1、 金屬表面處理劑概要
1）前處理的定義
作為被處理物塗塗料的準備過程，是除去附着在被處理物上的油及形成磷酸鹽磷化膜的過程。
2）前處理的目的
在鐵、鋅等的金屬表面形成磷酸鹽磷化膜，給塗裝提供優秀的耐腐蝕性和附著性。
3）前處理工程
2、 對前處理工程藥品的說明
1）脫脂
在鋼鐵的表面，為了防止鋼鐵表面生鏽塗有礦物性或植物性等各種油，而這些很難完全除去。除去這些鋼鐵表面的油脂有很多方法，而通常使用如下方法。
（1）溶劑脫脂
是使用汽油或溶劑石腦油等溶劑洗條或用水浸漬除油的方法，可以出去大概的油。但是浸漬的方法用溶劑只能使污垢或油變薄而很難使其完全除去。但是使用溶劑蒸汽除油的方法代替浸泡法得到了普及。
蒸汽法使用的溶劑代表性的有氯丙烯。可以用乾淨的熱蒸汽完全除去油。只是由於不能出去污垢、氣體等附著物，在適用於小型配件。使用時必須注意的是氯丙烯蒸汽具有麻醉性，所以稍微感覺到被麻醉的感覺最好立即到外面呼吸新鮮的空氣。
（2）ENULSION脫脂
往煤油、石腦油等溶劑加入乳化活性劑或溶解在水里形成乳化液並加熱使用。脫脂能力一般，所以油垢多時脫脂比較困難。特別是附著油脂的地方，使用溶劑輕輕擦拭之後進行脫脂。為了提高脫脂能力，有時也加入少許鹼。脫脂以後必須用溫水洗條，以除去附著的乳化劑及污垢。
（3）電解洗條法
陰極及陽極產生的氫氣及氧氣破壞附著在金屬表面的油脂膜，並通過攪拌溶液以機械方式除去油脂。
（4）鹼性洗條法
附著在金屬表面的油可分為植物油和礦物油。
甲）植物油的脫脂
植物油的成分為脂肪酸丙酯（甘油酯），和NaOH一起加熱時被皂化分解為肥皂和甘油。由於都是水溶性（溶於水）物質，所以可以充分的水洗方法予以除去。
O
‖ CH2ONa
CH2-O-C-R1 R2COONa
O 3NaOH CH2ONa ＋ R2COONa
‖
CH2-O-C-R2 CH2ONa R2COONa
O
‖
CH2-O-C-R2
[皂化（肥皂的反應式）]
已）礦物油的脫脂
1階段：用界面活性乳化劑及分散油（乳化）
2階段：與鹼性中的SiO2結合並沉澱。
丙）不使用強鹼的理由
使用強鹼時，在已清洗的鋼鐵表面生成氧化鐵或氫氧化鐵，從而產生惰性阻礙磷化膜的形成。從而這方面考慮，以Emuision Cleaner 或最弱酸鹽為主要成分的Nonsilicate Type弱Alkali Cleaner(磷酸鈉)最適合。還有，強鹼和中強鹼Type的脫脂劑會使磷化重量增大和結晶粒子粗大。所以在使用中強鹼脫脂劑時，為了得到緻密的結晶，有必要使用表面處理劑（XQ）。因為XQ可以使由於生成氫氧化鐵而產生惰性失去的活性點增多，從而產生緻密的磷化膜。
下面的圖表為不同脫脂液的磷化重量差異。
丁）鹼性脫脂劑分類
○摩羯女性格 強鹼：主要使用氫氧化鈉，把油脂分解為溶於水的甘油和肥皂。（PH 12以上）
○ 中強鹼：主要使用矽（gui）酸鹽類、吸附、分解礦物油。主要使用酸式鹽類（PH 12以上），具有分散、乳化礦物油的作用。磷酸鹽類也廣泛使用（PH 8.3-9.0）.
