紧固件表面处理方式之②——磷化

在众多的表面处理工艺中，有一种工艺处理后可以让产品表面变成黑色，彩虹色或者是变成接近金属本色的灰色，这种工艺就是磷化处理工艺。

什么是磷化处理

磷化处理是一种化学反应，在表面形成一层膜（磷化膜）的一种表面处理工艺。

磷化处理工艺主要用在金属表面，目的也是为金属表面提供一层保护膜，让金属与空气隔绝，防止其被腐蚀；还会用于一些产品涂漆之前的打底，有了这层磷化膜能够提高漆层的附着力和防腐蚀能力，提高装饰性让金属表面看起来更漂亮，并且还能够在部分金属冷加工过程中起到润滑的作用。

磷化设备

经过磷化处理后能让工件在很长时间内不会氧化生锈，所以磷化处理的应用非常广泛，也是常用的一种金属表面处理工艺，在汽车，船舶，机械制造等行业中应用越来越多。

但磷化处理也有着溶液沉渣多，表面粗糙，磷化温度较高，时间长以及成本较高的缺点。

紧固件表面磷化比镀锌要便宜， 但是耐腐蚀性能比镀锌差，紧固件磷化后应要涂油，因为其耐腐蚀性能的高低与所涂油的性能有很多大的关系 ，例如磷化后涂一般的防锈油，中性盐雾试验也只有10~20小时。涂高档的防锈油，则可达72~96小时，但高档防锈油价格是一般磷化涂油的2~3倍。

磷化的发展历史

其实磷化处理工艺发展至今已经有很长时间了，它应该是现代金属表面处理中，发明时间较早的一种，其发展也经过了不同的时期。

在1869年的英国，有人就发现了磷化膜可以用在金属表面，能有效的保护金属长时间不被腐蚀，并且当时还将其申请了专利，这也为磷化处理的技术和发展奠定了基础。

从20世纪初开始，磷化处理开始用在工业产品中，这也促进了磷化工艺的发展和进步，从此磷化处理得到了快速的发展和进入实际应用时期。

到了现代，为了适应各种需求，磷化处理工艺也在不断的改进，主要是向着低温，低渣，环保无毒的方向发展。

磷化的分类及应用

通常情况下，一种表面处理后都是呈现出一种颜色，但是磷化处理可以根据实际需求，通过使用不同的磷化剂就会呈现不同的颜色，这也就是我们经常会看到磷化处理有灰色，彩色或者是黑色。

铁系磷化

磷化后表面会呈现出彩虹色以及蓝色，所以又被称为彩磷，磷化液主要以钼酸盐为原料，会在钢铁材料表面形成彩虹色的磷化膜，也主要是用于涂装底层，以达到工件的防腐蚀能力和提高表面涂层的结合力。

锌系磷化

颜色呈灰色，所以被称为灰膜磷化，主要使用的磷化液由磷酸，氟化钠以及乳化剂等组成，会在工件表面形成灰色的磷化膜，它主要也是为涂装底层，与后道的喷塑，喷漆或者电泳等工序进行结合。

灰色磷化膜本身也是具有一定的防腐蚀性，所以也可以单独作为防腐蚀涂层用在工件表面，主要用于一些镀锌板，冷轧板，以及铝板的表面磷化处理。

锰系磷化

颜色呈黑色或者黑灰，所以也被称为黑色磷化，主要是使用含有锰离子的磷化溶液，会在工件表面形成一层黑色的磷化膜，它也是防锈性能最好的一种磷化处理，可以作为零部件的长期防锈，也是应用最广泛的一种防锈磷化。

锰系磷化会比其它磷化的摩擦系数更小，所以对于那些经常摩擦的零部件就可以使用黑色磷化，能够有效的减小摩擦，如一些汽车零部件以及一些紧固件等等。

TIPS：紧固件磷化常用的两种，锌系磷化和锰系磷化。锌系磷化润滑性能比锰系磷化好，锰系磷化抗腐蚀性，耐磨性较镀锌好。它的使用温度可达华氏225度到400度（107~204℃）。特别是一些重要零部件的连接。如，发动机的连杆螺栓、螺母，缸盖、主轴承、飞轮螺栓，车轮螺栓螺母等。

高强度螺栓采用磷化，还可以避免氢脆问题，所以在工业领域10.9级以上的螺栓一般采用磷化表面处理。

磷化处理工艺

常用的磷化处理工艺是利用化学元素发生反应，在金属表面形成一层膜，以起到防腐蚀以及打底的作用，而现代磷化工艺中主要有这些过程。

脱脂除油

金属材料在储运加工过程中都会接触到各种油迹或汗迹，并且这些油迹还会与各种灰尘杂质掺和在一起，附着在金属表面，不但会影响磷化的形成，还会降低磷化膜的附着力，耐腐蚀性能以及美观，磷化质量会受到很大影响。

这就需要在磷化前将工件清洗干净，常用的方法是化学法，将工件放入到加有加温到80℃强酸的清洗液中大约5分钟，通过强酸对油脂产生皂化反应，把油脂从工件上去除掉。

除锈，除氧化皮

钢铁在加工过程中会在其表面形成一层氧化皮，还有就是在储运过程中遇水或者腐蚀性液态就会生锈，这些氧化皮和锈迹如果不将其清理干净，就会加速工件的腐蚀。

所以在工件进行磷化前对其进行除锈和除氧化皮也是主要的工序，这将关系磷化质量。

除锈去氧化皮有机械法和化学法，通常情况下都会采用化学法，将工件放入到含有工业盐酸的酸洗液中，静置30分钟左右就能完成除锈和去氧化皮。

磷化处理

磷化过程中最主要的就是磷化液，不同磷化使用的磷化液也会不相同，将金属工件放入磷化液中后，就会相互之间发生化学反应，生成一种磷酸铁元素，并且还会产生氢氧。

这种碳酸铁元素会慢慢的结晶，并且沉积在金属表面，当这种结晶越来越多后，就会在金属表面连成一片，形成一层不溶于水牢固的磷化膜。

工件放入磷化液中后，需要持续的晃动几分钟，主要是为了排出滞留在工件凹槽内的空气和气泡，磷化的时间一般会根据不同的工件结构，材料以及温度来决定，通常情况下在30分钟左右。

其它工序

工件在每一道工序后，都需要对其进行水洗，这主要是为了清洗掉工件表面残留下的化学成分，能够顺利的完成下一道工序。

工件完成磷化并水洗后，需要对其烘干表面的水分，这样就完成了整个磷化过程，就可以再加工或者使用了。

涂装是现代金属防腐蚀处理简单而实用的一种方法，磷化处理又是其前处理的关键工序，此外磷化处理工艺还对，整个表面处理涂装行业起到了很大的推动作用。

但磷化处理工艺也面临着诸多的问题，需要通过改进处理工艺，向着节能环保，无毒以及提高效率的方向发展。