磷酸鹽轉化膜：類型、優點和應用

黑色磷化塗層

油漆和粉末塗料 如今，大量的鋼製零件都採用了塗層工藝。在過去幾十年裡，許多製造商放棄了電鍍表面處理，轉而採用有機塗層。這種轉變主要是因為噴漆和粉末塗裝更易於大量生產，並且能夠提供良好的通用防腐蝕保護。

你所能看到的幾乎所有東西都是用鋼鐵製成的。 噴漆或粉末塗層 鋼材構成了你的購物車、倉庫貨架、儲物架以及用於製造車輛的其他部件。 

此外，您還會在建築、運輸甚至消費品中使用的設備和工具上發現油漆或粉末塗層的應用。 

然而，油漆在未經處理的裸露鋼材上附著力不佳。事實上，如果鋼材表面乾淨（無污染）且光滑，油漆可能難以附著。 開裂、剝落或脫落 提前完工。因此，大多數製造商在塗層之前都會對鋼材進行預處理。一種非常常見的鋼材預處理方法是使用 磷酸鹽轉化膜。

這種塗層 在鋼材表面形成一層薄薄的晶體層。這層晶體層為油漆附著提供了「附著面」。此外，它還有助於提高鋼材的防腐蝕性能。 

因此，磷化塗層是各種鋼製零件噴漆或粉末塗裝最常用的預處理方法之一。

 

什麼是磷酸鹽轉化膜？

磷酸鹽塗層CNC加工金屬零件

磷化處理是一種在鋼材清洗後進行的化學處理。將工件浸入酸性磷酸鹽溶液中，溶液會與金屬表面反應。反應過程中，鋼材表面會直接形成一層薄薄的磷酸鹽層。此磷酸鹽層直接由鋼材內部形成，反應過程中會有少量基體金屬溶解。

這種輕微的蝕刻使磷酸鹽層與表面具有良好的結合力。根據製程的不同，塗層重量可能差異很大。塗層重量的範圍可以從 40毫克/平方英尺至4000毫克/平方英尺儘管塗層可能很薄，但它們通常都很均勻，並且與鋼材粘合良好。 

磷化過程中的表面反應

清洗後的鋼材浸入磷酸鹽浴中後，酸性溶液開始與鋼材表面反應。金屬離子開始溶解到溶液中，並與磷酸鹽結合。 

這會導致零件表面形成不溶性沉積物。在放大鏡下，許多磷酸鹽塗層呈現晶體狀。然而，一些顏色較淺的塗層晶體尺寸較小，因此不太容易觀察到。

無論晶體大小，沉積物都會直接形成在金屬表面。由於磷化過程中鋼材表面會受到輕微蝕刻，塗層會與鋼材牢固結合，不易剝落。 

為什麼要先塗塗層再噴漆

未塗層的裸鋼表面光滑，油漆附著力差。油漆塗層附著力差會導致過早失效。磷化塗層能形成比未塗層鋼材更粗糙的微觀表面。因此，油漆和粉末塗料在這種表面上的附著力要好得多。 

此外，該塗層在最終塗裝前可提供基本的防腐蝕保護。如有需要，此塗層還可保留油、蠟或防鏽劑。 

常見的磷酸鹽塗層類型

目前工業界使用的磷化體係有多種。磷酸鐵是最常用的磷化系統之一，它能形成一層輕薄的塗層，常用於金屬板材、家電和其他鋼製零件的噴漆前處理。磷酸鋅則能形成一層厚重的結晶塗層。

塗層重量 磷酸鋅轉化塗層 通常範圍從 100 至 1,000 毫克/平方英尺。 它能提供更好的防腐蝕保護，通常用作汽車油漆系統的預處理塗層。

黃鋅鍍層螺絲

磷酸錳 錳磷酸鹽塗層最厚。它用於需要保持油性和耐磨性的零件，例如齒輪、槍械部件和引擎部件。有時，它會與先進的表面處理技術結合使用，例如… 微弧氧化 以獲得額外的保護。

塗層是如何塗覆的

塗覆方法取決於塗層類型和特定的生產線。磷酸鐵通常採用噴塗系統或多級清洗線進行塗覆。

這些方法是油漆預處理生產線中常見的典型方法。鋅和錳 磷化處理 一般採用浸沒式水槽進行施用。

工件在加熱槽中停留足夠長的時間，以使反應產生所需的塗層。所有磷酸鹽鍍液均在酸性條件下進行，並且需要加熱以維持反應。 正常運作期間，反應過程中會在浴槽內形成污泥。必須定期清除這些污泥，以保持浴槽正常運作。

 

