第6章 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

1、表面工程表面工程第六章第六章 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜化學(xué)轉(zhuǎn)化膜6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 鋼鐵的化學(xué)氧化和磷化處理鋼鐵的化學(xué)氧化和磷化處理6.3 6.3 鋁及其合金的氧化處理鋁及其合金的氧化處理12/19/2021.3 定義定義p腐蝕腐蝕p金屬表面、氧化膜、保護(hù)作用金屬表面、氧化膜、保護(hù)作用金屬的鈍性金屬的鈍性化學(xué)轉(zhuǎn)化膜化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：使：使金屬金屬與與特定的腐蝕液特定的腐蝕液相接觸，在一定相接觸，在一定條件下發(fā)生條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成一層附著力良，在金屬表面形成一層附著力良好的好的難溶的生成物膜層難溶的生成物膜層。6.1 概述概述12/19/2021.4有基體金屬的直接參與

2、反應(yīng)生成、結(jié)合力大 受控的金屬腐蝕過程受控的金屬腐蝕過程Biextex Biextex 和和 WeberWeber提出反應(yīng)式提出反應(yīng)式 其中：其中：M M表面金屬，表面金屬，A AZ- Z- 介質(zhì)中價(jià)態(tài)為介質(zhì)中價(jià)態(tài)為z z的陰離子的陰離子nZeAMnAmMnmz2.2.基本原理基本原理12/19/2021.5按獲得方法：按獲得方法：化學(xué)法化學(xué)法 電化學(xué)法電化學(xué)法按膜的主要組成物類型按膜的主要組成物類型: : 氧化物膜氧化物膜 磷酸鹽膜磷酸鹽膜 鉻酸鹽膜鉻酸鹽膜 草酸鹽膜草酸鹽膜3.3.分類分類12/19/2021.6防銹防銹 降低金屬本身的化學(xué)活性降低金屬本身的化學(xué)活性 對(duì)環(huán)境介質(zhì)的隔離作用對(duì)

3、環(huán)境介質(zhì)的隔離作用耐磨耐磨 提高硬度、減少摩擦阻力、吸油（磷酸鹽膜）提高硬度、減少摩擦阻力、吸油（磷酸鹽膜）涂裝底層涂裝底層 作為金屬鍍層的底層作為金屬鍍層的底層防電偶腐蝕防電偶腐蝕 增大兩金屬表面間的接觸電阻增大兩金屬表面間的接觸電阻 降低配偶金屬之間的電位差降低配偶金屬之間的電位差4.4.基本用途基本用途12/19/2021.7塑性加工塑性加工 減少拉拔力及次數(shù)、延長(zhǎng)拉拔模具壽命減少拉拔力及次數(shù)、延長(zhǎng)拉拔模具壽命絕緣絕緣 磷酸鹽膜層是電的不良導(dǎo)體磷酸鹽膜層是電的不良導(dǎo)體裝飾裝飾 自身的裝飾作用、多孔性吸附作用自身的裝飾作用、多孔性吸附作用12/19/2021.86.2 鋼鐵的化學(xué)氧化和磷化

4、處理鋼鐵的化學(xué)氧化和磷化處理 1 1鋼鐵的氧化處理鋼鐵的氧化處理高溫化學(xué)氧化高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化）（堿性化學(xué)氧化）常溫化學(xué)氧化常溫化學(xué)氧化（酸性化學(xué)氧化）（酸性化學(xué)氧化）發(fā)藍(lán)或發(fā)黑：發(fā)藍(lán)或發(fā)黑：鋼鐵在含有鋼鐵在含有氧化劑氧化劑的溶液中進(jìn)行處理，的溶液中進(jìn)行處理，使其表面生成一層均勻的使其表面生成一層均勻的藍(lán)黑到黑色藍(lán)黑到黑色膜層膜層的過程的過程12/19/2021.9氫氧化鈉氫氧化鈉和和亞硝酸納亞硝酸納水溶液，水溶液，135145，6090min 肥皂液，肥皂液，35min 水洗、干燥及浸油水洗、干燥及浸油表面極薄的表面極薄的Fe3O4、0.51.5m提高零件的耐蝕性、潤(rùn)滑性、改善外觀提

5、高零件的耐蝕性、潤(rùn)滑性、改善外觀（1 1）高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化）高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化）12/19/2021.10熱水洗熱水洗12/19/2021.11特點(diǎn)：特點(diǎn)：氧化速度快、膜層抗蝕性好，節(jié)能、高氧化速度快、膜層抗蝕性好，節(jié)能、高效、成本低，操作簡(jiǎn)單，環(huán)境污染小效、成本低，操作簡(jiǎn)單，環(huán)境污染小表面膜的主要成分：表面膜的主要成分：CuSe（硒化銅）（硒化銅）發(fā)黑溶液：發(fā)黑溶液：CuSO4, SeO2（2 2）常溫化學(xué)氧化（酸性化學(xué)氧化）常溫化學(xué)氧化（酸性化學(xué)氧化）12/19/2021.123222SeOHOHSeOCuFeSOFeCuSO44222HFeHFeOHCuSeOCuSeS

