??
磷化處理是提高金屬抗蝕性能的一種很有效的方法。鋼鐵構(gòu)件經(jīng)常以涂裝方式達(dá)到防銹防腐的目的，而涂裝前都要進(jìn)行除油、除銹、磷化、鈍化處理，以提高漆膜的耐蝕性和附著力。傳統(tǒng)的鋼鐵磷化工藝是經(jīng)過除油、除銹、磷化、鈍化的先后順序分步完成，這樣既操作繁瑣，又消耗大量人力物力。目前，國內(nèi)外對(duì)鋼鐵進(jìn)行涂裝前處理工藝主要以分步為主，如：除油、除銹 “二合一”除油、除銹、磷化 “三合一”除油、除銹、磷化、鈍化“四合一”的常溫處理研究日益增多。本文介紹的是種新的四合一常溫磷化工藝。鋼鐵件處理液處理后，膜層均勻密實(shí)，排列整齊，耐濕性好，對(duì)涂膜附著力強(qiáng)，其主要性能指標(biāo)達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)材料為5㎝*3㎝*0.2㎜的A3鋼片。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)方法是，使配方中一個(gè)變量變化而其它變量固定，進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)（外圍環(huán)境不變），通過對(duì)所得磷化膜的性能測試，得出該變量的最佳含量，從而得到一組最佳配方。
1.3 磷化膜的性能測試
（1）硫酸銅點(diǎn)滴法 所用硫酸銅溶液的成分如下：CuSO4·5H2O 4g/l；0.1mol/LHCL 13g/l；NaCL 35g/l。檢測方法：常溫下用棉花蘸無水乙醇，擦拭工件表面，干燥后在磷化膜表面滴點(diǎn)滴液，記錄液滴由天藍(lán)色變?yōu)榧t色的時(shí)間。
（2）飽和食鹽水浸蝕檢測法 將處理好的工件浸泡于3%的NaCL溶液中，記錄工件浸泡開始到表面出現(xiàn)銹跡所用的時(shí)間，時(shí)間越長證明磷化效果越好。
（3）目測法 通過目測鐵片的外觀來評(píng)定磷化膜的質(zhì)量好壞。
1.4 基礎(chǔ)液配方
在常溫下處理必須有足量的促進(jìn)劑，在綜合考慮了磷化中各種成分的作用并確認(rèn)各藥品無相互制約后，得出的 “四合一”處理液配方如下： ac磷化處理是提高金屬抗蝕性能的一種很有效的方法。鋼鐵構(gòu)件經(jīng)常以涂裝方式達(dá)到防銹防腐的目的，而涂裝前都要進(jìn)行除油、除銹、磷化、鈍化處理，以提高漆膜的耐蝕性和附著力。傳統(tǒng)的鋼鐵磷化工藝是經(jīng)過除油、除銹、磷化、鈍化的先后順序分步完成，這樣既操作繁瑣，又消耗大量人力物力。目前，國內(nèi)外對(duì)鋼鐵進(jìn)行涂裝前處理工藝主要以分步為主，如：除油、除銹 “二合一”除油、除銹、磷化 “三合一”除油、除銹、磷化、鈍化“四合一”的常溫處理研究日益增多。本文介紹的是種新的四合一常溫磷化工藝。鋼鐵件處理液處理后，膜層均勻密實(shí)，排列整齊，耐濕性好，對(duì)涂膜附著力強(qiáng)，其主要性能指標(biāo)達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)材料為5㎝*3㎝*0.2㎜的A3鋼片。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)方法是，使配方中一個(gè)變量變化而其它變量固定，進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)（外圍環(huán)境不變），通過對(duì)所得磷化膜的性能測試，得出該變量的最佳含量，從而得到一組最佳配方。
1.3 磷化膜的性能測試
（1）硫酸銅點(diǎn)滴法 所用硫酸銅溶液的成分如下：CuSO4·5H2O 4g/l；0.1mol/LHCL 13g/l；NaCL 35g/l。檢測方法：常溫下用棉花蘸無水乙醇，擦拭工件表面，干燥后在磷化膜表面滴點(diǎn)滴液，記錄液滴由天藍(lán)色變?yōu)榧t色的時(shí)間。
（2）飽和食鹽水浸蝕檢測法 將處理好的工件浸泡于3%的NaCL溶液中，記錄工件浸泡開始到表面出現(xiàn)銹跡所用的時(shí)間，時(shí)間越長證明磷化效果越好。
（3）目測法 通過目測鐵片的外觀來評(píng)定磷化膜的質(zhì)量好壞。
1.4 基礎(chǔ)液配方
在常溫下處理必須有足量的促進(jìn)劑，在綜合考慮了磷化中各種成分的作用并確認(rèn)各藥品無相互制約后，得出的 “四合一”處理液配方如下：
H3PO4（86%） 200~350ml/L
絡(luò)合劑（植酸） 20~30g/L
ZnO 10~
促進(jìn)劑[Zn（NO3）2·6H2O] 1~4g/L
Ni（NO3）2
吐溫-80 10ml/L