磷酸鹽轉化膜的典型厚度

附著在金屬上的塗層厚度會因金屬類型而異。塗層厚度會影響耐腐蝕性、油漆附著力（對於塗層產品）以及油性物質的保持性能。 

根據塗覆金屬的類型和預期的最終用途，會使用不同類型的磷酸鹽塗層。

重質磷酸鋅塗層

鍍鋅CNC螺紋環

厚重的磷酸鋅塗層呈灰色結晶狀。 塗層厚度範圍為 100 至 1000 毫克/平方英尺. 厚塗層比薄塗層密度更高；但是，它們仍然具有一定的孔隙率。

油和蠟能很好地附著在這些塗層的粗糙表面上。由於此特性，這些塗層常用於設計用於潤滑的部件上。 使用厚重的磷酸鋅塗層的一個缺點是，如果處理不當，它們可能會剝落，因為它們會在彼此之間形成晶體層。

實用技巧：將鋼材浸入磷酸鋅溶液前，務必徹底清除鋼材表面的所有油脂。如果鋼材表面殘留油脂，塗層將無法與鋼材形成牢固的結合。

輕質磷酸鋅塗層

較輕的磷酸鋅塗層通常屬於以下範疇： 厚度範圍為 100-1,000 mg/ft²。 這些塗層通常比較重的塗層更光滑、孔隙率更低。
由於這些塗層相對較薄且光滑，因此通常在噴漆或粉末塗裝之前進行塗覆。 

這些塗層提供了足夠的防腐蝕保護和堅固的底塗層，可用於後續塗層應用，但對整體塗層的厚度增加卻微乎其微。

磷酸鐵塗層

磷酸鐵塗層是三種磷酸鹽塗層中最薄的。通常，塗層厚度範圍為： 40 至 80 毫克/平方英尺。 與形成晶體結構的鋅和錳磷酸鹽塗層不同，鐵磷酸鹽塗層會產生光滑、藍色或彩虹色的表面。

磷酸鐵塗層的主要用途是作為油漆底漆和預處理劑。油和潤滑劑不易附著在塗層上，因此不建議用於運動部件。

實用提示： 與鋅和錳磷酸鹽塗層應用相比，鐵磷酸鹽塗層的生產製程控制要容易得多。 pH值和滴定測量都更容易，也更容易控制。此外，所需的加熱量也更少，從而降低了能源成本。

磷酸錳塗層

磷酸鎂塗層零件

錳磷酸鹽塗層比鐵磷酸鹽和鋅磷酸鹽塗層都厚。一般來說，錳磷酸鹽塗層的厚度範圍為： 1,000 至 4,000 毫克/平方英尺。 塗層呈黑色，質地粗糙，且高度結晶。

由於其厚實粗糙的晶體結構，這種塗層能極佳地保持潤滑劑和防銹油。此外，此塗層還具有低摩擦係數，有助於防止齒輪、軸和軸承等運動部件磨損和咬合。

實用提示： 採用錳磷酸鹽製程生產的塗層通常應用於運動或旋轉的零件，特別是那些對防腐蝕和耐磨性要求很高的零件。

塗層結合力和表面特性

所有磷化塗層都能與鋼材牢固結合。塗層的孔隙率和表面粗糙度取決於塗層的厚度（厚塗層或薄塗層）。厚塗層通常比薄塗層更多孔、更粗糙，因此更能保持油污。另一方面，薄塗層更光滑，更適合油漆附著。

油和潤滑劑的保留

由於鋅和錳的晶體結構，它們都能吸收油和蠟。相反，磷酸鐵則不吸收油和潤滑劑。因此，磷酸錳塗層通常是運動部件或承重部件的首選塗層。

過程控制

在三種塗層類型中，磷酸鐵塗層最容易控制。只需簡單的pH值和滴定測試即可監測其過程。 監測鋅錳磷酸鹽塗層中的總酸、遊離酸和鐵含量至關重要。保持總酸與遊離酸的正確比例對於確保塗層品質至關重要。

顏色指示器

• 重鋅：灰色，略粗糙
• 淺鋅色：灰色，表面較光滑
• 磷酸鐵：藍色至彩虹色
• 磷酸錳：黑色，粗顆粒

黑氧化塗層與磷酸鹽塗層的比較

黑色氧化塗層鋼法蘭

雖然黑色氧化塗層和磷酸鹽塗層都廣泛用於保護金屬表面，但它們的用途卻截然不同。它們適用於各種不同的特定應用。為了給特定部件選擇合適的塗層，了解它們之間的差異將大有裨益。

組成

这 鋼材用黑色氧化物 磷酸鹽塗層會在金屬表面形成一層薄薄的氧化鐵。而磷酸鹽塗層則會形成磷酸鋅、磷酸錳或磷酸鐵，這些物質會與金屬表面產生化學反應。

目的

黑氧化物的主要用途是改善外觀並提供輕微的防腐蝕保護。與油類混合使用時，它還能提高潤滑性。磷酸鹽塗層的主要用途是作為油漆或粉末塗料的底漆。它們還能提供額外的防腐蝕和耐磨保護。

