表调剂及其表面调整方法

　　表调剂表面调整的目的是什么

　　能使金属表面晶核数量和自由能增加，从而得到均匀、致密的磷化膜的过程叫做表面调整，简称为表调。所用的药剂叫做表面调整剂，简称为表调剂。

        表面调整是金属在磷化前的预处理，表面调整的目的在于使金属表面与磷化液接触前就形成大量的极细晶核，当金属表面与磷化液接触时，立即开始上膜，这不仅加快了磷化速度，而且阻止了大结晶的生成，防止在金属表面生成粗糙多孔的磷化膜，转而促进形成薄而致密的磷化膜。

　　磷化是一种在金属表面进行的化学反应，其反应特性要求在一特定的条件下进行。这种反应首先是在金属表面活性点上形成磷酸盐晶核，然后才在晶核上继续生长壮大，直至形成致密的磷化膜。因此，金属表面晶核的多少、自由能的大小决定着磷化膜的质量，特别是当金属经过酸洗除锈、强碱除油等前处理后，金属的表面性能遭到破坏，要想获得满意的磷化效果，这就更需要对金属表面进行调整。

　　表调剂表面调整的作用有哪些

　　金属工件在磷化前经过表面调整，可以有以下几个方面的作用：

　　1.克服粗化效应

　　表面调整可克服强酸强碱处理后的粗化效应。一般来说，强碱性溶液通常具有使磷化膜晶体变粗的效应。金属工件采用强碱除油后，由于一些碱的水洗性差，如氢氧 化钠、硅酸钠等，常使金属表面部分活性晶核覆盖上一层氢氧化物或氧化物薄膜，导致金属表面的晶核数量和反应的自由能降低，因而使得磷化膜粗糙、多孔，成膜 也不完全。所以，金属工件经强碱性除油剂除油后，应进行表面调整。而金属工件经过酸洗除锈后，由于酸腐蚀的原因，金属会产生粗糙的表面，这虽然使金属的有 效表面积增加，这可能也是酸洗后造成磷化膜重量提高的部分原因，但也使得金属表面的活性点减少，因而也会产生粗糙的磷化膜。金属工件经过表面调整后，可使金属工件表面活性与不活性点均一化，消除金属工件经强碱除油或强酸除锈所引起的腐蚀不均等缺陷，进而克服强酸、强碱处理后带来的粗化效应。

　　2.加快磷化速度

　　表面调整加快了磷化反应的速度，降低了磷化处理的温度，并且由于表面调整增加了金属表面的活性点，提供了，磷化膜生长的晶核，使得金属表面与磷化液接触时，立即开始着膜，大大加速了磷化膜的初期成膜速度，进而缩短了磷化时间。据有关资料介绍，工件经过表面调整可缩短磷化时间1／2左右，此外，表面调整还可使磷化温度降低，减少能耗，改善冬季磷化环境，是低温和室温磷化不可缺少的条件。

　　3.细化磷化膜晶粒

　　表面调整细化了磷化膜晶粒，改善了磷化膜外观，金属工件经表面调整后，金属表面的活性点与磷化剂接触所形成的结晶核极细，据有关资料介绍，可将磷化膜结晶大小由40um降至20um以下，既防止了大晶核的形成，也防止了形成磷酸铁蓝膜，所生成的磷化膜结晶细密，改善了磷化膜外观，增强了磷化膜与金属表面的结合牢度，提高了磷化膜的耐蚀性。

　　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，促使磷化过程中形成结晶细小的、均匀、致密的磷化膜。磷化前零件的表面处理对磷化膜质量影响极大，尤其是酸洗或高温强碱清洗对薄层磷化影响最明显。研究结果表明，冷轧钢板表面存在着一层厚度为10A～50A的四氧化三铁和三氧化二铁的完整氧化层，磷酸盐结晶就在此基础上生成，得到完整致密的磷化膜。如果经过酸洗，则三氧化二铁氧化层过于减薄且不完整，所以很难得到良好均匀的磷化膜，还因为酸洗表面亡生析碳，也影响磷化膜的形成。对于高温或强碱清洗，由于钢板表面上的活性点转变成氧化物或氢氧化物，构成磷化膜的结晶晶核减少，因而促使生成稀疏粗大的结晶，影响磷化质量，尤其是低温薄层磷化及低锌系磷化液磷化对预处理特别敏感，不进行表面调整处理，就难以形成优良的磷化膜。

　　为了克服表面预处理带来的种种不利影响，常常在磷化前一步加入一些有机的或无机的化合物，进行表面调整，这些表面调整剂可以是可溶性的，也可以是用搅拌的方法使之悬浮分散于水中的物质，它是能够改变金属表面状态、加速磷化过程、降低磷化液温度、促使形成结晶细微致密的磷化膜的复合化学材料。这就是金属表调剂的基本功能。

