轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)

轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日教學(xué)目的和要求

學(xué)習(xí)磷化、化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化等轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的基本原理，重要轉(zhuǎn)化膜的基本特性及用途。重點(diǎn)：鋁合金陽(yáng)極氧化。第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日前言表面轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)是材料表面工程技術(shù)中的重要分支之一，具有長(zhǎng)久的歷史，應(yīng)用非常廣泛。表面轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)的主要用途：防護(hù)提高基體與涂層間的結(jié)合力表面裝飾性表面特殊性能第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日8.1轉(zhuǎn)化膜的基本特性及用途1、轉(zhuǎn)化膜的形成方法定義：通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)方法，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層而不改變其金屬外觀(形狀及幾何尺寸)的一類(lèi)技術(shù)。形成方法：將金屬工件浸漬于處理溶液中，通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，使被處理金屬表面發(fā)生溶解并與處理溶液發(fā)生反應(yīng)，在金屬表面上形成一層難溶的化合物膜層。重要技術(shù)特征：基體金屬發(fā)生溶解、參與反應(yīng)形成難溶的化合物膜層

不改變金屬外觀（外形）第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2、轉(zhuǎn)化膜的性質(zhì)和用途

(1)用于防護(hù)和裝飾轉(zhuǎn)(2)提高涂膜與基體的結(jié)合力(3)耐磨減摩(4)適用于冷成形加工(5)電絕緣性第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3、轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的分類(lèi)按形成機(jī)理：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜-磷化膜、鉻酸鹽鈍化膜、草酸鹽膜、化學(xué)氧化膜電化學(xué)轉(zhuǎn)化-陽(yáng)極氧化膜按成分：氧化膜、磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜、草酸鹽膜按用途：功能性膜：耐磨、減摩、潤(rùn)滑、電絕緣、冷成形加工、涂層基底等防護(hù)性、裝飾性膜第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日8.2磷化磷化膜是由金屬表面與稀磷酸及磷酸鹽溶液接觸而形成的。磷化膜可在很多金屬表面上形成，而以鋼鐵磷化處理應(yīng)用最廣。鋼鐵磷化膜分類(lèi)：按厚度：厚膜、薄膜按磷化膜的形成方式：假轉(zhuǎn)化型磷化、轉(zhuǎn)化型磷化按處理溶液成分：錳系、鋅系、鋅一錳系、鋅一鈣系磷化按處理溫度：高溫、中溫、低溫和常溫(室溫)磷化等。第七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日一、鋼鐵磷化膜形成基本原理1、磷化膜的形成一般是在磷酸鹽溶液中進(jìn)行。第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日反應(yīng)過(guò)程(假轉(zhuǎn)化型磷化)：第一階段：第二階段：主要過(guò)程：第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日假轉(zhuǎn)化型磷化：磷化膜的金屬離子主要由溶液提供。轉(zhuǎn)化型磷化：(鐵系磷化)磷化膜的金屬離子主要由基體轉(zhuǎn)化提供。第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2、成膜過(guò)程及加速作用影響成膜的因素：

溫度表面粗糙度溶液成分?jǐn)嚢杓铀僮饔茫杭尤胙趸瘎┘尤腚娢槐辱F高的金屬離子

超聲波第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日二、鋼鐵磷化工藝1、預(yù)處理表面調(diào)整(表調(diào))：機(jī)械方法化學(xué)方法(鈦鹽活化)第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2、磷化(1)厚膜磷化（通常）較長(zhǎng)時(shí)間高溫磷化用途：防護(hù)冷作、耐磨、潤(rùn)滑、電絕緣第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日(2)薄膜磷化處理時(shí)間較短用途：涂裝底層(3)轉(zhuǎn)化型磷化第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3、磷化膜的結(jié)構(gòu)無(wú)定型、結(jié)晶型多層結(jié)構(gòu)，但無(wú)明顯界面（結(jié)合力良好）多孔結(jié)構(gòu)