耐腐蝕和耐磨性

黑氧化物塗層僅提供最低限度的防腐蝕保護。通常需要塗油或密封劑來防止生鏽。磷酸鹽塗層可提供更好的防腐蝕保護，尤其是磷酸鋅和磷酸錳塗層。磷酸錳塗層還能提高耐磨性並保持潤滑劑的良好性能。

表面處理

黑氧化處理可形成深色、光滑且有光澤的表面。磷酸鹽塗層則形成霧面或緞面效果。這些表面比黑氧化處理的表面略顯粗糙。這種粗糙的表面有助於提高油漆或塗層的附著力。

塗層厚度

黑氧化物非常薄，厚度範圍從 0.0002到0.0006英吋。 磷酸鹽塗層明顯較厚，厚度範圍約為 0.0002到0.002英吋。 磷酸鹽塗層的厚度取決於所採用的塗層類型。

耐溫性

黑氧化物具有更高的耐熱性。黑氧化物可承受高達…的溫度。 500°C。 磷酸鹽塗層耐熱性較差，只能用於低溫環境。

黏附性和潤滑性

這兩種塗層都是塗油或油漆的理想基底。然而，黑色氧化物塗層能顯著提高潤滑性，尤其是在添加油或蠟後。磷酸錳由於其晶體結構，具有天然的潤滑劑保持能力。

應用類型

黑氧化處理可採用化學浴或熱鹼性浴進行。磷酸鹽塗層可透過將零件浸入磷酸鹽溶液中進行。生產流程也可能包括噴塗步驟。

成本和環境考慮

黑氧化處理通常價格較低，但會使用更多有害化學物質。磷酸鹽塗層價格較高，但需要更複雜的生產過程和更厚的塗層，雖然被認為對環境更友好，但需要進行廢水處理。

應用例子

黑色氧化物：

• 緊固件
• 工具
• 槍支
• 切削刀具組件
• 電子元件（主要用於外觀和輕微防腐蝕）

磷酸鹽塗層：

• 汽車零件
• 齒輪
• 軸承
• 凸輪軸
• 軍事硬體
• 家用電器（主要用於防腐蝕、油漆和塗料的黏合性能以及潤滑劑保持）

參考對比表

因素	黑氧化物	磷酸鹽塗層
層	氧化鐵	磷酸鋅、磷酸錳或磷酸鐵
目的	輕微腐蝕，外觀	防腐蝕，油漆基底
厚度	非常薄	厚度因類型而異
表面	光滑，有光澤	啞光，粗糙
穿	中度	很好，尤其是錳。
潤滑性	需要上油/打蠟	天然吸附油脂/蠟
應用類型	化學浴	浸入或噴灑磷酸鹽溶液
一般用途	工具、緊固件、槍支	汽車零件、齒輪、家電

也請閱讀我們的指南： 阿洛丁塗料.

 

適用於磷化塗層的材料

磷酸鹽塗層適用於多種金屬，效果良好。它們可以改善金屬的性能。 耐腐蝕性、油漆附著力和耐磨性以下是常用塗層金屬及其典型應用的簡要清單。

常用材料

• 碳素鋼
• 工具鋼
• 鋁合金
• 不銹鋼

典型應用與產業

材料	成績範例	常見用途
碳素鋼	AISI 4140，AISI 4130	引擎支架、懸吊部件
工具鋼	H13、D2	支架、刀具嵌件
鋁合金	6061，7075	底盤零件，輕量化支架
不銹鋼	SUS304、SUS316L	緊固件、機械零件

磷酸鹽塗層的工業應用

經磷化處理的金屬製品能夠有效防止腐蝕。此外，經磷化處理的金屬製品還能提高油漆附著力，並能更好地抵抗過度磨損。 

這種塗層還能使潤滑劑更好地黏附在金屬表面，這在許多機械應用中都很有用。

所列各行業對磷化處理的運用方式各不相同：

汽車產業

引擎、懸吊和其他底盤部件通常都經過磷化處理。這些部件上的磷化塗層可以防止腐蝕，並提供良好的油漆附著力。此外，磷化塗層還能減少齒輪和凸輪軸等運動部件的磨損。

航空航天業

航空航天系統中使用的鋁和鋼部件有時會在噴漆前進行磷化處理。這種塗層可以提高耐腐蝕性，並增強油漆與結構件和機械件的附著力。 

磷化處理還有助於保護緊固件和精密零件在維修保養過程中免受表面磨損。

工業機械

工業機械的零件，包括齒輪、軸承和工具，都會進行磷化處理。磷化處理可以減少磨損。此外，磷化處理還能防止咬合，並在運作過程中保持潤滑。

家用電器

家用電器（例如洗衣機、烘乾機和冰箱）的鋼製和鋁製零件都會進行磷化處理。這種塗層用於提高油漆附著力並抑制腐蝕。

電線和管材生產

在拉拔線材和管材的過程中，會進行磷化處理。磷化處理可以降低摩擦並促進潤滑劑的維持。

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