第6章 化学转化膜

1、表面工程表面工程第六章第六章 化学转化膜化学转化膜6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 钢铁的化学氧化和磷化处理钢铁的化学氧化和磷化处理6.3 6.3 铝及其合金的氧化处理铝及其合金的氧化处理12/19/2021.3 定义定义p腐蚀腐蚀p金属表面、氧化膜、保护作用金属表面、氧化膜、保护作用金属的钝性金属的钝性化学转化膜化学转化膜：使：使金属金属与与特定的腐蚀液特定的腐蚀液相接触，在一定相接触，在一定条件下发生条件下发生化学反应化学反应，在金属表面形成一层附着力良，在金属表面形成一层附着力良好的好的难溶的生成物膜层难溶的生成物膜层。6.1 概述概述12/19/2021.4有基体金属的直接参与

2、反应生成、结合力大 受控的金属腐蚀过程受控的金属腐蚀过程Biextex Biextex 和和 WeberWeber提出反应式提出反应式 其中：其中：M M表面金属，表面金属，A AZ- Z- 介质中价态为介质中价态为z z的阴离子的阴离子nZeAMnAmMnmz2.2.基本原理基本原理12/19/2021.5按获得方法：按获得方法：化学法化学法 电化学法电化学法按膜的主要组成物类型按膜的主要组成物类型: : 氧化物膜氧化物膜 磷酸盐膜磷酸盐膜 铬酸盐膜铬酸盐膜 草酸盐膜草酸盐膜3.3.分类分类12/19/2021.6防锈防锈 降低金属本身的化学活性降低金属本身的化学活性 对环境介质的隔离作用对

3、环境介质的隔离作用耐磨耐磨 提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜）提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜）涂装底层涂装底层 作为金属镀层的底层作为金属镀层的底层防电偶腐蚀防电偶腐蚀 增大两金属表面间的接触电阻增大两金属表面间的接触电阻 降低配偶金属之间的电位差降低配偶金属之间的电位差4.4.基本用途基本用途12/19/2021.7塑性加工塑性加工 减少拉拔力及次数、延长拉拔模具寿命减少拉拔力及次数、延长拉拔模具寿命绝缘绝缘 磷酸盐膜层是电的不良导体磷酸盐膜层是电的不良导体装饰装饰 自身的装饰作用、多孔性吸附作用自身的装饰作用、多孔性吸附作用12/19/2021.86.2 钢铁的化学氧化和磷化

4、处理钢铁的化学氧化和磷化处理 1 1钢铁的氧化处理钢铁的氧化处理高温化学氧化高温化学氧化（碱性化学氧化）（碱性化学氧化）常温化学氧化常温化学氧化（酸性化学氧化）（酸性化学氧化）发蓝或发黑：发蓝或发黑：钢铁在含有钢铁在含有氧化剂氧化剂的溶液中进行处理，的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色蓝黑到黑色膜层膜层的过程的过程12/19/2021.9氢氧化钠氢氧化钠和和亚硝酸纳亚硝酸纳水溶液，水溶液，135145，6090min 肥皂液，肥皂液，35min 水洗、干燥及浸油水洗、干燥及浸油表面极薄的表面极薄的Fe3O4、0.51.5m提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观提

5、高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观（1 1）高温化学氧化（碱性化学氧化）高温化学氧化（碱性化学氧化）12/19/2021.10热水洗热水洗12/19/2021.11特点：特点：氧化速度快、膜层抗蚀性好，节能、高氧化速度快、膜层抗蚀性好，节能、高效、成本低，操作简单，环境污染小效、成本低，操作简单，环境污染小表面膜的主要成分：表面膜的主要成分：CuSe（硒化铜）（硒化铜）发黑溶液：发黑溶液：CuSO4, SeO2（2 2）常温化学氧化（酸性化学氧化）常温化学氧化（酸性化学氧化）12/19/2021.123222SeOHOHSeOCuFeSOFeCuSO44222HFeHFeOHCuSeOCuSeS

6、eOHCu23323233发黑溶液：发黑溶液：CuSO4, SeO2后处理：后处理：皂化处理、浸油皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进或在铬酸盐溶液里进行行填充处理填充处理12/19/2021.132 2钢铁磷化钢铁磷化定义：定义：金属在含有金属在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜。磷酸盐保护膜。性能：性能：520m，暗灰到黑灰色。，暗灰到黑灰色。 微孔结构，结合牢固，良好的吸附、润滑、耐蚀微孔结构，结合牢固，良好的吸附、润滑、耐蚀性，不粘附熔融金属及绝缘性。性，不粘附熔融金属及绝缘性

7、。作用：作用：涂料的底层，冷加工时润滑层，金属表面保护层，涂料的底层，冷加工时润滑层，金属表面保护层，硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理。硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理。特点：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12/19/2021.14l含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸1 1、形成机理、形成机理434242)(POHMHPOPOHM432434)(3POHPOMMHPO432432424)()(3POHPOFePOHFe224243)(2HPOHFePOHFel磷化层：磷化层：Fe3(PO4)2, Mn3(

