第八章化学转化膜技术

1、第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 第八章第八章 转化膜与着色技术转化膜与着色技术 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 在一定条件下，金属与特定的腐蚀液接在一定条件下，金属与特定的腐蚀液接 触发生化学、电化学反应，由于浓差极触发生化学、电化学反应，由于浓差极 化作用和阴极极化作用等，在金属表面化作用和阴极极化作用等，在金属表面 生成一层性质稳定，附着力良好的、能生成一层性质稳定，附着力良好的、能 保护金属的化合物膜。保护金属的化合物膜。 8.18.1概述概述 概念概念 基体金属处理液基体金属处理液难溶性膜层（转化膜）难溶性膜层（转化膜） 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 金

2、属基体直接参与成膜反应生成，膜与金属基体直接参与成膜反应生成，膜与 基体的结合力比电镀、化学镀和热喷涂基体的结合力比电镀、化学镀和热喷涂 等这些外加膜层大得多。等这些外加膜层大得多。 成膜的典型反应式：成膜的典型反应式： mM+nAz- MmAn+nze 8.1 8.1 概述概述 直接化学反应、不需热处理与化学热处理区别直接化学反应、不需热处理与化学热处理区别 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 分类分类 氧化物膜：金属在含有氧化剂溶液中形成氧化物膜：金属在含有氧化剂溶液中形成 的膜，其成膜过程叫氧化。的膜，其成膜过程叫氧化。 磷酸盐膜：金属在磷酸盐溶液中形成的膜，磷酸盐膜：金属在磷酸盐

3、溶液中形成的膜， 其成膜过程称磷化。其成膜过程称磷化。 铬酸盐膜：金属在含有铬酸或铬酸盐溶液铬酸盐膜：金属在含有铬酸或铬酸盐溶液 中形成的膜，其成膜过程称钝化。中形成的膜，其成膜过程称钝化。 8.1 8.1 概述概述 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 8.2 8.2 基本用途基本用途 一般防锈要求，转化膜作为底层，很薄，一般防锈要求，转化膜作为底层，很薄， 外层涂防锈油等。外层涂防锈油等。 要求较高的防锈，转化膜要均匀致密，要求较高的防锈，转化膜要均匀致密， 以厚者为佳。以厚者为佳。 防锈防锈 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 减磨：磷酸盐膜具有很小的摩擦系数，减磨：磷酸盐膜具

4、有很小的摩擦系数， 具有良好的储油作用，在接触面间产生具有良好的储油作用，在接触面间产生 一缓冲层，从而减小磨损。一缓冲层，从而减小磨损。 耐磨：铝阳极氧化，形成耐磨：铝阳极氧化，形成Al2O3膜，硬度膜，硬度 很高，具有很好的耐磨性能。很高，具有很好的耐磨性能。 8.2 8.2 用途用途 耐磨减磨耐磨减磨 活塞、轴承活塞、轴承 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 不同的化学膜有不同的颜色；改变化学膜厚不同的化学膜有不同的颜色；改变化学膜厚 度，也可以改变颜色。度，也可以改变颜色。 例：例：不锈钢用铬酸不锈钢用铬酸-硫酸溶液处理后可得到不同颜色硫酸溶液处理后可得到不同颜色 8.2 8.2

5、 用途用途 着色着色 获得多孔结构的化学膜，进行着色处理，得获得多孔结构的化学膜，进行着色处理，得 到需要的颜色。到需要的颜色。 例：例：铝合金阳极氧化、着色，有些铝合金氧化膜本铝合金阳极氧化、着色，有些铝合金氧化膜本 身就有颜色身就有颜色 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 金属表面进行磷化处理后进行塑性加工，金属表面进行磷化处理后进行塑性加工， 如：钢管、钢丝等冷拔；可以减小拉拔力，如：钢管、钢丝等冷拔；可以减小拉拔力， 延长模具寿命，减少拉拔次数。延长模具寿命，减少拉拔次数。 作为挤出工艺、深拉延长工艺的前道工序作为挤出工艺、深拉延长工艺的前道工序 8.2 8.2 用途用途 塑性加

