磷化在化学转化膜处理技术中应用最为广泛,是提升钢铁耐蚀性、延长其使用寿命最直接且最有效的手段。锌系、锰系和铁系磷化是最常见的磷化膜类型,其中,锰系磷化膜的耐腐蚀保护性效果最佳。本课题采用不同磷化工艺在40NiCrMo7钢表面制备了锰系磷化膜,作为腐蚀防护层应用于核主泵紧固件表面。运用扫描电子显微镜、能谱仪、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪和电子天平对其膜层组织、成分、结构及膜重进行检测和分析;通过电化学测试系统、盐水喷雾试验机和硫酸铜点滴实验研究和评价不同工艺参数下,紧固件表面锰系磷化膜的耐腐蚀性能。试验结果表明:锰系磷化膜主要由Mn3(PO4)2·3H2O和(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O构成。影响磷化膜组织性能的三个重要因素有:磷化液浓度、磷化处理时间、磷化处理温度。在本试验条件下,随着磷化液浓度的增高,磷化膜表面形貌发生改变,磷化结晶晶粒尺寸明显增大。耐腐蚀性能随磷化膜增厚而提升,过厚的磷化膜耐蚀性能下降。磷化温度及磷化处理时间的适当增加均有利于获得质量优良的磷化膜,但增加过度,反而使磷化膜发生老化,磷化结晶晶粒过分生长而变得多孔而疏松,反而使磷化膜的耐腐蚀性能降低。优化最佳磷化工艺为:磷化液酸比为7.5;磷化温度95℃;磷化时间30min。在优化工艺条件下制备的锰系磷化膜结晶晶粒呈堆积式排布,组织细密均匀,表面覆盖完整且平整光滑,表面粗糙度和孔隙率较低。通过磷化工艺对电化学腐蚀,盐雾腐蚀,硫酸铜点滴腐蚀试验结果的影响,对比其他工艺,工艺Ⅱ条件下形成的磷化膜的耐蚀性显著提高,腐蚀电位与40NiCrMo7钢相比正移了113mV,自腐蚀电流比40NiCrMo7钢降低了1个数量级。盐雾试验结果表明此工艺条件下形成的磷化膜经过168h盐雾腐蚀后未发生明显腐蚀。该工艺条件下磷化膜具有最优异的耐腐蚀性能,完全满足核泵紧固件的应用要求。