檸檬酸 1g/L
其中H3PO4的含量依據(jù)銹蝕程序可適量調(diào)整。
1.5 實(shí)驗(yàn)的主要工藝及流程
稱量藥品→溶解→鐵屑處理(2~3晝夜)→浸泡鐵片（5~25min）→水洗→干燥→硫酸銅點(diǎn)滴和氯化鈉浸泡。
2 結(jié)果與討論
2.1 氧化鋅對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
氧化鋅與磷酸為成膜劑，形成鋅鐵系磷化膜，其量的變化對(duì)磷化膜外觀及耐蝕性能的影響列于表1。表1顯示氧化鋅含量10~14 g/L時(shí)為宜，影響原因是：氧化鋅與磷酸瓜形成磷酸二氫鋅，磷酸二氫鋅是磷化液中的主鹽。磷酸二氫鋅含量過多或過少會(huì)使溶液中的游離酸度過高或過低，致使磷化膜耐蝕性降低，甚至使膜層不能生長。由上述試驗(yàn)結(jié)果表明，氧化鋅對(duì)磷化膜的厚度、結(jié)合力等具有顯著的影響，在氧化鋅的含量為12g/L時(shí)，磷化膜具有最佳力學(xué)性能。
表1 氧化鋅對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
氧化鋅的量g/L 試片外觀 CuSO4點(diǎn)滴時(shí)間（min） NaCL溶液浸泡時(shí)間（min）
0.0 灰色，輕微返銹 1 100
8.0 灰色，粗糙 1 240
10 灰色，較光滑 1.5 308
12 灰色，光滑，膜均勻 2 324
14 灰色，較光滑，少量斑點(diǎn) 1.5 300
16 灰色，斑點(diǎn)多，除銹不好 1 230
18 灰色，斑點(diǎn)多，除銹不好 1 220
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉
2.2 絡(luò)合劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
絡(luò)合劑在本處理中能促進(jìn)磷酸的除銹作用，并且還具有絡(luò)合、活化等作用。它們在浸漬液中能防沉渣,在擦試液中促進(jìn)成膜，細(xì)化磷化膜結(jié)晶的作用，絡(luò)合劑量的變化對(duì)磷化膜外觀及耐蝕性的試驗(yàn)結(jié)果見表2。
表2顯示，絡(luò)合劑用量以22~26g/L為宜。因?yàn)榻j(luò)合劑在實(shí)驗(yàn)中能促進(jìn)磷酸的除銹作用。絡(luò)合劑量太小時(shí)因除銹效果差，磷化也差，如果絡(luò)合劑過量，則使其絡(luò)合、活化作用加強(qiáng)，從而其細(xì)化磷化膜結(jié)晶作用加強(qiáng)，于是出現(xiàn)掛灰現(xiàn)象，而且表面粗糙。絡(luò)合劑對(duì)磷化膜的厚度、外觀和結(jié)合力等具有顯著的作用，在絡(luò)合劑含量為24g/L時(shí)，磷化膜具有良好的外觀和穩(wěn)定性。
表2 絡(luò)合劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
絡(luò)合劑含量g/L 試片外觀 CuSO4點(diǎn)滴時(shí)間（min） NaCL溶液浸泡時(shí)間（min）
10 粗糙，返銹 0.5 100
15 粗糙，少量返銹 1.0 120
20 粗糙，少量殘留液渣 1.5 250
22 粗糙，少量殘留液渣 1.5 270
24 光滑 2.0 405
26 光滑，少量掛灰 1.5 280
28 粗糙，掛灰 1.0 130
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉2.3 促進(jìn)劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
促進(jìn)劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響見表3。
由表3知，促進(jìn)劑的量以2~3g/L為宜，本實(shí)驗(yàn)所用的促進(jìn)劑是無機(jī)氧化劑中的硝酸鹽，它的作用是將氧化溶液中的Fe2+離子變成Fe3+離子，加快磷化速度，而氧化劑的另外一個(gè)作用是氧化磷化過程中產(chǎn)生的有害氣體，使覆蓋在零件表面的氫氣變?yōu)樗铀倭?/SPAN>H+離子的陰極上的放電程度，促進(jìn)磷化過程中第一階段酸蝕反應(yīng)的進(jìn)行，使界面PH值升高，有利于磷化膜的加速形成。促進(jìn)劑對(duì)磷化膜的外觀具有顯著的影響，在促進(jìn)劑的量為3g/L時(shí)，磷化膜的質(zhì)量最佳。
表3 促進(jìn)劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