6、工塑性加工 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 一般钢材冷挤压时，由于变形而引起 升 温可达300远在磷化膜的热界以下，因此， 磷化膜的抗热粘附着好。 冷挤压工艺中，在一定温度的条件下，磷 化膜与润滑剂（皂液或乳化剂）发生化学 反应，部分脂肪酸皂与磷酸锌Zn3(Po4)2 反应，生成润滑性极强的脂肪酸 Zn(RCOO)2，从而加强了润滑作用。 塑性加工塑性加工 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 磷酸盐膜和阳极氧化膜都是不良导体，磷酸盐膜和阳极氧化膜都是不良导体， 可以用做绝缘体。磷化膜很早就用作硅可以用做绝缘体。磷化膜很早就用作硅 钢板绝缘层。钢板绝缘层。 这种绝缘层的特点是占空

7、系数小，耐热这种绝缘层的特点是占空系数小，耐热 性好。性好。 8.2 8.2 用途用途 电绝缘性电绝缘性 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 转化膜应用对象转化膜应用对象 几乎在所有的金属表面都能生成，应用较几乎在所有的金属表面都能生成，应用较 多的是铁、铝、锌、铜及其合金。多的是铁、铝、锌、铜及其合金。 氧化：钢铁、铝合金、镁合金等。氧化：钢铁、铝合金、镁合金等。 磷化：钢铁。磷化：钢铁。 钝化：不锈钢、铜合金、锌合金等。钝化：不锈钢、铜合金、锌合金等。 8.2 8.2 用途用途 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 8.3 8.3 氧化处理氧化处理 把钢铁在含有氧化剂的溶液中进行

8、处理，把钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理， 在表面形成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的在表面形成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的 过程，也称为钢铁的过程，也称为钢铁的“发蓝发蓝”或或“发黑发黑”。 钢铁的化学氧化可分为：高温化学氧化和钢铁的化学氧化可分为：高温化学氧化和 常温化学氧化。常温化学氧化。 钢铁的氧化钢铁的氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 钢铁高温化学氧化（碱性化学氧化或发蓝）钢铁高温化学氧化（碱性化学氧化或发蓝） 用含有亚硝酸钠的浓碱性处理液，在用含有亚硝酸钠的浓碱性处理液，在 140左右温度下处理左右温度下处理1560min，得到以，得到以 F e 3 O 4 为 主 的 氧

9、化 膜 ， 厚 度 一 般 为为 主 的 氧 化 膜 ， 厚 度 一 般 为 0.51.5m，最厚为，最厚为2.5 m。 钢铁化学氧化钢铁化学氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 铁在热碱溶液和氧化剂铁在热碱溶液和氧化剂亚铁酸钠亚铁酸钠 3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3 亚铁酸钠亚铁酸钠铁酸钠铁酸钠 6Na2FeO2 +NaNO2+5H2O = 3Na2Fe2O4+ 7NaOH +NH3 铁酸钠与亚铁酸钠相互作用生成四氧化三铁铁酸钠与亚铁酸钠相互作用生成四氧化三铁 Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+ 4NaOH 钢铁化学氧化钢铁化

10、学氧化 钢铁高温氧化的反应机理钢铁高温氧化的反应机理 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 Fe3O4在碱性溶液中的溶解度极小，钢铁在碱性溶液中的溶解度极小，钢铁 表面附近生成的表面附近生成的Fe3O4很快就从溶液中析很快就从溶液中析 出，在钢铁表面成核，并不断长大，形出，在钢铁表面成核，并不断长大，形 成连续的、致密的黑色氧化膜。成连续的、致密的黑色氧化膜。 钢铁高温化学氧化机理钢铁高温化学氧化机理 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 在生成在生成Fe3O4的同时，部分铁酸钠可能发的同时，部分铁酸钠可能发 生水解，生成氧化铁水合物。生水解，生成氧化铁水合物。 Na2Fe2O4+ （

11、m+1） H2O = Fe2O3 m H2O +2NaOH 含水氧化铁在高温下失水，形成红色沉含水氧化铁在高温下失水，形成红色沉 淀物吸附的黑色氧化铁膜上，形成淀物吸附的黑色氧化铁膜上，形成“红红 霜霜”，这是一种缺陷。，这是一种缺陷。 钢铁高温化学氧化机理钢铁高温化学氧化机理 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 溶液配制溶液配制 在氧化槽内加入在氧化槽内加入2/3容积的水，加入氢氧容积的水，加入氢氧 化钠，使其溶解；在搅拌下加入亚硝酸化钠，使其溶解；在搅拌下加入亚硝酸 钠或硝酸钠，待全部溶解后，加水至规钠或硝酸钠，待全部溶解后，加水至规 定容积。定容积。 氧化液在沸腾温度下加入工件。氧

