磷化处理是提高金属抗蚀性能的一种很有效的方法。钢铁构件经常以涂装方式达到防锈防腐的目的，而涂装前都要进行除油、除锈、磷化、钝化处理，以提高漆膜的耐蚀性和附着力。传统的钢铁磷化工艺是经过除油、除锈、磷化、钝化的先后顺序分步完成，这样既操作繁琐，又消耗大量人力物力。目前，国内外对钢铁进行涂装前处理工艺主要以分步为主，如：除油、除锈 “二合一”除油、除锈、磷化 “三合一”除油、除锈、磷化、钝化“四合一”的常温处理研究日益增多。本文介绍的是种新的四合一常温磷化工艺。钢铁件处理液处理后，膜层均匀密实，排列整齐，耐湿性好，对涂膜附着力强，其主要性能指标达到了国家标准。
1 实验
1.1 实验材料
实验材料为5㎝*3㎝*0.2㎜的A3钢片。
1.2 实验方法
实验方法是，使配方中一个变量变化而其它变量固定，进行反复的实验（外围环境不变），通过对所得磷化膜的性能测试，得出该变量的最佳含量，从而得到一组最佳配方。
1.3 磷化膜的性能测试
（1）硫酸铜点滴法   所用硫酸铜溶液的成分如下：CuSO4·5H2O  4g/l；0.1mol/LHCL  13g/l；NaCL  35g/l。检测方法：常温下用棉花蘸无水乙醇，擦拭工件表面，干燥后在磷化膜表面滴点滴液，记录液滴由天蓝色变为红色的时间。
（2）饱和食盐水浸蚀检测法  将处理好的工件浸泡于3%的NaCL溶液中，记录工件浸泡开始到表面出现锈迹所用的时间，时间越长证明磷化效果越好。
（3）目测法  通过目测铁片的外观来评定磷化膜的质量好坏。
1.4 基础液配方
在常温下处理必须有足量的促进剂，在综合考虑了磷化中各种成分的作用并确认各药品无相互制约后，得出的 “四合一”处理液配方如下：
H3PO4（86%）                    200~350ml/L
络合剂（植酸）                   20~30g/L
ZnO                             10~25g/L
促进剂[Zn（NO3）2·6H2O]        1~4g/L
Ni（NO3）2                       1g/L
吐温-80                          10ml/L
柠檬酸                           1g/L   
其中H3PO4的含量依据锈蚀程序可适量调整。
1.5 实验的主要工艺及流程
称量药品→溶解→铁屑处理(2~3昼夜)→浸泡铁片（5~25min）→水洗→干燥→硫酸铜点滴和氯化钠浸泡。
2 结果与讨论
2.1 氧化锌对磷化膜质量的影响
氧化锌与磷酸为成膜剂，形成锌铁系磷化膜，其量的变化对磷化膜外观及耐蚀性能的影响列于表1。表1显示氧化锌含量10~14 g/L时为宜，影响原因是：氧化锌与磷酸瓜形成磷酸二氢锌，磷酸二氢锌是磷化液中的主盐。磷酸二氢锌含量过多或过少会使溶液中的游离酸度过高或过低，致使磷化膜耐蚀性降低，甚至使膜层不能生长。由上述试验结果表明，氧化锌对磷化膜的厚度、结合力等具有显著的影响，在氧化锌的含量为12g/L时，磷化膜具有最佳力学性能。
表1 氧化锌对磷化膜质量的影响
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
氧化锌的量g/L   试片外观           CuSO4点滴时间（min）   NaCL溶液浸泡时间（min）
0.0        灰色，轻微返锈                1                     100
8.0        灰色，粗糙                    1                     240
10        灰色，较光滑                  1.5                    308
12        灰色，光滑，膜均匀            2                      324
14       灰色，较光滑，少量斑点         1.5                    300
16       灰色，斑点多，除锈不好         1                      230
18       灰色，斑点多，除锈不好         1                      220
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2.2 络合剂对磷化膜质量的影响