促進(jìn)劑含量g/L 試片外觀 CuSO4點(diǎn)滴時(shí)間（min） NaCL溶液浸泡時(shí)間（min）
0.0 粗糙，返銹 0.5 60
0.5 粗糙，少量返銹 0.5 90
1.0 粗糙，少量殘留液渣 1.0 140
1.5 粗糙，少量殘留液渣 1.0 150
2.0 光滑 1.5 250
2.5 光滑，少量掛灰 2.0 408
3.0 粗糙，掛灰 2.5 419
3.5 粗糙，掛灰 1.0 163
4.0 粗糙，掛灰 1.0 160
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉
2.4 檸檬酸的作用
檸檬酸在本處理中能促進(jìn)磷酸的除銹作用，其用量有無對(duì)磷化速度和溶液沉渣量的影響見表4檸檬酸具有加速鐵溶解、利于剝落的作用。能提高處理液的除銹能力，縮短處理時(shí)間，增加處理液的穩(wěn)定性，減少沉渣生成，防止過腐蝕等。
表4 檸檬酸的有無對(duì)磷化速度和溶液沉渣量的影響
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
絡(luò)合劑含量g/L 試片外觀 CuSO4點(diǎn)滴時(shí)間（min） NaCL溶液浸泡時(shí)間（min）
10 粗糙，返銹 0.5 100
15 粗糙，少量返銹 1.0 120
20 粗糙，少量殘留液渣 1.5 250
22 粗糙，少量殘留液渣 1.5 270
24 光滑 2.0 405
26 光滑，少量掛灰 1.5 280
28 粗糙，掛灰 1.0 130
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉
3 結(jié)論
（1）確定了四合一常溫磷化處理液的最佳配方。
（2）四合一常溫磷化處理液以磷化為主，可使鋼鐵件于同一槽中一次性完成除油、除銹、磷化、鈍化4道工序。磷化膜層均勻密實(shí)，排列整齊，耐蝕性能好，對(duì)涂膜的附著力強(qiáng)。此工藝適合局部和戶外大型部件的處理，也可作短期存放的除銹處理。
（3）四合一處理液理化性能穩(wěn)定，不含鉻鹽，沒有污染危害，易于活化和再生。
H3PO4（86%） 200~350ml/L
絡(luò)合劑（植酸） 20~30g/L
ZnO 10~
促進(jìn)劑[Zn（NO3）2·6H2O] 1~4g/L
Ni（NO3）2
吐溫-80 10ml/L
檸檬酸 1g/L
其中H3PO4的含量依據(jù)銹蝕程序可適量調(diào)整。
1.5 實(shí)驗(yàn)的主要工藝及流程
稱量藥品→溶解→鐵屑處理(2~3晝夜)→浸泡鐵片（5~25min）→水洗→干燥→硫酸銅點(diǎn)滴和氯化鈉浸泡。
2 結(jié)果與討論
2.1 氧化鋅對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
氧化鋅與磷酸為成膜劑，形成鋅鐵系磷化膜，其量的變化對(duì)磷化膜外觀及耐蝕性能的影響列于表1。表1顯示氧化鋅含量10~14 g/L時(shí)為宜，影響原因是：氧化鋅與磷酸瓜形成磷酸二氫鋅，磷酸二氫鋅是磷化液中的主鹽。磷酸二氫鋅含量過多或過少會(huì)使溶液中的游離酸度過高或過低，致使磷化膜耐蝕性降低，甚至使膜層不能生長。由上述試驗(yàn)結(jié)果表明，氧化鋅對(duì)磷化膜的厚度、結(jié)合力等具有顯著的影響，在氧化鋅的含量為12g/L時(shí)，磷化膜具有最佳力學(xué)性能。
表1 氧化鋅對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
氧化鋅的量g/L 試片外觀 CuSO4點(diǎn)滴時(shí)間（min） NaCL溶液浸泡時(shí)間（min）
0.0 灰色，輕微返銹 1 100
8.0 灰色，粗糙 1 240
10 灰色，較光滑 1.5 308
12 灰色，光滑，膜均勻 2 324
14 灰色，較光滑，少量斑點(diǎn) 1.5 300
16 灰色，斑點(diǎn)多，除銹不好 1 230
18 灰色，斑點(diǎn)多，除銹不好 1 220
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉
2.2 絡(luò)合劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
絡(luò)合劑在本處理中能促進(jìn)磷酸的除銹作用，并且還具有絡(luò)合、活化等作用。它們在浸漬液中能防沉渣,在擦試液中促進(jìn)成膜，細(xì)化磷化膜結(jié)晶的作用，絡(luò)合劑量的變化對(duì)磷化膜外觀及耐蝕性的試驗(yàn)結(jié)果見表2。