12、化液在沸腾温度下加入工件。 钢铁高温化学氧化工艺钢铁高温化学氧化工艺 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 氧化温度、时间与含碳量关系氧化温度、时间与含碳量关系 钢铁含碳量（钢铁含碳量（%）溶液温度（溶液温度（）氧化时间（氧化时间（min） 0.7以上以上1351381520 0.40.71381422024 0.10.41401453560 合金钢合金钢1401455060 高速钢高速钢1351383040 钢铁高温化学氧化工艺钢铁高温化学氧化工艺 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 溶液的维护溶液的维护 溶液的组分在使用过程中会发生变化，溶液的组分在使用过程中会发生变化， 要定期

13、检测并作调整。要定期检测并作调整。 当沸点过高时，表示溶液过浓，易形成当沸点过高时，表示溶液过浓，易形成 红色挂灰，应加水稀释；沸点过低时，红色挂灰，应加水稀释；沸点过低时， 表示浓度不足，此时不能发蓝或氧化膜表示浓度不足，此时不能发蓝或氧化膜 颜色不深，应补加氧化剂或蒸发去水。颜色不深，应补加氧化剂或蒸发去水。 钢铁高温化学氧化工艺钢铁高温化学氧化工艺 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 氧化膜的后处理氧化膜的后处理 钢铁工件通过化学氧化处理钢铁工件通过化学氧化处理,得到的氧化膜虽然得到的氧化膜虽然 能提高耐蚀性，但其防护性仍然较差，所以氧能提高耐蚀性，但其防护性仍然较差，所以氧 化后

14、还需进行后处理，如皂化处理、浸油或在化后还需进行后处理，如皂化处理、浸油或在 铬酸盐溶液里进行填充处理。铬酸盐溶液里进行填充处理。 不合格氧化膜的退除：不合格氧化膜的退除：1015(体积分数体积分数) HCl或或H2SO4退除退除 钢铁化学氧化钢铁化学氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 钢铁常温化学氧化（酸性化学氧化或发黑）钢铁常温化学氧化（酸性化学氧化或发黑） 8080年代以来迅速发展的新技术。年代以来迅速发展的新技术。 具有氧化速度快具有氧化速度快, ,膜层抗蚀性好膜层抗蚀性好, ,节能、高节能、高 效效, ,成本低成本低, ,操作简单操作简单, ,环境污染小等优点。环境污染小

15、等优点。 钢铁表面的发黑处理钢铁表面的发黑处理, ,可得到均匀的黑色或可得到均匀的黑色或 蓝黑色外观，其表面膜的主要成分是蓝黑色外观，其表面膜的主要成分是CuSeCuSe， 功能与功能与FeFe3 3o o4 4相似。相似。 钢铁化学氧化钢铁化学氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 常温发黑溶液在市场有商品供应，其主常温发黑溶液在市场有商品供应，其主 要成分是要成分是CuSOCuSO4 4、二氧化硒，还有各种催、二氧化硒，还有各种催 化剂、缓冲剂、络合剂与辅助材料。化剂、缓冲剂、络合剂与辅助材料。 钢铁常温化学氧化钢铁常温化学氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 SeOSe

16、O2 2溶于水中生成亚硒酸溶于水中生成亚硒酸(H(H2 2SeOSeO3 3):): SeO SeO2 2 + H + H2 2O HO H2 2SeOSeO3 3 溶液中的游离溶液中的游离CuCu与与FeFe发生置换反应发生置换反应: : CuSO CuSO4 4 + Fe FeSO + Fe FeSO4 4+Cu+Cu 金属金属CuCu与与H H2 2SeOSeO3 3发生氧化还原反应发生氧化还原反应, ,生成黑色生成黑色 的硒化铜膜的硒化铜膜, ,同时伴随副反应同时伴随副反应, ,生成生成CuSeOCuSeO3 3及及 FeSeOFeSeO3 3: : 3Cu + 3H3Cu + 3H2

