铝及铝合金的 转化.ppt

1、铝及铝合金的 转化膜技术,主讲人：周辉 2011年4月,金属转化膜技术的概述,金属转化膜技术是表面工程技术中的重要分支之一，在金属的表面中已广泛应用，例如钢铁的氧化和磷化，铝及铝合金的阳极氧化等。,金属转化膜是指通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物薄膜的技术。 转化膜的形成可用下式表示： mM+nAZ- MmAn+nze- 式中，M为表层的金属原子； AZ-为介质中价态为z的阴离子；e为电子。,转化膜几乎在所有的金属表面都能生成，目前工业上应用较多的是Fe, Al, Zn, Cu, Mg及其合金的氧化膜。,金属转化膜在铝及铝合金中的应用,1.铝及铝合金的化学氧化 2.铝及铝合金的阳

2、极氧化 3.总结,铝的无铬化学氧化,铝合金阳极氧化,铝合金化学氧化 染黑,1.1铝及铝合金的化学氧化,指在一定的温度下,使清洁的铝表面与氧化溶液通过化学作用,形成一层致密氧化膜的方法。 化学氧化按其溶液的性质又可分为碱性和酸性两类，作为化学氧化的溶液,应具备两个条件,一是含有氧化剂;二是含有活化剂。铝在化学氧化过程中,既有氧化过程,又有溶解。,1.2化学氧化的工艺,铝及铝合金的化学氧化溶液很多，最早使用的是工艺简单，经济实用的MBV法。MBV法是最早定型的工艺，其溶液配方只含碳酸钠和铬酸钠两个组分，其中铬酸钠也可用等量的重铬酸钠代替。溶液使用量约为3 m2L，即每升溶液可处理3 m2的铝件表面

3、。MBV膜在35的水玻璃溶液中作封闭处理（参数：9015 min）可提高耐蚀性与机械性能。在MBV溶液中加入氢氧化钠可作成糨糊，用于膜层修补，或添加33.5 gL氟化钠，得到五色透明而略带金属光泽的膜。也可以添加0.060.1 gL硅酸钠得到薄而低孔隙的无色膜，其耐蚀性与耐磨性均比MBV膜好，这种方法被称为EW法。,1.3膜层性能及应用,铝及铝合金的化学氧化膜层具有质地软，吸附性强的特点，可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和耐腐性均不如阳极氧化好。 铝及铝合金上的化学氧化膜在海水，过氧化氢，碱金属的硫酸盐，钙和锌的氯化物的溶解中，以及在果汁，酸奶，乙醇等腐蚀性介质中都具有良好的耐腐蚀性能，所以常

4、被用于牛奶场和啤酒厂的铝合金器械的防护。膜层经2%的水玻璃溶液中封闭处理后，其防护性能还将进一步的提高。,2.1铝及铝合金的阳极氧化及其应用,阳极：铝件 阴极：铅或纯铝 选择直流电硫酸阳极氧化法 这是因为用该方法形成的膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色透明、吸附能力强极易着色；处理电压较低,耗电少；处理过程不必改变电压周期, 有利于连续生产和实践操作自动化；硫酸对人身的危害较铬酸小, 货源广, 价格低等优点。 氧化膜形成机理： 阳极反应：Al3e-Al3+ 2Al+3O2-Al2O3,阴极反应：2H+2e-H2 特点： 氧化反应得到的膜层具有多孔层和阻挡层。 在阳极氧化过程

5、中，即使是施加恒定的电场，但由于铝金属中的某些杂质及本身结构的缺陷，实际上可以造成各处电流的不均匀分布，在金属的缺陷处电流较容易通过，因此电流首先聚集在这里，成为氧化膜生长的核心，并开始长厚，但达到一定厚度后，膜阻变大，电流很快转移到阻力较小的薄膜处，因电流比较集中，产生了电场的加速溶解作用，所以在这里形成了小孔，并迅速转变成扇形状孔底。,随着氧化时间的延长，氧化膜不断增厚。氧化膜的增厚实际上是氧化膜的多孔层的增厚。而阻挡层的厚度是取决于施加电压的恒定值。氧化膜的增厚是膜的生长和膜的溶解两种作用的结果，即发生在金属/阻挡层的成膜反应和发生在孔底的膜的溶解作用。阻挡层不断的溶解形成溶解层，而新的

6、阻挡层又不断产生。氧化膜由外向内生长。,2.2铝阳极氧化特性曲线,ab.阻挡层形成 bc.阻挡层溶解,膜孔的形成 cd.多孔层增厚。,2.3阳极氧化膜的结构示意图,圆形中心孔 六角柱状孔胞 多孔层 阻挡层,KHR修正模型,2.4阳极氧化膜的性质,硬度高 吸附性强 绝缘性能好 绝热抗热性好 结合强度高 耐腐蚀性能好,2.5阳极氧化应用实例,装饰材料的制备过程：,表面处理,2.6表面处理,铝材及制品的表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷。 处理过程包括： 脱脂 ：除去表面油污赃物 碱蚀 ：进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤 中和:用酸清洗,除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面,2.7阳极氧化处理,以铝及其合金作为阳极，选择合适的电解液、阳极化温度、电流密度和氧化时间进行阳极氧化，从而得到所需的氧化铝膜,2.8着色处理,一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03m，而染料在水中分离成单分子，直径为0.0015-0.0030m，着色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积 染料与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，经封孔处理，染料被固定在孔隙内。,2.9封孔处理,提高铝件质量和染