戊）鹼性脫脂劑的條件
○ 必須能夠溶解油脂，而且PH 8.3以上。
○ 腌萝卜条的做法大全腐蝕性不強。
○ 表面張力小。
○ 必須升高溫度。
○ 必須持續維持的含量。
○ 水洗條性良好。
己）脫脂液使用水的水質
○ 氫離子濃度（PH） ：6.0-8.0
○ Conduct ：5，000Ωcm以上
○ 蒸發殘留分 ：150 ppm 以下
○ Cl- ：20 ppm 以下
○ SO42- ：20 ppm 以下
○ Cl- + SO42- ：35 ppm 以下
○ 全硬度Ca2+ ：100 ppm 以下
庚）脫脂液的更新
○ 油份濃度達到3，000-20，000ppm時進行更新。（n-Hexane油份測定法）
○ 現場條件下，脫脂時間增加1.5倍時進行更新。
○建水陶 定期沒5天—1個月更新一次。
2）表面調整
有強鹼或中強鹼脫脂工程及酸洗工程時，金屬表面在結構上幾乎失去活性點，從而形成粗糙粗大的磷化膜。由於這些原因，有必要在金屬表面賦予自由能量增加活性點。隨著活性點的增加，由於自由能量的增加，在磷化處理時結晶核數也增加，從而形成細小而均勻的磷化膜。起這種作用的我們稱之為表面調整劑。
像這樣提高表面活性劑，一般使用草酸或XQ杰克伦敦等藥品。使用草酸時，用2-3%溶液在常溫下處理1分鐘左右，Etching後形成薄的氫氧化鐵膜，從而可以在磷化處理時作為核。使用XQ時，用特殊方法把磷酸鈉和TiO2 Colloid化合物吸附在鋼鐵表面上，起到生成磷化膜的核的作用。
（1）表面活性能量的增加要素
項 目 | 增加反應面積 | 活性能量 |
陽極 | 陰極 |
鈦磷酸鹽的增加（TiPO4） | | ○ | ○ |
氧化劑的添加（O） | | ○ | ○ |
重金屬的添加（Ni,Cu） | | ○ | ○ |
有機促進劑的添加 | ○ | ○ | ○ |
素材表面（Fe） | | | |
有機酸的添加（草酸） | | ○ | ○ |
Wiping | ○ | ○ | ○ |
脫脂工程（Alkai） | × | | × |
酸洗工程（HCl,H2SO4） | × | × | × |
| | | |
○：反應面積的增加 ×：反應面積的減小
（2）表面调整剂XQ的作用
隨著重金屬鹽水溶液處理後的活性點（陰極面積）的增加生成均勻而緻密的磷酸鋅結晶。
甲）活性點少時的磷酸鋅磷化結晶
（表面調整劑處理 無）
乙）活性點多時的磷酸鋅磷化結晶
（表面調整劑處理 有）
2）表面調整
（1） 目的
以化學方法處理金屬表面時，表面生成磷化膜。其主要作用是提高防銹性、耐腐蝕性、耐高溫氧化性等化學物質，同時增加硬度及耐磨性。
（2） 種類
氧化磷化有1）鉻酸鹽磷化2）磷酸鹽磷化等。其中，最廣泛應用於工業上的是磷酸鹽磷化。
（3） 磷酸鹽磷化劑的反應
鋼鐵製品浸泡以前磷化劑的反應為
3 Zn(H2PO4)2 <=> 3 H3PO4+3 ZnHPO4----------(1)
+3 ZnHPO4 <=> H3PO4 + 3 Zn3(PO4)2----------(2)
3 Zn(H2PO4)2 <=> 4 H3PO4+ Zn3(PO4)2---------(3)
把鋼鐵製品浸泡在磷酸鹽水溶液加熱時
Fe+2 H3PO4 <=>Fe(H2PO4)2 +H2↑
傅守祥(鐵) （磷酸） （磷酸二氫亞鐵）（氫氣）
