磷化沉渣形成的原因分析及预防

王恩生，杨波，陈鹏，王宇

0   引言

磷化在钢铁的表面处理中得到非常广泛的应用。但是部分企业对磷化的基本原理不清楚，导致磷化液在使用中出现各种问题，其中之一就是产生大量沉渣。必要的磷化沉渣，可以平衡磷化液的游离酸度和总酸度，使磷化液更加稳定。但是过多的磷化沉渣，十分有害，严重影响游离酸度和总酸度，进而影响磷化膜的质量，如磷化膜挂灰、发黄、疏松、与基材的结合力差、甚至不能成膜等。

磷化沉渣产生的原因很多。在涂装磷化、润滑磷化、防腐磷化、耐磨减摩磷化等都能遇见磷化沉渣的情况。尹立明

[1]

指出，在钢丝磷化时磷化液中Fe

2+

过多，会造成磷化液的大量浪费。谢涛

[2]

指出在磷化过程，磷化液的酸度对磷化膜的形成和耐腐蚀影响是很大的。酸度过低时，基体表面溶解在表面及扩散在溶液中的铁离子很容易沉出并生成过多的晶核，诱发磷酸盐快速形成，使磷化液出现混浊，沉渣增多，成膜慢，所生成的磷化膜蓬松易出现挂灰现象，防腐能力较差。当酸度过高时，基体溶解速度加快，可提高成膜速度。但氢气放出速度快，易使磷化膜的孔隙多而大。磷化膜中易残留酸和游离的铁离子，使膜的耐腐蚀性降低，并易出现泛黄现象。

本文详细分析了磷化沉渣形成的原因及危害，指出大量的磷化沉渣对磷化产生不利影响。磷化沉渣形成的主要原因是磷化液配比不合理、工作负荷偏大、工作温度偏高、促进剂偏高和Fe

2+

浓度偏高等。通过控制磷化液中的Fe

2+

的浓度可以有效减少沉渣的生成。严格按照工艺参数操作可以有效防止磷化沉渣的生成。

1

磷化沉渣形成的原因

在高温、中温、低温、常温磷化处理中，磷化沉渣形成的直接原因是槽液中Fe

2+

过多。Fe

2+

主要来源于磷化工程中生成的Fe

2+

以及以额外带入到磷化液中的Fe

2+

。后者容易被忽视，通常磷化前有酸洗工序时容易带入，如果酸洗后的漂洗水中Fe

2+

过多或水洗不干净则更严重。

以亚硝酸盐为主要促进剂的磷化液，NO

2

-

与Fe

2+

在工作温度下发生氧化还原反应，生成Fe

3+

，与PO

4

3-

反应生成沉淀即沉渣。反应原理如下：

Fe2+ + NO2 - + 2H+ = Fe3+ + NO + H2O               （1）

Fe3+ + PO43- =FePO4↓                           （2）

注意，式（1）是Fe

2+

与NO

2

-

反应，而不是Fe

2+

与NO

3

–

反应，原因是Fe

2+

与NO

3

–

必须在浓硫酸等强酸性条件下才能发生式（1）的反应，而Fe

2+

与NO

2

-

在磷酸等弱酸性条件下就可以发生式（1）的反应，这恰好符合磷化液的工作条件。

式（2）生成的沉淀磷酸铁就是磷化沉渣。磷化液按式（2）生成沉渣是正常的，但是有些情况下生成额外沉渣就不正常了。额外生成沉渣会白白浪费药剂，增加生产成本，必须有效控制额外沉渣的生成。

1.1

磷化液的配比不合理

锌系磷化液中不可缺少的三种离子是Zn

2+

,H

2

PO

4

-

和N0

3

-

，其中前两种离子用于成膜，后一种离子用于氧化磷化液中的Fe

2+

。

如果磷化液中的N0

3

-

不足，不能促使NO

2

-

及时将Fe

2+

氧化成Fe

3+

除去，而是导致Fe

2+

累积，进而形成Fe（NO）

2+

使磷化液变黑

[3]

。虽然在弱酸性条件下，NO

3

-

不能氧化Fe

2+

，但是NO

3

-

与NO

2

-

配合使用，可以促进NO

2

-

把一部分Fe

2+

氧化成Fe

3+

。如果磷化液中的N0

3

-

过高，会促进NO

2

-

把大部分的Fe

2+

氧化成Fe

3+

并形成大量沉渣。

如果磷化浓缩液中的总酸....