表面调整剂

金属表面调整的处理方法

金属表面调整的处理方法（磷化表面调整的处理方法）是采用磷化表面调整剂使需要磷化的金属表面改变微观状态。

作用机理

国外研究者采用扫描电子显微镜(SEM)研究了磷化膜的形成过程，发现磷化分两步进行。首先是在表面活性点上形成磷酸盐的晶核，然后是晶核的继续生长。磷化之前，表面用稀盐酸处理后，发现活性点数目增加。活性点的多少，直接影响磷化膜的质量。最早发现含钛的磷酸盐溶液具有表面活化作用。用胶体Ti处理后，由于Ti在表面上的吸附，增加了表面活化点，可以控制磷化膜的晶粒大小和性能。胶态存在的磷酸钛盐悬浮在水溶液中便具有活化作用。用俄歇电子能谱(AES)研究发现，用胶Ti处理的表面上，有钛吸附的地方，才有磷化膜形成，而未处理的表面则无磷化膜生成的痕迹。磷化膜的好坏，取决于金属表面的活化状态。含钛表面调整液中Ti胶体粒子比水溶性Ti 的化合物具有更强的活化作用，其他成分如表面活性剂也具有活化作用。国内研究者用扫描电镜观察发现，磷化过程由浸蚀期、非晶态沉积期和形核成长期组成。在浸蚀期内，制件表面不同铁元素晶粒受侵蚀程度不同，这种侵蚀的不均匀性是由晶粒位向不同造成的。当制件表面被碳污染或存在碳的偏析时，其降低了对胶体Ti的吸附量，减少了磷化膜的成核点。有研究指出，表面调整剂的结晶成分是胶体磷酸氧钛四钠吸附在金属表面的Ti4 +(结晶原点)越多，覆盖率就越高。用SEM观察，胶体钛主要附着在腐蚀造成的晶间裂纹附近，表面调整时间为50s时形成网状结构，大量的结晶原点形成网状结晶核。正常情况下，带负电的磷酸钛胶体水解产生具有高活性的Ti(OH)4，以物理吸附的方式附着在工件表面。晶核的数量决定了磷化膜的细化程度，而高的覆盖率会使磷化膜更加细致紧密且连续，并且膜重也会降低。通过试验得知，高钛的磷化膜灰色、均匀、致密，低钛的磷化膜稀疏、发黄。用含少量钛盐且有缓冲作用的弱碱性溶液进行敏化处理，由于大量网状结晶核的形成，可明显提高磷化膜的细密度、附着力和耐蚀性。

根据外延生长的规律，磷酸盐晶体必须以外延形式生长，所以要尽可能地产生磷酸盐微晶，以同样大小，均匀地分布在金属表面，细密地堆积；另外，这样有规律、重复的外延取向晶核的形成、生长及生长延迟的机理确保了底材形成初级磷化层和随后的晶体沉积，同时也形成了一个有恰当附着力的细粒，大小大致相同的晶体结构的膜。外延晶核的生长很大程度上取决于聚集现象。在晶核生长时，核迟早会开始聚集，这样，在核岛形成时，聚集会增加，在后阶段，岛链连接直到仅留下一些沟，最后这些也会消失，从而取得连续的磷化膜，核岛聚集所需的时间是由核岛的大小及岛间的距离决定的。因此，磷酸盐沉积的结晶，在磷化膜形成中是十分重要的。钛系表面调整剂能在金属表面提供大量的钦盐结晶的晶核，形成一层均匀的磷酸钛盐薄膜，弥补了金属表面因酸洗或碱洗造成的缺陷。正常情况下，带负电的磷酸钛胶体水解产生具有高活性的Ti(OH)4，以物理吸附的方式附着在工件表面，它填补了蚀点并形成大量的网状结晶核，当活化层表面与磷化液接触时，吸附在磷酸钛胶体表面的钠离子与磷化液中的锌离子交换生成磷锌矿晶粒，这些晶粒就提供了磷化层外延生长的平台。这些吸附的Ti在金属表面形成的活性点的多少必然直接影响磷化膜的结晶大小。胶体Ti离子越小，单位面积上吸附的胶体 Ti越多，磷化膜结晶就越细致。

产品作用

（1）改善由前一步预处理中带入的杂质，特别是形状复杂的零件所带入的物质。改善因脱脂槽带来的不良工件状况。还可改善因酸洗使工件表面碳析出给磷化带来的不良影响。 (2)表面调整可以使磷化膜的膜厚处于稳定状态。 (3)它能减少磷化液里面的残渣量。 (4)减少磷化液的消耗量。 (5)减少促进剂的消耗量。 (6)降低磷化工艺温度。 (7)使磷化膜朝着有利的方向定向结晶。为此，可加入一些促进剂，如硝酸盐、氯酸盐、亚硝酸盐等；另加入一些能形成晶核并能随同金属一起转入磷化液的物质，如锌磷化可加入胶体钛、草酸、多磷酸盐，磷化镀锌钢可加入不溶性磷酸锌，锰磷化可加入不溶性磷酸锰等。其中以钛盐和锰盐最重要，效果显著。这些物质可使经强碱、强酸处理过的金属表面活化形成大量的、分布均匀的晶核，因而生成均匀、致密、精细、与基体结合牢固、防护性能强的磷化膜，并且还可以加速磷化速度，缩短磷化时间，减少磷化材料消耗，减少磷化沉渣。

钢铁件化学成膜前的表面调整剂分为：锌系磷化用表面调整剂；锌系磷化用表面调整剂分为胶钛表调剂和以草酸为主的酸性表调剂。锰系磷化用表面调整剂。铝及铝合金用表面调整剂。镁及镁合金化学成膜前用表面调整剂(一般用酸性表面调整剂)。

组成

组分含量

技术指标

表调与非表调处理效果对比

适用范围

胶钛磷酸钛金属表面调整剂(胶钛表调剂)适用于钢铁、铝、锌等金属磷化前的活化处理。如果采用锌系磷化，这种溶液的活化效果十分显著；如果采用锌钙系或锰系磷化，则这种溶液的活化效果较差；如果采用铁系磷化，一般不需表面调整处理。胶钛表调剂适用于黑色金属、铝、锌等金属的锌系磷化前的活化处理。它的应用对于提高成膜速度和磷化膜的细密度与抗蚀性方面具有十分明显的作用。

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