鋼鐵製品與方程式（1）和（2）中的磷酸反應，鐵被腐蝕，而其中一部分溶解以後生成鐵離子。同時產生的氫離子，放電以後生成氫氣。
2H++2e-<=> H2↑
由於消耗游離磷酸，鋼鐵表面附近氫離子濃度降低，方程式（3）的平衡向右側移動，從而磷酸氫鹽及磷酸鹽的結晶沉澱在鋼鐵表面。這些沉澱在鋼鐵表面的沉澱成為結晶核，進而成長成全覆蓋的磷化膜。
* 磷化劑的反應
3 Zn(H2PO4)2 .4 H20 → 4 H3PO4+ Zn3(PO4)2 . 4 H20
* 磷酸鋅磷化膜結晶的結構
第一層：Zn3(PO4)2 . 4 H20 ----Hopeit 層：5%
第二層：Zn3Fe(PO4)2 . 4 H20 ----Phosphophyllitet 層：95%
第三層：Zn3(PO4)2 . 4 H20 ----Vivanite 層
第四層：Fe3H2(PO4)2 . 4 H20 ----lron-Hreaulite 層
(4)影響磷化處理的因素
甲）總酸度
表示處理液中含有的酸性成分的總量。取10cc處理液，加入酚酞（P.P）指示劑，用如何包包子0.1N-NaOH進行中和，此時所需的NaOH的cc數為總酸度。
乙）游離酸度
表示處理液中含有的游離酸度的濃度。取10CC處理液加入B.P.B指示劑，用0.1N-NaOH進行中和，此時所需的NaOH的CC數為游離酸度。
(5)游離酸度
甲）偏高時
把握的近义词 Etching時間變長，由此磷化時間也變長，而且磷化膜中的磷酸鹽的含量減小，所以有耐腐蝕性降低的趨勢。
乙）偏低時
由於Etching時間不足，所以耐腐蝕性也降低。而且游離酸度進一步降低時，不僅僅在 鋼鐵表面生成沉澱，而是影響全部處理液，生成大量異常產物，從而消耗磷化液。
(6)POINT的影響
甲）偏低時
稀釋處理液時雖然酸比沒有變化，但是POINT將會下降。此時平衡迅速移動，不僅在鋼鐵表面生成沉澱，而且容易使全部處理液產生沉澱，造成很大損失。
乙）偏高時
Etching加深，相反平衡的移動變慢。這樣的話，處理時間會變長，耐腐蝕性也會降低。
(7)POINT和磷化的關係
甲）偏低時：薄而均勻的灰色結晶。
乙）POINT適合時：緻密而平滑的結晶。
丙）偏高時：黑色及粗糙的結晶。
(8)使用促進劑時
Fe + 2 H3PO4 →Fe(H2PO4)2 + H2 ↑
反應中產生的氫氣會阻礙要處理的鋼鐵表面和處理液之間的反應，使結晶困難或阻礙結晶成長。促進劑能除去氫氣，使磷化完全、迅速進行。
(9)磷酸鹽磷化的附著量
一般情況下2-3g/㎡左右最合适。
膜厚为3-5μm
(10)磷酸液的主要成分
甲）磷酸二氫鋅：Zn(H2PO4)2。
乙）硝酸鋅：Zn(NO3)2。
丙）磷酸：H3PO4。
丁）氧化劑：亞硝酸鈉（NaNO2）
氯酸鈉（NaClO3）→除氢气
戊）重金属：Ni,Fe
有機酸
(11)作業時溶液管理的注意事項
總酸度（TA） | 游離酸度（FA） | 酸比（AR） |
↓脫脂液混入時 產生磷酸二氫鈉時 | 阑尾炎手术后遗症 ↓補給Toner時 脫脂液混入時 | ↑脫脂液混入時 補給Toner 高酸比：磷化膜厚 沉澱 |
↑補給原液 | ↑補給原液 液溫上升 | ↓低酸比：磷化膜薄 黑色（磷酸鐵多） |
| | |
(12)磷酸鹽磷化劑按處理方法分類
甲）浸泡法（DIPPING）。
