化成处理工艺

1、2第一章.化 成 處 理 概 述 一.定义 通过化学或电化学处理,在金属(合金)表面形成稳定化合物膜层的方法,称为化成处理. 二.原理 金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发生化学反应,由于浓度极化作用和阳极极化作用等,使金属表面生成一层附着力良好的能保护金属不易受水和其它介质影响的化合物膜,其典型反应为: mMe+nAz- MemAn+Ze3 三.分类 (1).氧化物膜: 金属在含氧化剂的溶液中形成的膜层. (2).磷酸盐膜: 金属在含磷酸盐或磷酸的溶液中形成的 膜层. (3).铬酸盐膜: 金属在含铬酸盐或铬酸的溶液中形成的 膜层.也称为钝化. (4).有机(金属)化合物膜: 金属在含有机(

2、金属)化合物的 溶液中形成的膜层4 四.化成皮膜特性: (1).在腐蚀性气氛中保护基材能力很强. (2). 对基材的附着力强. (3). 对涂层的附着性好 (4). 皮膜接触电阻小,抗电磁波屏蔽性(EMI)好. (5).对涂装烘烤温度有耐热性. 5 五.化成处理的目的 (1).金属防腐 (2).改善涂料密着性 (3).金属滑动部分的耐摩耗化 (4).金属冷间塑性变形加工的润滑的皮膜 (5).电绝缘材用皮膜 (6). 塑胶叠片的底地处理 (7).法兰的底地处理 (8).电气及熔融镀金的前处理皮膜 (9). 金属熔射的前处理皮膜6 六.化成处理的方向: 1.对新式涂料或涂装方式,开发适合的处理剂

3、2.免保养的处理剂开发 3.改善开发可防止公害的皮膜剂 4.开发工程简易化的皮膜剂 5.开发大型构造物用化成处理剂 6.确立自动管理方式 7.开发富可桡性皮膜剂 7 七.化成处理一般流程: 除油 水洗 活化 水洗 表调 水洗 化成 水洗 八.化成处理要求的特性: 1.质量稳定 2.耐蚀性好 3.导电性佳 4.尺寸精密性好 5.上漆性好 6.无污染,环保,符合ISO140008第二章 预处理 一.脱脂 1.目的: 部分去除工件表面离型剂,切削油及其它油脂 2.分类: 有机溶剂脱脂,乳化剂脱脂,碱性脱脂, 超声波碱性脱脂,电化学脱脂 3.碱性脱脂剂组成: NaOH, Na2CO3, Na2SiO3

4、, Na3PO4, Na4P2O7及表面活性剂等 9 4.现代脱脂理论: 皂化,乳化,润湿,渗透,分散,增溶, 络合,卷离. Na2CO3: 皂化,缓冲PH值. Na3PO4: 皂化,乳化,缓冲PH值. Na2SiO3: 皂化,乳化,表面活性. Na4P2O7: 缓冲PH值.表面活性,络合. 表面活性剂: 降低界面张力,促进皂化,乳化,分散10 二.活化: 1.目的:去除工件表面剩余离型剂,切削油及表面 氧化物. 2.使用溶剂: 无机酸,有机酸及相应无机盐类; 相关络合物 三.表调: 1.目的: 去除工件表面活化后Smut, 为之后成膜提 供洁净表面,更多的“活性中心”,使膜晶粒 更细化均匀.

5、 2.使用溶剂: 硷液,碱性盐类与表面活性剂. .11第三章 氧化处理 一.机理 由于氧化物自金属/溶液界面液相区的过饱和 溶液中析出的结果. 形成过程: (1).表面金属的溶解; (2).溶解产物同化学氧化用的介质发生 反应,导致某种中间产物的形 成. (3).氧化物自饱和溶液中结晶析出. 从电化学观点讲:在金属与介质组成的体系中,金属的自溶解可以视作局部电池的作用. 在金属表面上存在着: 活性较高部位(纯金属微区)-阳极 活性较低部位(晶界,介质,腐蚀产物)-阴极12 Keller和Faller曾假定:表面金属的自溶解是整个化学氧化过程的控制步骤,且自溶解的速度又取决于其表面阳极区的面积,

6、氧化膜的增长速度: d/dt=-dSa/dt=k*Sa -膜厚; t-时间; Sa-金属表面上阳极区面积; k-常数; d/dt-膜的增长速度. JIAUHEP认为:氧化物自其过饱和 溶液中结晶析出的过程,对所有膜层的厚度和结构起着决定性的作用,由细晶粒构成的膜是致密的,它同基底金属结合牢固,最终膜层厚度较薄,粗晶粒构成较厚的膜,结构疏松,与基底金属结合不牢固.13 二.钢铁的化学氧化(发黑,发蓝) 1.定义:钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理,使其表面生成一层均匀的蓝色到黑色膜层的过程,分高温化学氧化,常温化学氧化. 2.钢铁的高温化学氧化: (1).机理:采用含有亚硝酸钠的浓酸性处理液,在1

