表面处理磷化处理的化学原理

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　　磷酸膜是在一种磷酸二氢盐的水溶液中经过化学反应得到的，这种磷酸二氢盐是磷化处理的主要原料，一般来讲二价金属的磷酸二氢盐都可以用，实际上只用铁、锌、锰或它们混合起来的磷酸二氢盐，其化学式如下：
" H) f# }) S+ e4 M# v- m# l　　Mn(H2PO4)2 磷酸二氢锰
　　Zn(H2PO4)2 磷酸二氢锌
8 z  x. U# W' T! n* n1 |　　Fe(H2PO4)2 磷酸二氢铁
6 e" Y) R* \1 @  ]3 ]8 a8 Q; r　　例如马日夫盐就是一种锰和铁的磷酸二氢盐的混合物[n Fe(H2PO4)·m Mn(H2PO4)]，它能溶于水。二价金属锰(Mn)，锌(Zn)、铁(Fe)有三种盐，其化学式为：Me(H2PO4)2磷酸二氢盐；MeHPO4磷酸一氢盐；Me(Po4)2正磷酸盐。(通常用“Me”符号代替二价金属Fe、Zn、Mn)其中只有磷酸二氧盐能溶于水。当它溶于水后，便在稀释和加热时引起分解，部分盐生成不溶于水的磷酸一氢盐和正磷酸盐的沉淀涸此磷化液配好后，在槽底都有一部分沉淀。磷化时在钢表面生成一层磷化膜就是不溶于水的正磷酸盐和磷酸一氢盐。如果采用马日夫盐配制溶液(主要成分是磷酸二氢盐和一些浮离磷酸)，当溶解在水中加热后都起水解作用。
, y1 e/ h- k  o, m: ]　　磷酸二氢锰于常温时水解反应：
　　Mn(H2PO4)2≒MnHPO4↓+H3PO4
　　溶液 沉淀 溶液(游离磷酸)
, ?3 `/ q+ z/ d' _7 \　　加热时水解反应：
　　5Mn(H2PO4)2≒2MnHPO4↓+ Mn3(HPO4)2+6H3PO4马日夫盐含有游离磷酸溶在溶液里就使磷酸二氢盐(铁)水解，而容易达到平衡，当发现混浊有微粒不易下沉，加进微量的磷酸，沉淀即消失。这是因为浮离多了，沉淀起了作用变回去了。溶液配制好后，希望在槽底部留一些沉淀，因为它将跟溶液间保持一定的平衡。此时，溶液中就有磷酸二氢锰(铁)和游离磷酸，它们在水里的反应：
　　Mn(H2PO4)2≒Mn2+ +2H2PO4-
4 E- ^  w/ E% ]　　锰离子磷酸二氢根离子
　　H3PO4≒H++ H2PO4-
9 l' Y% T  v3 \/ H+ s6 I　　游离磷酸氢离子磷酸二氢根离子
. |/ T, F$ C( u　　磷酸二氢根离子还会离解成磷酸一氢根和磷酸根离子，如下：
- ~8 a5 J7 X3 B6 [7 s) R　　H2PO4-≒H++ HPO42-
　　磷酸—氢根离子
　　↑↓H++ PO43-
9 J$ _" p, T( W0 [7 j, H( F　　但是它们较难解离，因此在磷化溶液中有金属离子(Fe2+Mn2+)和氢离子(H +)，而多
8 c* R4 j, i6 j- ~7 ?+ R/ y7 I　　数中磷酸二氢要离子(H2PO4-)只有少量磷酸一氢根离子和磷酸根离子(HPO42-和PO33-)按照上述反应式建立平衡。我们知道钢是由许多晶体组合而成，其成分除了铁素外还有其它元素和杂质，它有不均匀性现象，将钢浸在电解液里，便可视为金属表面上形成无数的微型电池，这时钢表面起下列反应，外表阳极部分铁变成铁离子进入溶液：
/ o' \) [" y+ C+ p7 G' j: x" ]* a/ C" j　　Fe≒Fe+2＋2e
　　铁原子铁离子电子
　　在阴极部分，溶液里的氢离子得到电子，而生成氢气。
0 h  p% s% g3 M: O9 r- k　　2H2＋＋2e≒H2↑
0 D/ k! x: F- `, m2 W* n) d' o　　氢离子 氢气
　　因此，在接近钢表面溶液层氢离子浓度减少，溶液里的电离倾向反应式的右边进行，溶液中磷酸一氢根和磷酸根离子浓度增加了，另一方面由于铁和磷酸作用生成水溶性磷酸盐，而铁离子增加了，即只靠近金属表面的溶液里的金属离子(Me2+)增加了。所以，在接近铁的表面溶液层，特别容易达到饱和状态，那时在钢的表面上那些不溶性的磷酸盐和磷酸一氢盐便沉淀结晶。其反应式。
　　Me2++HPO42-→MeHPO4↓
5 B4 u% B( |% U: {) v+ V+ Y# s7 I　　3Me2++2HPO42-→Me3(HPO4)2↓
' c, y; A6 i( o7 l4 L2 r0 k　　磷化膜的生成过程就是钢表面磷酸盐结晶范围逐渐扩大的过程。金属表面逐渐减少，氢气发生也随之减弱，直到钢表面完全被生长的磷酸盐结晶覆盖为止。因此磷化以后，溶液中磷酸二氢盐就随之减少，适当时需要给于补充。
　　磷化虽然很简单，但要得到适当冷挤压件所需要的磷化膜就要注意控制影响质量的几个方面：磷化溶液的浓度，总酸度与游离酸度的比例，磷化温度，钢的组成，零件表面状况和清洗方法，磷化溶液里硫酸要(SO42-)和氯离子(Cl-)等杂质的含量等等。
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