络合剂在本处理中能促进磷酸的除锈作用，并且还具有络合、活化等作用。它们在浸渍液中能防沉渣,在擦试液中促进成膜，细化磷化膜结晶的作用，络合剂量的变化对磷化膜外观及耐蚀性的试验结果见表2。

表2显示，络合剂用量以22~26g/L为宜。因为络合剂在实验中能促进磷酸的除锈作用。络合剂量太小时因除锈效果差，磷化也差，如果络合剂过量，则使其络合、活化作用加强，从而其细化磷化膜结晶作用加强，于是出现挂灰现象，而且表面粗糙。络合剂对磷化膜的厚度、外观和结合力等具有显著的作用，在络合剂含量为24g/L时，磷化膜具有良好的外观和稳定性。

表2 络合剂对磷化膜质量的影响
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
络合剂含量g/L   试片外观           CuSO4点滴时间（min）   NaCL溶液浸泡时间（min）
10       粗糙，返锈                0.5                     100

15       粗糙，少量返锈            1.0                     120
20       粗糙，少量残留液渣        1.5                     250
22       粗糙，少量残留液渣        1.5                     270
24       光滑                      2.0                     405
26       光滑，少量挂灰            1.5                     280
28       粗糙，挂灰                1.0                     130
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉2.3 促进剂对磷化膜质量的影响

促进剂对磷化膜质量的影响见表3。

由表3知，促进剂的量以2~3g/L为宜，本实验所用的促进剂是无机氧化剂中的硝酸盐，它的作用是将氧化溶液中的Fe2+离子变成Fe3+离子，加快磷化速度，而氧化剂的另外一个作用是氧化磷化过程中产生的有害气体，使覆盖在零件表面的氢气变为水，加速了H+离子的阴极上的放电程度，促进磷化过程中第一阶段酸蚀反应的进行，使界面PH值升高，有利于磷化膜的加速形成。促进剂对磷化膜的外观具有显著的影响，在促进剂的量为3g/L时，磷化膜的质量最佳。

表3 促进剂对磷化膜质量的影响
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
促进剂含量g/L   试片外观           CuSO4点滴时间（min）   NaCL溶液浸泡时间（min）
0.0       粗糙，返锈                0.5                     60
0.5       粗糙，少量返锈            0.5                     90
1.0       粗糙，少量残留液渣        1.0                     140
1.5       粗糙，少量残留液渣        1.0                     150
2.0       光滑                      1.5                     250

2.5       光滑，少量挂灰            2.0                     408
3.0       粗糙，挂灰                2.5                     419
3.5       粗糙，挂灰                1.0                     163
4.0       粗糙，挂灰                1.0                     160
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2.4 柠檬酸的作用

柠檬酸在本处理中能促进磷酸的除锈作用，其用量有无对磷化速度和溶液沉渣量的影响见表4柠檬酸具有加速铁溶解、利于剥落的作用。能提高处理液的除锈能力，缩短处理时间，增加处理液的稳定性，减少沉渣生成，防止过腐蚀等。

表4 柠檬酸的有无对磷化速度和溶液沉渣量的影响
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
络合剂含量g/L   试片外观           CuSO4点滴时间（min）   NaCL溶液浸泡时间（min）
10       粗糙，返锈                0.5                     100

15       粗糙，少量返锈            1.0                     120
20       粗糙，少量残留液渣        1.5                     250
22       粗糙，少量残留液渣        1.5                     270
24       光滑                      2.0                     405
26       光滑，少量挂灰            1.5                     280
28       粗糙，挂灰                1.0                     130
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3 结论

（1）确定了四合一常温磷化处理液的最佳配方。

（2）四合一常温磷化处理液以磷化为主，可使钢铁件于同一槽中一次性完成除油、除锈、磷化、钝化4道工序。磷化膜层均匀密实，排列整齐，耐蚀性能好，对涂膜的附着力强。此工艺适合局部和户外大型部件的处理，也可作短期存放的除锈处理。

（3）四合一处理液理化性能稳定，不含铬盐，没有污染危害，易于活化和再生