17、 2SeOSeO3 3 CuSe +2CuSeO CuSe +2CuSeO3 3 + 3H + 3H2 2O O 钢铁常温化学氧化钢铁常温化学氧化 钢铁常温化学氧化机理钢铁常温化学氧化机理 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 特点特点 发黑比发蓝时间短：由发黑比发蓝时间短：由1560min缩短到缩短到 38min，生产成本降低一半。，生产成本降低一半。 发黑对粗糙表面、未淬火表面特别有效发黑对粗糙表面、未淬火表面特别有效 发黑的结合力和耐磨性能不如发蓝层；但发黑的结合力和耐磨性能不如发蓝层；但 CuSO4和和NaCl点滴试验和盐雾试验表明点滴试验和盐雾试验表明 其耐腐蚀性能优于发蓝层。其

18、耐腐蚀性能优于发蓝层。 钢铁常温化学氧化钢铁常温化学氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 新鲜铝表面很快会形成氧化膜新鲜铝表面很快会形成氧化膜,厚度一般厚度一般 只有只有45nm，通过化学氧化，可以得到，通过化学氧化，可以得到 0.55m的氧化膜，呈多孔，具有良好的氧化膜，呈多孔，具有良好 的吸附性，可作为有机涂层的底层。的吸附性，可作为有机涂层的底层。 这种氧化膜的耐磨性能和耐腐蚀性能远这种氧化膜的耐磨性能和耐腐蚀性能远 不如阳极氧化膜好。不如阳极氧化膜好。 8.3 8.3 氧化处理氧化处理 铝合金化学氧化铝合金化学氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 铝在水中会发生以下

19、反应：铝在水中会发生以下反应： AlAl3+3e- 2H2O+ 3e- 2OH - +H2 Al3+ + 2OH - AlOOH+H+ 2 H+ + 2e- H2 2AlOOH Al2O3H2O 上述反应生成很薄的膜，要获得厚膜，上述反应生成很薄的膜，要获得厚膜， 必须使膜溶解，生成新膜，结晶生长。必须使膜溶解，生成新膜，结晶生长。 铝合金化学氧化铝合金化学氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 铝在大气中形成铝在大气中形成45nm的氧化膜，不致的氧化膜，不致 密，耐腐蚀性能差。密，耐腐蚀性能差。 将铝工件作为阳极，其他材料（如铝、将铝工件作为阳极，其他材料（如铝、 铅）作为阴极置于电

20、解液中，通直流电，铅）作为阴极置于电解液中，通直流电， 将发生下列反应：将发生下列反应： 8.3 8.3 氧化处理氧化处理 铝合金的阳极氧化铝合金的阳极氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 阳极反应：阳极反应： 2H2O-4eO2+ 2Al+3O Al2O3 阴极反应：阴极反应： 2H+ +2e H2 电解液中的酸会溶解金属铝和氧化膜：电解液中的酸会溶解金属铝和氧化膜： 2Al+6H+ 2Al3+ + 3H2 Al2O3 +6H+ 2Al3+ + 3H2O 铝合金阳极氧化铝合金阳极氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 Al2O3.H2O 多孔层多孔层 致密层致密层 铝基体铝

21、基体 铝合金阳极氧化铝合金阳极氧化 第一阶段：第一阶段：ab段，电压由零到最大值，形段，电压由零到最大值，形 成连续的无孔氧化膜。成连续的无孔氧化膜。 第二阶段：第二阶段：bc段，无孔膜溶解形成多孔膜，段，无孔膜溶解形成多孔膜， 电压下降。电压下降。 第三阶段：第三阶段：cd段，多孔膜增厚，并在根部段，多孔膜增厚，并在根部 形成新的无孔膜，厚度达到稳定。形成新的无孔膜，厚度达到稳定。 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 电解液电解液 铬酸铬酸铬酸阳极氧化铬酸阳极氧化 草酸草酸草酸阳极氧化草酸阳极氧化 铝合金阳极氧化铝合金阳极氧化 硫酸硫酸硫酸阳极氧化硫酸阳极氧化 工艺简单，溶液稳定，操作

22、方便，允许杂质含量 范围较宽，电能消耗少，成本低 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 硫酸阳极氧化硫酸阳极氧化 防护装饰性阳极氧化防护装饰性阳极氧化 稀硫酸（1520），520微米厚，吸 附性较好，无色透明氧化膜。着色处理 硬质阳极氧化硬质阳极氧化 温度低于10，厚而硬的膜层（40微米）， 膜生长速率高，浓度低、温度低、电流密 度大，良好的耐磨性和隔热性 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 铝合金阳极氧化后在表面生产一层多孔铝合金阳极氧化后在表面生产一层多孔 氧化膜，通过封孔和着色，可以形成各氧化膜，通过封孔和着色，可以形成各 种不同的颜色，装饰性并能提高耐腐蚀种不同的颜色，装饰性

