表调剂的作用及原理

1、表调剂的作用及原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

2、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，表调剂（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

3、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

4、、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

5、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。表面调整剂在生产实践中，主要有以下一些作用：（1）改善由前一步预处理中带人的杂质，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的工件状况。 还可改善因酸洗 使工件表面碳的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 随同金属一起转人磷化液的物质，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