8、PO4)2, Zn3(PO4)212/19/2021.152 2、磷化处理工艺、磷化处理工艺（1）高温磷化）高温磷化 9098优点：优点：膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快缺点：缺点：工作温度高、能耗大、溶液蒸发量大，结晶粗细不均工作温度高、能耗大、溶液蒸发量大，结晶粗细不均（2）中温磷化）中温磷化 5070优点：优点：耐蚀性较好、溶液稳定、速度快，生产效率高耐蚀性较好、溶液稳定、速度快，生产效率高缺点：缺点：溶液成分较复杂，调整麻烦溶液成分较复杂，调整麻烦（3）常温磷化）常温磷化 1535优点：优点：不需加热，节约能源，成本低、溶

9、液稳定不需加热，节约能源，成本低、溶液稳定缺点：缺点：膜层耐蚀性、结合力差，处理时间长、效率低膜层耐蚀性、结合力差，处理时间长、效率低12/19/2021.163 3、后处理、后处理填充和封闭处理填充和封闭处理 重铬酸钾重铬酸钾+碳酸钠碳酸钠 9098 510min浸油浸油12/19/2021.176.3 铝及其合金的氧化处理铝及其合金的氧化处理（一）化学氧化（一）化学氧化l按溶液性质：碱性氧化法、酸性氧化法按溶液性质：碱性氧化法、酸性氧化法l按膜层性质：按膜层性质：氧化物膜、磷酸盐膜氧化物膜、磷酸盐膜 铬酸盐膜、铬酸铬酸盐膜、铬酸磷酸盐膜磷酸盐膜特点：特点：氧化膜较薄（氧化膜较薄（0.54m

10、），且多孔、质软，），且多孔、质软，具有较好的吸附性具有较好的吸附性用途：用途：有机涂层的底层、耐磨性、耐蚀性稍差有机涂层的底层、耐磨性、耐蚀性稍差12/19/2021.18（二）阳极氧化（电化学氧化处理）（二）阳极氧化（电化学氧化处理）特点：特点：厚度厚度520m，有较高硬度、耐蚀性、耐，有较高硬度、耐蚀性、耐热和绝缘性，热和绝缘性，多孔多孔，有很好的，有很好的吸附能力吸附能力定义：定义：将铝或铝合金制件浸沉于将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液酸性电解液中，中，在外电流作用下作为在外电流作用下作为阳极阳极，在制件表面上形，在制件表面上形成与基体牢固结合的成与基体牢固结合的氧化膜层氧化膜层。12

11、/19/2021.1912/19/2021.201 1、氧化膜的形成与生长、氧化膜的形成与生长l中等溶解能力的中等溶解能力的酸性溶液酸性溶液，铅铅作为阴极，仅起导电作用作为阴极，仅起导电作用阳极反应：阳极反应：3232OAlOAlOHAlHOAl2332326222HeH233262HAlHAlHOeOH222阴极反应：阴极反应：l同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解溶解l氧化膜的生长过程就是其不断生成和不断溶解的过程12/19/2021.21整个阳极氧化电压整个阳极氧化电压时间曲线大致分三段时间曲线大致分三段第一段第一段ab（A段）：段）：无孔层形成无孔层形成

12、，连续、绝缘，连续、绝缘，0.010.1m第二段第二段bc（B段）：段）：多孔层形成多孔层形成，溶解作用开始，最薄处空穴，溶解作用开始，最薄处空穴， 电压下降电压下降1015%第三段第三段cd（C段）：段）：多孔层增厚多孔层增厚12/19/2021.222 2、阳极氧化工艺、阳极氧化工艺 硫酸阳极氧化硫酸阳极氧化 铬酸阳极氧化铬酸阳极氧化 草酸阳极氧化草酸阳极氧化 硼酸阳极氧化硼酸阳极氧化浓度、温度、电流密度浓度、温度、电流密度都有最佳值都有最佳值12/19/2021.233 3、着色处理、着色处理1 1）无机颜料着色）无机颜料着色机理：机理：物理吸附物理吸附，即无机颜料吸附于膜层微孔的表，即

13、无机颜料吸附于膜层微孔的表面进行填充面进行填充2 2）有机染料着色）有机染料着色机理：机理：物理吸附、化学吸附与化学反应物理吸附、化学吸附与化学反应相结合相结合3 3）电解着色）电解着色机理：机理：在含有重金属盐的电解液中进行电解在含有重金属盐的电解液中进行电解12/19/2021.244 4、氧化膜的封闭处理、氧化膜的封闭处理孔隙率高，吸附性强，孔隙率高，吸附性强，易污染易污染（1 1）沸水和蒸气封闭法）沸水和蒸气封闭法OnHOAlOnHOAl232232-Al2O3 一水化合物一水化合物 体积增加体积增加33% 三水化合物三水化合物 体积增加体积增加310%原理：原理：较高温度下无水氧化铝的水化作用较高温度下无水氧化铝的水化作用12/19/2021.25（2 2）水解盐封闭法）水解盐封闭法原理：原理：钴盐、镍盐的极稀溶液被氧化膜吸附后，发生钴盐、镍盐的极稀溶液被氧化膜吸附后，发生水解水解HOHNiOHNi2)(2222HOHCoOHCo2)(2222lNi(OH)2, Co(OH)2沉积在氧化膜的微孔中，将孔封闭沉积在氧化膜的微孔中，