　　表面调整剂应用在磷化前表面调整工序，以微粒形式吸附在金属表面，成为一层分布均匀、数量较多的磷化结晶的晶核。由于金属表面的晶核数量多，在结晶成长过程中，晶体之间能很快互相连接，限制了晶体继续生长，因而使得磷化膜结晶细密均匀。

　　表调剂表面调整方法之一:机械法

　　机械法表面调整是利用机械设备或人工擦拭的方法对金属表面进行处理，以达到表面调整的目的。机械法表面调整一般与除油、除锈工序一道处理，常用的机械法表面调整有以下几种：

　　 (1)磨光法借助粘有磨料的磨轮，对被处理的工件进行抛磨，以除去被处理工件的毛刺、锈蚀物、氧化皮等。常用的磨料有天然金刚砂，人造金刚砂(碳化硅)、 人造刚玉、硅砂等。天然金刚砂用于一般金属的磨光，人造金刚砂多用于低强度的有色金属、铸铁、碳素工具钢等材料的磨光，硅砂则用作一般磨光及抛光材料。

　　磨光操作前，若工件表面的油污比较多，氧化皮比较厚，可以先进行除油及除锈处理，以提高表面调整的生产效率。经磨光处理后的工件表面，应无油污、锈蚀物及氧化皮，且有低的表面粗糙度。

　　 (2)喷砂法利用净化后的压缩空气，将砂粒流强烈地喷射到被处理工件的表面上，以除去被处理工件的毛刺、氧化皮及锈蚀物。喷砂后工件应尽量减少触摸，并应及时进行磷化处理。压缩空气的压力取决于被处理工件的材质及表面形态，当使用硅砂时，压缩空气的压力一般不大于O.3MPa。

　　(3)抛丸法抛丸法和喷砂法的原理及使用的设备相似，只是用钢丸、铸铁丸、陶瓷丸等取代了砂子。抛丸法的主要用途是：使工件产生压应力，以提高工件表面的疲劳强度，增强耐蚀能力；除掉E件的锈蚀物、旧漆层及干涸的油污；除去铸件表面的型砂及氧化皮等。

　　抛丸处理后的工件表面，应无锈蚀物和氧化物，具有均匀一致的表面粗糙度。

　　同喷砂法一样，抛丸后的工件应及时进行磷化处理，不能长期露天放置或浸于水中，否则这种方法具有的表面调整的效果便会消失。

　　(4)滚光法这是将被处理的工件装在盛有磨料及滚光液的旋转容器中进行滚磨的一种方法。这种方法主要用于大批量小工件的表面调整处理。

　　常用的滚光磨料有金刚砂、硅砂、人造刚玉、人造金刚砂、陶瓷磨料、钢珠、铁砂等。其中金刚砂的硬度高，磨削力大，使用寿命长，应用的比较多。滚光溶液常用的有硫酸、氢氧化钠、皂角粉等。

　　滚光处理后的工件表面应无油污、锈蚀物及氧化皮等，且工件表面具有均匀一致的相对较低的表面粗糙度。

　　(5)擦拭法大家都知道，若金属工件在进入磷化前用手摸过，会在磷化后的金属表面留下清楚的痕迹，手摸过的地方磷化膜细腻致密，这就是“擦拭”效应。用布擦拭钢铁件表面或用钢丝绵轻擦都能改善磷化膜的均匀性并使形成的磷化膜晶体更细密。这种方法虽然劳动强度很大，但在实际生产中仍得到有效运用。在清洗工序之前对工件进行擦拭同样能获得有效结果。以前，许多汽车生产线都设有一预擦拭台，在此用浸透溶剂的布头擦拭汽车车身的外壁面。过去人们用有机溶剂来进行这项工作，但用有机溶剂有害健康，也不安全，所以更多采用的是水基材料，这种方法也可用来清除车身上的任何彩色笔迹或类似的痕迹，适合于各种方式的磷化。

　　表调剂表面调整方法之二:化学法

　　化学法表面调整就是利用化学浸蚀作用，对工件表面进行表面调整处理。常用的化学法有以下几种：

　　 (1)碱性表面调整这种方式主要用于金属工件酸洗除锈后的表面调整，与中和类似，采用弱碱性溶液，有时加入少量的亚硝酸钠，表调剂中的亚硝酸钠还可作为去极化剂使用，这主要用于处理时间短及以亚硝酸钠为磷化促进剂的磷化工艺。

 　　(2)酸性表面调整主要指的是草酸溶液表面调整，常用于酸洗除锈后，钢铁工件在酸洗除锈后用稀草酸溶液进行表面调整，在金属表面可形成草酸铁结晶型沉淀物，作为磷化膜增长的晶核，加快磷化成膜速度，但草酸浓度不宜过高，常用浓度为1％～5％或3～10g/L，否则表面形成的草酸盐膜起到钝化作用，表面难以磷化。