6、eOHCu23323233發(fā)黑溶液：發(fā)黑溶液：CuSO4, SeO2后處理：后處理：皂化處理、浸油皂化處理、浸油或在鉻酸鹽溶液里進(jìn)或在鉻酸鹽溶液里進(jìn)行行填充處理填充處理12/19/2021.132 2鋼鐵磷化鋼鐵磷化定義：定義：金屬在含有金屬在含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處中進(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面生成一層難溶于水的理，使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜。磷酸鹽保護(hù)膜。性能：性能：520m，暗灰到黑灰色。，暗灰到黑灰色。 微孔結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固，良好的吸附、潤(rùn)滑、耐蝕微孔結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固，良好的吸附、潤(rùn)滑、耐蝕性，不粘附熔融金屬及絕緣性。性，不粘附熔融金屬及絕緣性

7、。作用：作用：涂料的底層，冷加工時(shí)潤(rùn)滑層，金屬表面保護(hù)層，涂料的底層，冷加工時(shí)潤(rùn)滑層，金屬表面保護(hù)層，硅鋼片的絕緣處理，壓鑄模具的防粘處理。硅鋼片的絕緣處理，壓鑄模具的防粘處理。特點(diǎn)：特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、生產(chǎn)效率高設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、生產(chǎn)效率高12/19/2021.14l含有錳、鐵、鋅的磷酸二氫鹽與磷酸含有錳、鐵、鋅的磷酸二氫鹽與磷酸1 1、形成機(jī)理、形成機(jī)理434242)(POHMHPOPOHM432434)(3POHPOMMHPO432432424)()(3POHPOFePOHFe224243)(2HPOHFePOHFel磷化層：磷化層：Fe3(PO4)2, Mn3(

8、PO4)2, Zn3(PO4)212/19/2021.152 2、磷化處理工藝、磷化處理工藝（1）高溫磷化）高溫磷化 9098優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：膜層厚、耐蝕性、結(jié)合力、耐磨性都較好，磷化速度快膜層厚、耐蝕性、結(jié)合力、耐磨性都較好，磷化速度快缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：工作溫度高、能耗大、溶液蒸發(fā)量大，結(jié)晶粗細(xì)不均工作溫度高、能耗大、溶液蒸發(fā)量大，結(jié)晶粗細(xì)不均（2）中溫磷化）中溫磷化 5070優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：耐蝕性較好、溶液穩(wěn)定、速度快，生產(chǎn)效率高耐蝕性較好、溶液穩(wěn)定、速度快，生產(chǎn)效率高缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：溶液成分較復(fù)雜，調(diào)整麻煩溶液成分較復(fù)雜，調(diào)整麻煩（3）常溫磷化）常溫磷化 1535優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不需加熱，節(jié)約能源，成本低、溶

9、液穩(wěn)定不需加熱，節(jié)約能源，成本低、溶液穩(wěn)定缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：膜層耐蝕性、結(jié)合力差，處理時(shí)間長(zhǎng)、效率低膜層耐蝕性、結(jié)合力差，處理時(shí)間長(zhǎng)、效率低12/19/2021.163 3、后處理、后處理填充和封閉處理填充和封閉處理 重鉻酸鉀重鉻酸鉀+碳酸鈉碳酸鈉 9098 510min浸油浸油12/19/2021.176.3 鋁及其合金的氧化處理鋁及其合金的氧化處理（一）化學(xué)氧化（一）化學(xué)氧化l按溶液性質(zhì)：堿性氧化法、酸性氧化法按溶液性質(zhì)：堿性氧化法、酸性氧化法l按膜層性質(zhì)：按膜層性質(zhì)：氧化物膜、磷酸鹽膜氧化物膜、磷酸鹽膜 鉻酸鹽膜、鉻酸鉻酸鹽膜、鉻酸磷酸鹽膜磷酸鹽膜特點(diǎn)：特點(diǎn)：氧化膜較?。ㄑ趸ぽ^薄（0.54m