7、40左右的温度下处理15-90min,得到磁性氧化铁为主的氧化膜,膜厚为0.5-2.5m,分三个阶段: a.形成亚铁酸钠:3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O b.形成铁酸钠:6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+7NaOH +NH3 c.形成磁性氧化铁: Na2Fe2O4+Na2FeO2 +2H2O=Fe3O4+7NaOH 14 (2).工艺: a.单槽法,双槽法 b.药剂配方:NaOH,NaNO3,K2Cr2O7, NaNO2等 3.钢铁的常温化学氧化: (1).机理:a.Fe置换 Cu2+, b.形成硒化铜膜 (2).工艺:药剂配方:Cu

8、SO4,H2SeO3,H3PO4,有机酸, 十二烷基硫酸钠,Nacl,对苯二酚等15 三.有色金属的化学氧化 1.铝及铝合金的化学氧化 (1).机理: 阳极: Al Al3+3e 阴极:3H2O+3e 3OH-+3/2H2 Al3+3OH- AlOOH+H2O AlOOH rAl2O3+H2O (2).分类:酸性氧化法,碱性氧化法. (3).药剂配方:Na2CO3,Na2CrO4,NaOH,Na2SiO3,NaF, CrO3,H3PO4等 (4).用途:膜厚0.5-4m,膜多孔,吸附性好,可作涂层基底16 2.镁及镁合金的化学氧化 (1).用途:膜厚0.5-4m,膜多孔,吸附性好,可作涂层基底

9、. (2).药剂配方: K2CrO4,CrO3,(NH4)2SO4,HAC,MnSO4, KCr(SO4)2,(NH4)2Cr2O7等 3.铜及铜合金的化学氧化 (1).用途:膜成分为CuO,Cu2O有很好装饰功能. (2).药剂配方: CuCO3,(NH4)2S,CuSO4,NH3H2O, KMnO4,KOH等17第四章 铬酸盐处理 一.定义 把金属或金属镀层放入含有某些添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中,通过化学或电化学的方法,使金属表面生成由三价铬和六价铬组成的铬酸盐膜的方法. 二.基本原理: 形成过程: a.表面金属被氧化并以离子形式转入溶液,氢在表面析出. b.所析出的氢使一定数量的Cr6+

10、被还原成Cr3+,并由于 金属/溶液界面相区PH值提高, Cr3+以Cr(OH)3胶体形式沉淀 c. Cr(OH)3胶体自溶液中吸附和结合一定数量的Cr6+,构成具 有某种组成的转化膜.18 三.膜的基本性質 1.物理性質: 基體金屬為Al時,膜的顏色為:透明,彩黃,棕色. 基體金屬為Mg時,膜的顏色為:白色,彩色,金黃,棕色,黑色 顏色的深淺在一定的程度上對應於膜的厚薄.在單位面積上鉻的酸膜重量為0.3mg/dm2(透的膜)-30mg/dm2(黃褐色膜)正常的黃色在10-18mg/dm2.正常條件形成的鉻的酸膜在冷水,熱水會溶解,高溫下烘干過度會產生大量裂紋.2.防蝕性:與基體金屬種類表面狀

11、態有關,與膜的厚度,結構有關.而膜的厚度結構又與鈍化方法(表面準備,清洗,溶液成份,溫度,PH,時間)有關.19正常认为其对金属的防护作用有以上两原因:1.膜的紧密性:保证金属表面同腐蚀介质可靠地隔离-“隔离屏蔽”.2.部份溶的六价铬化合物可以在膜的不连续部位露金属起缓蚀作用.防护性是由少量可溶性六坐铬化合物,还是不溶性化合物起作用至无统一解见.3.加热对膜防蚀性有不列影响.由于膜的可溶部份六价铬化合物转化为难溶铬的酸化合物,以及由于膜的失去使膜产生裂纹.20影响膜性质的因素a.预处理的影响: 表面的氧化物,油污,固体颗粒应清除干净.在粗糙度低的 表面上所取得的铬的酸膜.一的具有较鲜艷的色泽,孔隙 率较少,腐蚀性较好.加入HNO3可以增加光泽,PO43-起缓 蚀作用.b.溶液组成的影响,Cr6+/SO42-,酸度, ,Cr3+.c.操作条件:温度,时间,搅拌21四.铝合金的酸处理1.碱性铬的酸氧化,BV法 ,MBV法, EW法,ALOCROM法,PYLUMIN法,PACZ法,FIROTPA法.2.一路的酸处理2AL+2H3PO4=2ALPO4+6H2CrO3+6H=2Cr(OH)32Cr(OH)3+2H3PO4=2CrPO4+6H2OAL+2CrO3+2H3PO4=ALPO4+CrPO4+3H2O2AL3+4H2O=2ALO(OH)+6H+绿色;H3P