23、并能提高耐腐蚀 性能。性能。 铝合金着色铝合金着色 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 浸渍着色（无机、有机染料）浸渍着色（无机、有机染料） 发色位置：氧化膜孔隙的上部发色位置：氧化膜孔隙的上部 发色原因：吸附孔内发色原因：吸附孔内扩散扩散堆堆 积积离子键、氢键结合（氧化铝）离子键、氢键结合（氧化铝） 铝合金着色铝合金着色 吸附着色（化学着色）吸附着色（化学着色） 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 物理吸附作用：无机颜料分子吸附于膜微孔。物理吸附作用：无机颜料分子吸附于膜微孔。 无机颜料着色用颜料有两种：经过阳极氧化无机颜料着色用颜料有两种：经过阳极氧化 的金属在两种颜料中交替浸

24、渍，直至两种颜的金属在两种颜料中交替浸渍，直至两种颜 料反应生成需要的颜色为止。料反应生成需要的颜色为止。 色调不鲜艳，与基体结合力差，但耐晒性好。色调不鲜艳，与基体结合力差，但耐晒性好。 铝合金着色铝合金着色 无机颜料着色无机颜料着色 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 无机颜料着色工艺无机颜料着色工艺 铝合金着色铝合金着色 颜色颜色溶液溶液 组成组成 质量浓度质量浓度 /gL-1 温度温度 / 时间时间 /min 生成的生成的 有色盐有色盐 红色红色醋酸钴醋酸钴 铁氰化钾铁氰化钾 50100 1050 室温室温510铁氰化钾铁氰化钾 蓝色蓝色亚铁氰化钾亚铁氰化钾 氯化铁氯化铁 105

25、0 10100 室温室温510普鲁士蓝普鲁士蓝 黄色黄色铬酸钾铬酸钾 醋酸铅醋酸铅 50100 100200 室温室温510铬酸铅铬酸铅 黑色黑色醋酸钴醋酸钴 高锰酸钾高锰酸钾 50100 1225 室温室温510氧化钴氧化钴 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 物理吸附和化学反应共同作用物理吸附和化学反应共同作用 氧化铝与染料分子上的磺基形成共介键。氧化铝与染料分子上的磺基形成共介键。 氧化铝与染料分子上的酚基形成氢键。氧化铝与染料分子上的酚基形成氢键。 氧化铝与染料分子形成络合物。氧化铝与染料分子形成络合物。 色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。 铝合

26、金着色铝合金着色 有机颜料着色有机颜料着色 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 有机染料着色工艺有机染料着色工艺 颜色颜色溶液组成溶液组成质量浓度质量浓度/gL-1温度温度/时间时间/minPH值值 红色红色 茜素红（茜素红（R） 酸性大红（酸性大红（GR） 活性艳红活性艳红 铝红（铝红（GLW） 510 68 25 35 6070 室温室温 7080 室温室温 1020 215 510 4.55.5 56 蓝色蓝色 直接耐晒蓝直接耐晒蓝 活性艳蓝活性艳蓝 酸性蓝酸性蓝 35 5 25 1530 室温室温 6070 1520 15 215 4.55.5 4.55.5 4.55.5 金黄色

27、金黄色 茜素黄（茜素黄（S） 茜素红（茜素红（R） 活性艳橙活性艳橙 铝黄（铝黄（LGW） 0.3 0.5 0.5 2.5 7080 7080 室温室温 13 515 25 56 55.5 黑色黑色 酸性黑（酸性黑（ATT） 酸性元青酸性元青 苯胺黑苯胺黑 10 1012 510 室温室温 6070 6070 310 1015 1530 4.55.5 55.5 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 绿盘：花菁（绿盘：花菁（Cyanine）：记录灵敏度很高，但）：记录灵敏度很高，但 对强光过于敏感，在夏日中午阳光的暴晒下，绿对强光过于敏感，在夏日中午阳光的暴晒下，绿 盘中的花菁染料会发生物理