表2顯示，絡(luò)合劑用量以22~26g/L為宜。因?yàn)榻j(luò)合劑在實(shí)驗(yàn)中能促進(jìn)磷酸的除銹作用。絡(luò)合劑量太小時(shí)因除銹效果差，磷化也差，如果絡(luò)合劑過量，則使其絡(luò)合、活化作用加強(qiáng)，從而其細(xì)化磷化膜結(jié)晶作用加強(qiáng)，于是出現(xiàn)掛灰現(xiàn)象，而且表面粗糙。絡(luò)合劑對(duì)磷化膜的厚度、外觀和結(jié)合力等具有顯著的作用，在絡(luò)合劑含量為24g/L時(shí)，磷化膜具有良好的外觀和穩(wěn)定性。
表2 絡(luò)合劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
絡(luò)合劑含量g/L 試片外觀 CuSO4點(diǎn)滴時(shí)間（min） NaCL溶液浸泡時(shí)間（min）
10 粗糙，返銹 0.5 100
15 粗糙，少量返銹 1.0 120
20 粗糙，少量殘留液渣 1.5 250
22 粗糙，少量殘留液渣 1.5 270
24 光滑 2.0 405
26 光滑，少量掛灰 1.5 280
28 粗糙，掛灰 1.0 130
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉2.3 促進(jìn)劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
促進(jìn)劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響見表3。
由表3知，促進(jìn)劑的量以2~3g/L為宜，本實(shí)驗(yàn)所用的促進(jìn)劑是無機(jī)氧化劑中的硝酸鹽，它的作用是將氧化溶液中的Fe2+離子變成Fe3+離子，加快磷化速度，而氧化劑的另外一個(gè)作用是氧化磷化過程中產(chǎn)生的有害氣體，使覆蓋在零件表面的氫氣變?yōu)樗铀倭?/SPAN>H+離子的陰極上的放電程度，促進(jìn)磷化過程中第一階段酸蝕反應(yīng)的進(jìn)行，使界面PH值升高，有利于磷化膜的加速形成。促進(jìn)劑對(duì)磷化膜的外觀具有顯著的影響，在促進(jìn)劑的量為3g/L時(shí)，磷化膜的質(zhì)量最佳。
表3 促進(jìn)劑對(duì)磷化膜質(zhì)量的影響
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
促進(jìn)劑含量g/L 試片外觀 CuSO4點(diǎn)滴時(shí)間（min） NaCL溶液浸泡時(shí)間（min）
0.0 粗糙，返銹 0.5 60
0.5 粗糙，少量返銹 0.5 90
1.0 粗糙，少量殘留液渣 1.0 140
1.5 粗糙，少量殘留液渣 1.0 150
2.0 光滑 1.5 250
2.5 光滑，少量掛灰 2.0 408
3.0 粗糙，掛灰 2.5 419
3.5 粗糙，掛灰 1.0 163
4.0 粗糙，掛灰 1.0 160
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉
2.4 檸檬酸的作用
檸檬酸在本處理中能促進(jìn)磷酸的除銹作用，其用量有無對(duì)磷化速度和溶液沉渣量的影響見表4檸檬酸具有加速鐵溶解、利于剝落的作用。能提高處理液的除銹能力，縮短處理時(shí)間，增加處理液的穩(wěn)定性，減少沉渣生成，防止過腐蝕等。
表4 檸檬酸的有無對(duì)磷化速度和溶液沉渣量的影響
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
絡(luò)合劑含量g/L 試片外觀 CuSO4點(diǎn)滴時(shí)間（min） NaCL溶液浸泡時(shí)間（min）
10 粗糙，返銹 0.5 100
15 粗糙，少量返銹 1.0 120
20 粗糙，少量殘留液渣 1.5 250
22 粗糙，少量殘留液渣 1.5 270
24 光滑 2.0 405
26 光滑，少量掛灰 1.5 280
28 粗糙，掛灰 1.0 130
﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉
3 結(jié)論
（1）確定了四合一常溫磷化處理液的最佳配方。
（2）四合一常溫磷化處理液以磷化為主，可使鋼鐵件于同一槽中一次性完成除油、除銹、磷化、鈍化4道工序。磷化膜層均勻密實(shí)，排列整齊，耐蝕性能好，對(duì)涂膜的附著力強(qiáng)。此工藝適合局部和戶外大型部件的處理，也可作短期存放的除銹處理。
（3）四合一處理液理化性能穩(wěn)定，不含鉻鹽，沒有污染危害，易于活化和再生。
