Quá trình phosphat hóa có thể được coi là một quá trình điện hóa. Khi tiến hành phosphat hóa bề mặt kim loại, giai đoạn đầu là giai đoạn hòa tan anode theo phương trình phản ứng:
M M2+ + 2e-
Trong khi đó ở cathode xảy ra quá trình nhận electrone của H+ 2H+ + 2e- H2
Phần lớn diện tích bề mặt của kim loại đóng vai trò anode trong khi vùng cathode giới hạn trong các vùng bien của các hạt tinh thể, các hạt oxit còn sót lại trên bề mặt kim loại. Qúa trình ăn mòn xảy ra nhanh tạo thành một lượng lớn ion kim loại tại lớp dung dịch sát vùng anode. Cùng lúc, một lượng tương đương ion H+ bị khử thành H2 tại cathode làm giảm nhanh nồng độ H+ tại vùng này. Tốc độ của quá trình khuếch tán H+ từ lớp dung dịch ngoài vào cũng như quá trình khuếch tán của ion kim loại từ lớp dung dịch bên trong ra không theo kịp tốc độ hòa tan kim loại và khử H+ dẫn đến việc kết tủa phosphat kim loại trên bề mặt cathode.
Qúa trình hình thành lớp phủ phosphat được thể hiện qua sơ đồ sau:
Phản ứng điện cực cần thiết cho sự tạo thành lớp phủ sẽ chậm dần khi lớp phủ phát triển do lớp phủ phosphat có tình chất cách điện làm giảm quá trình khử H+ tại cathode và quá trình hòa tan kim loại anode. Nói cách khác, quá trình hình thành lớp phủ phosphat hóa là quá trình thụ động hóa bề mặt kim loại. Sự thay đổi thế này tuân theo phương trình tự thụ động của Muller và Konopiky.
Trong đó :
T là thời gian phosphat hóa, Eme thể ban đầu
và Et để sau thời gian t,
Es là thể ổn định sau cùng khi hoàn thành quá trình phosphat M và N là hằng số.
Sự khác biệt giữa Eme và thế Es trong thực tế vào khoảng 0,15 đến 0.2 volt cho thầy lớp phủ phosphat khi hoàn chỉnh vẫn có độ xốp lớn hơn nhiều so với các lớp phủ thụ động khác.
Sự biến đổi thế điện cực của thép nền trong quá trình phosphat hóa được Ghali và Potvin mô tả qua sơ đồ (Hình 34):
Hình 34: Sơ đồ Ghali và Potvin
Theo sơ đồ này thì bề mặt thép sẽ bị thụ động hóa dần dần cùng với sự phát triển của lớp phủ phosphat hóa. Theo Ghali và Potvin thì quá trình hình thành màng phosphat trải qua 4 giai đoạn :
Sự tấn công điện hóa trên bề mặt thép Tạo kết tủa vô định hình
Kết tinh và phát triển tinh thể Sắp xếp lại tinh thể