28、化学变化而使光盘报盘中的花菁染料会发生物理化学变化而使光盘报 废。废。 金盘：酞花青（金盘：酞花青（Phthalocyanine）：酞菁染料具）：酞菁染料具 有较高的稳定性，对室内和室外强光均不敏感，有较高的稳定性，对室内和室外强光均不敏感， 对刻录机的写入激光功率要求较高。对刻录机的写入激光功率要求较高。 蓝盘金属化偶氮（蓝盘金属化偶氮（AZO）化合物：为了降低绿盘）化合物：为了降低绿盘 和金盘的成本，三菱化学公司开发金属化的和金盘的成本，三菱化学公司开发金属化的AZO 有机染料，价格便宜，具有长期保存数据的优点有机染料，价格便宜，具有长期保存数据的优点。 铝合金着色铝合金着色 例：光盘的制

29、作例：光盘的制作 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 铝合金着色铝合金着色 自然发色法自然发色法 阳极氧化着色阳极氧化着色 一步法一步法 发色原因：膜层选择性吸收光线（七色光互补原理）发色原因：膜层选择性吸收光线（七色光互补原理） 发色位置：孔层夹壁中发色位置：孔层夹壁中 影响因素：材料成分、溶液种类、氧化膜厚度以影响因素：材料成分、溶液种类、氧化膜厚度以 及操作条件，热处理条件及操作条件，热处理条件 Si-Al系合金氧化膜系合金氧化膜 Si固溶：无色；固溶：无色；200，析出细长，析出细长Si，呈黄色；，呈黄色； 400 ，析出大颗粒，析出大颗粒Si，黑色，黑色 第八章化学转化膜技术第

30、八章化学转化膜技术 铝合金着色铝合金着色 具有良好的耐磨性、具有良好的耐磨性、 耐晒性、耐热性、色泽稳定性；耐晒性、耐热性、色泽稳定性； 广泛用于建筑装饰用铝型材。广泛用于建筑装饰用铝型材。 电解着色（电解着色二步法）电解着色（电解着色二步法） 阳极氧化后贵金属盐溶液阳极氧化后贵金属盐溶液着色着色 显色原因：沉积金属颗粒直径不均匀，硫酸镍可以显色原因：沉积金属颗粒直径不均匀，硫酸镍可以 得到粉红色、绿色、紫色和蓝色。得到粉红色、绿色、紫色和蓝色。 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 电解着色工艺电解着色工艺 颜色颜色电解液组成电解液组成质量浓度质量浓度/gL-1温度温度/电压电压/V时间

31、时间/min 金黄色金黄色硝酸根硝酸根 硫酸硫酸 0.410 530 室温室温8120.51.5 青铜色青铜色 褐色褐色 黑色黑色 硫酸镍硫酸镍 硼酸硼酸 硫酸铵硫酸铵 硫酸镁硫酸镁 25 25 15 20 20715215 紫色紫色 红褐色红褐色 硫酸铜硫酸铜 硫酸镁硫酸镁 硫酸硫酸 35 20 5 2010520 黑色黑色 硫酸钴硫酸钴 硫酸铵硫酸铵 硼酸硼酸 25 15 25 201713 铝合金着色铝合金着色 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 氧化膜的封闭处理氧化膜的封闭处理 无论是否着色，氧化膜都应封孔处理，提无论是否着色，氧化膜都应封孔处理，提 高耐磨性、耐晒性、耐蚀性和绝

32、缘性。高耐磨性、耐晒性、耐蚀性和绝缘性。 封孔的办法有：封孔的办法有： （1）热水封闭法）热水封闭法 （2）水蒸气封闭法）水蒸气封闭法 （3）重铬酸盐封闭法）重铬酸盐封闭法 （4）水解封闭法）水解封闭法 （5）填充封闭法）填充封闭法 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 氧化膜的封闭处理氧化膜的封闭处理 热水封闭法热水封闭法 利用无定形利用无定形Al2O3的水化作用的水化作用 Al2O3 +nH20= Al2O3 nH20 式中式中n为为1或或3， Al2O3 H20的体积是的体积是Al2O3 的的1.33倍，倍，Al2O3 3H20是是Al2O3的的3倍。倍。 体积增大，使氧化膜孔封闭。