10、），且多孔、質(zhì)軟，），且多孔、質(zhì)軟，具有較好的吸附性具有較好的吸附性用途：用途：有機(jī)涂層的底層、耐磨性、耐蝕性稍差有機(jī)涂層的底層、耐磨性、耐蝕性稍差12/19/2021.18（二）陽(yáng)極氧化（電化學(xué)氧化處理）（二）陽(yáng)極氧化（電化學(xué)氧化處理）特點(diǎn)：特點(diǎn)：厚度厚度520m，有較高硬度、耐蝕性、耐，有較高硬度、耐蝕性、耐熱和絕緣性，熱和絕緣性，多孔多孔，有很好的，有很好的吸附能力吸附能力定義：定義：將鋁或鋁合金制件浸沉于將鋁或鋁合金制件浸沉于酸性電解液酸性電解液中，中，在外電流作用下作為在外電流作用下作為陽(yáng)極陽(yáng)極，在制件表面上形，在制件表面上形成與基體牢固結(jié)合的成與基體牢固結(jié)合的氧化膜層氧化膜層。12

11、/19/2021.1912/19/2021.201 1、氧化膜的形成與生長(zhǎng)、氧化膜的形成與生長(zhǎng)l中等溶解能力的中等溶解能力的酸性溶液酸性溶液，鉛鉛作為陰極，僅起導(dǎo)電作用作為陰極，僅起導(dǎo)電作用陽(yáng)極反應(yīng)：陽(yáng)極反應(yīng)：3232OAlOAlOHAlHOAl2332326222HeH233262HAlHAlHOeOH222陰極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：l同時(shí)酸對(duì)鋁和生成的氧化膜進(jìn)行化學(xué)同時(shí)酸對(duì)鋁和生成的氧化膜進(jìn)行化學(xué)溶解溶解l氧化膜的生長(zhǎng)過程就是其不斷生成和不斷溶解的過程12/19/2021.21整個(gè)陽(yáng)極氧化電壓整個(gè)陽(yáng)極氧化電壓時(shí)間曲線大致分三段時(shí)間曲線大致分三段第一段第一段ab（A段）：段）：無(wú)孔層形成無(wú)孔層形成

12、，連續(xù)、絕緣，連續(xù)、絕緣，0.010.1m第二段第二段bc（B段）：段）：多孔層形成多孔層形成，溶解作用開始，最薄處空穴，溶解作用開始，最薄處空穴， 電壓下降電壓下降1015%第三段第三段cd（C段）：段）：多孔層增厚多孔層增厚12/19/2021.222 2、陽(yáng)極氧化工藝、陽(yáng)極氧化工藝 硫酸陽(yáng)極氧化硫酸陽(yáng)極氧化 鉻酸陽(yáng)極氧化鉻酸陽(yáng)極氧化 草酸陽(yáng)極氧化草酸陽(yáng)極氧化 硼酸陽(yáng)極氧化硼酸陽(yáng)極氧化濃度、溫度、電流密度濃度、溫度、電流密度都有最佳值都有最佳值12/19/2021.233 3、著色處理、著色處理1 1）無(wú)機(jī)顏料著色）無(wú)機(jī)顏料著色機(jī)理：機(jī)理：物理吸附物理吸附，即無(wú)機(jī)顏料吸附于膜層微孔的表，即

13、無(wú)機(jī)顏料吸附于膜層微孔的表面進(jìn)行填充面進(jìn)行填充2 2）有機(jī)染料著色）有機(jī)染料著色機(jī)理：機(jī)理：物理吸附、化學(xué)吸附與化學(xué)反應(yīng)物理吸附、化學(xué)吸附與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合相結(jié)合3 3）電解著色）電解著色機(jī)理：機(jī)理：在含有重金屬鹽的電解液中進(jìn)行電解在含有重金屬鹽的電解液中進(jìn)行電解12/19/2021.244 4、氧化膜的封閉處理、氧化膜的封閉處理孔隙率高，吸附性強(qiáng)，孔隙率高，吸附性強(qiáng)，易污染易污染（1 1）沸水和蒸氣封閉法）沸水和蒸氣封閉法OnHOAlOnHOAl232232-Al2O3 一水化合物一水化合物 體積增加體積增加33% 三水化合物三水化合物 體積增加體積增加310%原理：原理：較高溫度下無(wú)水氧化鋁的水化作用較高溫度下無(wú)水氧化鋁的水化作用12/19/2021.25（2 2）水解鹽封閉法）水解鹽封閉法原理：原理：鈷鹽、鎳鹽的極稀溶液被氧化膜吸附后，發(fā)生鈷鹽、鎳鹽的極稀溶液被氧化膜吸附后，發(fā)生水解水解HOHNiOHNi2)(2222HOHCoOHCo2)(2222lNi(OH)2, Co(OH)2沉積在氧化膜的微孔中，將孔封閉沉積在氧化膜的微孔中，