4340钢磷化膜层质量及性能探究

孙境尧 郭利雄 张胜宝

（哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 150066）

4340钢磷化膜层质量及性能探究

孙境尧 郭利雄 张胜宝

（哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 150066）

本文简述了公司生产中磷化方式及原理，重点对磷化膜层质量及其影响因素进行具体的分析，通过实验证明影响磷化膜层的主要因素：温度、时间、酸度。结合实际生产探析磷化参数，为广大工程技术人员的生产实践提供一定的参考。

磷化；4340；温度；时间；酸比

1 绪论

磷化处理是在磷酸或磷酸盐的稀溶液中，通过化学反应在金属表面形成不溶性磷酸盐膜的过程。磷化的分类方法较多，但一般是按磷化成膜体系、磷化膜厚度、磷化使用温度、促进剂类型进行分类。按磷化成膜体系主要分为：锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类；按处理温度可分为常温、低温、中温、高温四类；按材质可分为钢铁件、铝件、锌件以及混合件磷化等。

在航空产品中，常用于普通结构件，特别时管状件、气瓶和形状复杂的内表面以及难以用电化学方法进行防护处理的零件。由于磷化处理设备简单、操作便捷、成本低、生产率高，同时磷化膜层还有良好的防锈、耐磨、减磨润滑、涂漆底层、绝缘、耐蚀性等性能，使其广泛应用于公司直升机等科研批产机型关重要件的表面处理工序。

2 影响磷化膜层质量因素

2.1 温度的影响

温度是决定磷化质量的重要因素[1]。通过在不同成膜温度下，材料：4340钢试片进行MnP（锰基磷化）、ZnP（锌基磷化）、OP（氧磷化）实验，测量磷化膜厚，并对其分别进行浓度为3%CuSO4点滴实验，测量试片出现土黄色时间检测耐蚀性。

随反应温度的升高，磷化膜层的膜厚加大，当温度上升到一定程度时，膜层厚度不再继续增加，反而略有下降[2]。温度高，磷酸二氧盐的离解度大，成膜离子浓度相应高些，因此可以利用此种关系在降低温度的同时提高酸比，同样可达到成膜。

温度过低，成膜离子浓度总达不到浓度积，不能生成完整磷化膜[3]。当磷化液恢复道原有的温度时，原有的平衡并不能恢复。因此实际中，当磷化液超过一定的温度后，再降低到原来的温度时，如果不进行调整，就有可能磷化不上。

生产单位确定了某一配方后，就应该严格控制好温度，温度过高要产生大量沉渣，磷化液失去原有平衡。磷化液中可溶性磷酸盐的离解度加大，成膜离子浓度大幅度提高，产生不必要的沉渣，白白浪费了磷化液中的有效成分，原有的平衡被破坏，形成一个新的温度下的平衡。如：低温磷化液在温度失控而升高时，的离解反应向右进行，从而使磷酸根浓度升高，产生磷酸锌沉淀，使磷化液的酸比自动升高。当超过了一定的温度，不能再继续磷化，酸性磷化液零件过腐蚀表面离子沉积，耐蚀性相对减弱。

2.2 时间的影响

通过在不同成膜时间下，材料：4340钢试片进行MnP（锰基磷化）、ZnP（锌基磷化）、OP（氧磷化）实验，测量磷化膜厚、膜重等评价参数，并对其分别进行浓度为3%CuSO4点滴实验，测量试片出现土黄色时间检测耐蚀性。

随反应时间的增大，磷化膜层厚度加大，时间超过一定范围后，磷化膜层厚度变薄，耐蚀性减弱[4]。时间过短，成膜量不足，不能形成致密的磷化膜层。磷化时间过长，反应热使槽液温度升高，增加槽液酸比，膜层生长加快，同时由于结晶在已形成的膜上继续生长，可能产生有疏松表面的粗厚膜。

2.3 酸度的影响

2.3.1 总酸度

总酸度与磷化处理温度一样，也是成膜的关键因素[5]。总酸度过低、磷化必受影响，因为总酸度时反应磷化液浓度的一项指标。控制总酸度的意义在于使磷化液中成膜离子浓度保持在必要的范围内。

2.3.2 游离酸度

游离酸度反应磷化液中游离H+的含量[6]。控制游离酸度的意义在于控制磷化液中磷酸二氢盐的离解度，把成膜离子浓度控制在一个必须的范围。磷化液在使用过程中，游离酸度会有缓慢的升高，这是要用碱来中和调整。注意缓慢加入，充分搅拌，否则碱液局部过浓会产生不必要的残渣。

2.3.3 酸比

酸比即指总酸度与游离酸度的比值。一般的说酸比都在5～30的范围内。酸比较小的配方，游离酸度高，成膜速度慢，磷化时间长，所需温度高。酸比较大的配方，成膜速度快，磷化时间短，所需温度低，因此必须控制好酸比[7]。

3 总结

通过进行不同温度下MnP、ZnP、OP膜厚测量，不同时间下MnP、ZnP、OP膜厚及膜重物理评价，以及分别不同磷化参数下的磷化试片进行CuSO4点滴耐蚀实验数据，可以得出以下结论：

（1）不同种类磷化都有不同的温度范围。实际上，它在控制着磷化液中的成膜离子的浓度。从减少沉渣，稳定槽液，保证质量来看，磷化液的温度变化越小越好。

（2）磷化时间与槽液温度的关系：温度低时，磷化时间可适当延长；温度高时，磷化时间可以适当缩短；不能用延长磷化时间的方法来加厚磷化膜层，所以必须控制磷化时间按各个配方都有规定的工艺时间。

（3）游离酸度过高、过低均会产生不良影响。过高不能成膜，易出现黄锈；过低磷化液的稳定性受威胁，生产额外的残渣。出现越加碱游离酸度越高的现象。但看游离酸度和总酸度时没有实际意义的，必须一起考虑。磷化槽液酸比一定程度影响着成膜速度。

[1]张红梅.电镀技术在航空维修中的应用[J].中国民航学院学报，2004，22：1～5.

[2]赵强，周婉秋，武士威.AM60镁合金锰系磷酸盐转化膜的耐蚀性研究[J].电镀与环保，2011，31（3）：27～30.

[3]张忠诚，刘嘉丽.钢铁发黑技术的现状及展望[J].电镀与涂饰，2002，21（2）：51～55.

[4]张泽江，周志高.国外磷化工艺配方综述[J].电镀与环保，1993，13（3）：27～28.

[5]Zhu D Q，Ooij W J.Corrosion protection of metals by water-based silane mixtures of bis-[trimethoxysilylpropyl]amine and vinyltriacetoxysilane[J].Progress in Organic Coatings，2004，49（1）：42～53.

[6]安茂忠.稀土化合物在磷化中的影响和作用[J].材料保护，2000，33（11）：20～21.

[7]冯开文.《使用电镀溶液分析方法手册》[M].北京：国防工业出版社，2011：145～146.

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1004-7344（2016）12-0278-01

2016-4-10