33、体积增大，使氧化膜孔封闭。 水蒸气的原理与热水封闭法相同，但效果水蒸气的原理与热水封闭法相同，但效果 要好得多。要好得多。 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 重铬酸盐封闭法：填充、水化双重封闭重铬酸盐封闭法：填充、水化双重封闭 温度为温度为9095，氧化膜重铬酸盐，氧化膜重铬酸盐碱式铬酸铝碱式铬酸铝 重铬酸铝，沉淀于膜孔中，同时氧化膜层表面产重铬酸铝，沉淀于膜孔中，同时氧化膜层表面产 生水化，加强了封闭作用。生水化，加强了封闭作用。 氧化膜的封闭处理氧化膜的封闭处理 水解盐封闭法水解盐封闭法 Ni2+2H2O - Ni(OH)2 2H+ Co2+2H2O - Co(OH)2 2H+ 氢

34、氧化镍或氢氧化钴沉积在氧化膜的微孔中封孔。氢氧化镍或氢氧化钴沉积在氧化膜的微孔中封孔。 填充封闭法填充封闭法 采用有机物质，如透明清漆、熔融石蜡、各种树脂采用有机物质，如透明清漆、熔融石蜡、各种树脂 和干性油等进行封闭。和干性油等进行封闭。 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 铝合金微弧氧化铝合金微弧氧化 在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电，增强并激在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电，增强并激 活阳极反应，在以铝、钛、镁金属工件表面形成强化活阳极反应，在以铝、钛、镁金属工件表面形成强化 陶瓷膜的方法。陶瓷膜的方法。 它是铝、镁合金在电解液中通过高压电场作用下的放它是铝、镁合金在电解液

35、中通过高压电场作用下的放 电火花烧结，在其表面生成一层由电火花烧结，在其表面生成一层由-Al2O3和和-Al2O3 为主要成分并与基体形成冶金结合的氧化铝（或氧化为主要成分并与基体形成冶金结合的氧化铝（或氧化 镁）陶瓷层，氧化铝（或氧化镁）陶瓷层的高硬度、镁）陶瓷层，氧化铝（或氧化镁）陶瓷层的高硬度、 高阻抗和稳定性满足铝、镁合金防海水腐蚀和高温热高阻抗和稳定性满足铝、镁合金防海水腐蚀和高温热 蚀以及改善其耐磨性等。蚀以及改善其耐磨性等。 该技术具有操作简单和易于实现膜层功能调节的特点，该技术具有操作简单和易于实现膜层功能调节的特点， 而且工艺不复杂，不造成环境污染，是一项全新的绿而且工艺不复

36、杂，不造成环境污染，是一项全新的绿 色环保型材料表面处理技术，在航空航天、机械、电色环保型材料表面处理技术，在航空航天、机械、电 子、装饰等领域具有广阔的应用前景。子、装饰等领域具有广阔的应用前景。 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 微弧氧化膜性能指标：微弧氧化膜性能指标： 致密、均匀，厚度可达致密、均匀，厚度可达1010400400微米。微米。 显微硬度在显微硬度在100010002000Hv2000Hv，最高可达，最高可达 3000Hv3000Hv。 相对耐磨性可提高相对耐磨性可提高3 35050倍，耐腐蚀性可倍，耐腐蚀性可 提高提高15154040倍左右，耐热大于倍左右，耐热大于

37、20002000。 良好的绝缘性能，绝缘电阻可达良好的绝缘性能，绝缘电阻可达100M100M。 原位生长，结合强度高。原位生长，结合强度高。 铝合金微弧氧化铝合金微弧氧化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 8.4 8.4 钢铁的磷化处理钢铁的磷化处理 金属磷酸盐（金属磷酸盐（Mn、Zn、Ca） 磷酸盐（难溶于水）磷酸盐（难溶于水） 把金属放入含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中，把金属放入含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中， 使金属表面形成一层难溶于水的磷酸盐保护膜使金属表面形成一层难溶于水的磷酸盐保护膜 的方法。的方法。 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 多孔结构，与基体结合牢固，具有良好

38、的吸多孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸 附性、润滑性。附性、润滑性。 磷化膜厚度一般为磷化膜厚度一般为520m，黑色或灰黑色，黑色或灰黑色 主要用于一般要求的金属防护和涂料底层。主要用于一般要求的金属防护和涂料底层。 8.4 钢铁的磷化处理钢铁的磷化处理 磷化膜特点磷化膜特点 设备简单，操作方便，成本低，生产效率高设备简单，操作方便，成本低，生产效率高 工艺特点工艺特点 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 钢铁磷化原理钢铁磷化原理 Fe + 2H3P04 Fe(H2P04)2 + H2 仅有金属的溶解，而无膜生成。仅有金属的溶解，而无膜生成。 磷酸盐发生水解磷酸盐发生水解 M（H2P

