝的1/10甚至以下。2、涂漆后