　　表调剂表面调整方法之三:物化法

　　物化法表面调整就是利用金属表面对某些化学药剂的物理化学吸附作用，增加金属表面磷化结晶的活性点，以达到表面调整的目的。常用的物化表面调整法有以下几种：

　　(1)钛盐表面调整法它是指用胶体磷酸钛溶液进行表面调整，金属工件除油除锈后多是采用胶体磷酸钛溶液进行表面调整。胶体磷酸钛表面调整剂主要由K2TiF6、(TiO)SO4、Ti(PO4) 2、多聚磷酸盐、磷酸氢盐、碳酸盐、硼酸盐等组成，使用时常配成含Ti量10-5g/L的磷酸钛胶体溶液。磷酸钛沉积于钢铁表面作为磷化膜增长的晶核，使磷化膜细致，由于钛盐表调剂使用浓度极低，胶体稳定性差，所以，将表面调整溶液控制在pH=7～8之间，并采用去离子水配制，尽管如此，该表面调整液的表面调整周期一般为10～15天。

　　由于钛盐表调剂中含有较多的多聚磷酸盐胶体稳定剂，它对磷化成膜有显著抑制作用，因此在表面调整剂中有时也加入适量的Mg2+、Mn2+、Fe3+等离子，它们对钛盐表面调整具有改良作用。另外，钛盐表面调整剂的配方、制备工艺和过程对表面调整也有很大的影响。

　　钛盐表面调整剂是应用最广泛的表面调整剂。这是因为，钛胶体微粒表面能很高，对金属表面有较强的吸附作用，它吸附在金属表面可形成均匀的吸附层。在磷化过程中，这极薄的吸附层就是分布均匀、数量极多的晶核，既促进晶核快速增长，又限制大晶体的生成。

　　 (2)锰盐表面调整法过去 有人发现，在锰系磷化之前将工件放在磨得很细的磷酸锰悬浮液中作浸渍处理，可有效改善磷化膜质量。磷酸锰是不溶于水的，使用时要求连续搅拌以保证其在表面 调整液中处于悬浮状态。现在的锰盐表面调整剂主要是由锰盐、磷酸盐、碱金属多聚磷酸盐和水溶性聚合物等组成，主要用于锰系磷化液磷化处理。

　　另外，除了上述钛盐、锰盐、草酸等可作为磷化晶核调整剂外，一些无机或有机的配合盐或鳌合剂也可作为晶核调整剂，如二聚或多聚磷酸钠、EDTA、甘油磷酸钠、磷酸锌、吡咯衍生物、酒石酸、柠檬酸等，这些添加剂的量必须精确控制，一般不超过1g/L，它们有些除了具有晶核调整的作用外，还有减少磷化液残渣的作用。

　　表调剂表面调整的应用

　　酸性表面调整和碱性表面调整只适用于金属工件经过酸洗除锈后的表面处理，锰盐表面调整只适合于锰系磷化液处理，钛盐表面调整应用较广，金属工件经强碱除油或强酸除锈后都可以用钛盐来进行表面处理，钛盐表面调整适用于锌系或锌钙系磷化处理，而机械法表面调整几乎适合于所有的磷化处理。

　　表面调整的应用显然十分明显，但并不是所有的磷化都必须表面调整，一般来说，碱金属(铁系)磷化可不使用表面调整。表面调整通常是在金属件经过了强碱除油或强酸除锈、有色金属磷化、大批量处理工件等场合使用。

　　除了机械法和草酸表面调整后需进行水洗再进入磷化工序外，大多数表面调整后不需水洗而可直接进入磷化工序进行磷化。

　　表面调整可采用浸渍或喷淋的方法进行，采用浸渍方式时要对表面调整剂进 行搅拌或放人工件后要上下多抖动几次以达到搅拌目的，采用喷淋方式时，要提前打开喷淋泵进行循环搅拌。表面调整一般在常温下进行，不必加温，处理时间一般 在1min左右，但用钛盐进行表面调整时，一定要控制表面调整槽液的pH值在7.5～l0之内，最好在8～9之间，pH值过低或过高都会使钛盐表面调整失 去作用，甚至会起到反作用。

　　在生产实践中，人们常常把表面调整作为一道独立的工序，但也有将钛盐表面调整剂加入除油剂中配制成“二合一”使用的，但除油剂的碱性不能太高，必须是弱碱性或中性的，否则表面调整不起作用，还有直接将表面调整加入到磷化液中使用的，虽能收到一些效果，但也会给工作带来很多麻烦，例如磷化剂中任何一种表面调整成分的加入都会给磷化槽液的分析和维护带来麻烦，或是造成磷化液稳定性降低，或是大大提高了磷化成本。