39、O4）2 MHPO4 + H3PO4 3MHPO4 M3（PO4 ）2 + H3PO4 M3（PO4 ）2在金属表面沉积，形成磷酸盐膜。在金属表面沉积，形成磷酸盐膜。 可溶性磷酸盐向不溶性磷酸盐转化可溶性磷酸盐向不溶性磷酸盐转化 Fe +Me(H2PO4)2 MeHPO4FeHPO4+H2 Fe +Me(H2PO4)2 Me2 Fe (PO4)2+H2 8.4 钢铁的磷化处理钢铁的磷化处理 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 磷化处理工艺磷化处理工艺 预处理：水洗脱脂碱洗酸洗预处理：水洗脱脂碱洗酸洗 表调表调 （机械、化学法）（机械、化学法） 8.4 钢铁的磷化处理钢铁的磷化处理 表面调

40、整：采用磷化表面调整剂改变表表面调整：采用磷化表面调整剂改变表 面微观状态，促使磷化过程中形成结晶面微观状态，促使磷化过程中形成结晶 细小的、均匀、致密的磷化膜。细小的、均匀、致密的磷化膜。 表调液：钛盐、草酸、镍盐、铜盐表调液：钛盐、草酸、镍盐、铜盐 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 磷酸钛胶体溶液处理，由于胶粒表面能很磷酸钛胶体溶液处理，由于胶粒表面能很 高，对物体表面有极强的吸附作用，吸附高，对物体表面有极强的吸附作用，吸附 层分布均匀，促进结晶均匀快速形成，限层分布均匀，促进结晶均匀快速形成，限 制了大晶体的生长，促使了磷化膜的细化制了大晶体的生长，促使了磷化膜的细化 和致密，

41、提高了成膜性，缩短了磷化时间，和致密，提高了成膜性，缩短了磷化时间， 降低膜厚，同时也能消除钢铁表面状态的降低膜厚，同时也能消除钢铁表面状态的 差异对磷化质量的影响。差异对磷化质量的影响。 磷化处理工艺磷化处理工艺 表调液工作原理表调液工作原理 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 磷化磷化 磷化处理工艺磷化处理工艺 8.4 钢铁的磷化处理钢铁的磷化处理 高温磷化：高温磷化：9098（Mn, Zn系）系） 中温磷化：中温磷化：5070，最为普遍的一种，最为普遍的一种 磷化工艺，锌系、锰系、锌锰系磷化磷化工艺，锌系、锰系、锌锰系磷化 常温磷化：常温磷化：1535 轻铁系磷化、锌系磷化轻铁系磷

42、化、锌系磷化 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 优点：膜层较厚（优点：膜层较厚（1020m），膜层结），膜层结 合力、硬度和耐热性都比较好，磷化速合力、硬度和耐热性都比较好，磷化速 度快；度快； 缺点：工作温度高，能耗大，溶液蒸发缺点：工作温度高，能耗大，溶液蒸发 量大，成分变化化快，常需调整，且结量大，成分变化化快，常需调整，且结 晶粗细不均匀。晶粗细不均匀。 磷化处理工艺磷化处理工艺 高温磷化高温磷化 * 第八章化学转化膜技术第八章化学转化膜技术 漆前打底，锌系、锰系、锌锰系磷化漆前打底，锌系、锰系、锌锰系磷化 低锌磷化（锌含量在低锌磷化（锌含量在1.5g/l以下）：与电泳匹配好，以下）：与电泳匹配好， 易于涂装易于涂装 纯锰系磷化：应用不多，它主要用于防锈与润滑纯锰系磷化：应用不多，它主要用于防锈与润滑 锰系细晶磷化工艺：锰系细晶磷化工艺： 东风汽车公司开发了锰系细晶磷化工艺。其关键技东风汽车公司开发了锰系细晶磷化工艺。其关键技 术是研制一种锰盐细化剂（术是研制一种锰盐细化剂（MF细化剂），该工艺细化剂），该工艺 广泛用于活塞环、挺杆、齿轮等工件的磨配处理和广泛用于活塞环、挺杆、齿轮等工件的磨配处理和 防蚀处理。防蚀处理。 磷