第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日4、磷化膜的性質(zhì)磷化膜一般需配合其他表面處理技術(shù)。第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日8.4化學(xué)氧化特點(diǎn)：成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，處理方便，使用范圍廣泛。適用范圍：鋁、銅、鋼鐵、鋅、錫、鎘等金屬及其合金。目的：獲得不同性能、不同顏色的氧化膜。第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日一、鋼鐵的化學(xué)氧化俗稱(chēng)發(fā)藍(lán)處理，發(fā)黑處理膜的主要成分為Fe304氧化膜防護(hù)性能較差，需通過(guò)用肥皂或重鉻酸鉀溶液處理，或者進(jìn)行涂油處理。常用于機(jī)械零件、精密儀器與儀表、武器和日用品的防護(hù)與裝飾。氧化在堿性溶液中進(jìn)行，氧化后沒(méi)有氫脆影響。第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日堿性氧化法：常用強(qiáng)堿溶液。第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日為了得到較厚和耐蝕性較好的膜層，常使用兩種溶液對(duì)制件進(jìn)行兩次氧化。第一槽主要是形成晶核，第二槽主要是加厚膜層。氧化后采用肥皂、重鉻酸鉀等進(jìn)行鈍化處理，以提高膜層性能。第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日二、鋁及鋁合金的化學(xué)氧化新鮮的鋁表面會(huì)很快生成一層非晶態(tài)的氧化膜，但這層膜厚度一般只有4～5nm，防護(hù)性低。選擇適當(dāng)?shù)娜芤嚎梢缘玫骄哂幸欢ǚ雷o(hù)價(jià)值的化學(xué)氧化膜。第二十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日工業(yè)上的化學(xué)氧化處理采用堿性溶液加適當(dāng)?shù)囊种苿?。M.B.V法堿性化學(xué)氧化膜層組成(體積分?jǐn)?shù))為：75％Al203·H20+25％Cr203·H20第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日8.6電化學(xué)氧化電化學(xué)氧化習(xí)慣稱(chēng)為陽(yáng)極氧化，普遍用于輕金屬材料的表面處理。輕金屬材料重量輕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，但耐腐蝕性差(容易產(chǎn)生晶間腐蝕)，耐磨性比較低。通過(guò)陽(yáng)極氧化處理，可在其表面生成一層厚度達(dá)幾十到數(shù)百微米的氧化膜。陽(yáng)極氧化膜可賦予表面防護(hù)、裝飾性、耐磨性、絕緣、隔熱、光學(xué)性能等。鋁及其合金的陽(yáng)極氧化技術(shù)開(kāi)發(fā)最早、應(yīng)用最廣。第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日一、電化學(xué)氧化機(jī)理鋁是兩性金屬：既能溶于酸，生成Al+又能溶于堿，生成H2Al03-在一定的pH值范圍內(nèi)，鋁的水合氧化物是穩(wěn)定的。鋁在大氣中會(huì)自然形成非晶態(tài)的氧化鋁膜，厚度為4—5nm。這層膜不致密，耐腐蝕性差，故需要進(jìn)行陽(yáng)極氧化。-第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日陽(yáng)極氧化體系：電解液：硫酸溶液陽(yáng)極：鋁制品陰極：其它材料(Sb、Al等)反應(yīng)過(guò)程：直流電電化學(xué)過(guò)程：生成Al2O3化學(xué)過(guò)程：溶解形成多孔層第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日氧化膜的生長(zhǎng)過(guò)程及規(guī)律：

(1)曲線AB段：通電后數(shù)秒鐘內(nèi)，在鋁表面形成連續(xù)、無(wú)孔的氧化鋁膜(阻擋層，其硬度比多孔層高)，電壓急劇上升；(2)曲線BC段：隨電壓上升和溶解作用增大，膜層局部被溶解或被擊穿，產(chǎn)生了孔穴，氧化膜的電阻下降，電壓隨之下降，使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行；(3)曲線CD段：電壓趨于平穩(wěn)，阻擋層厚度不再變化；隨著時(shí)間延長(zhǎng)，形成孔隙及孔壁，氧化膜變成導(dǎo)電的多孔層結(jié)構(gòu)；當(dāng)膜的化學(xué)溶解速率等于膜的生成速率時(shí)，膜層便達(dá)到一定的極限厚度而不再增加。第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日二、鋁陽(yáng)極氧化膜的組成與結(jié)構(gòu)多孔膜為細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)。采用鉻酸、磷酸、草酸和硫酸得到的陽(yáng)極氧化膜，結(jié)構(gòu)完全相同。第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日三、陽(yáng)極氧化工藝1、預(yù)處理（P164）脫脂、堿蝕2、氧化增加電壓及電流密度、降低溶液(槽液)溫度及濃度，可增加膜的生長(zhǎng)速率（膜厚）。

(1)防護(hù)裝飾性的陽(yáng)極氧化膜厚：8-20μm

(2)硬質(zhì)陽(yáng)極氧化硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜具有良好的耐磨性和隔熱性；厚度：＞40μm第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3、陽(yáng)極氧化膜的封閉氧化膜多孔，活性高，吸附性很強(qiáng)(著色)，容易被污染或被腐蝕介質(zhì)侵入，氧化后的膜層必須要通過(guò)封孔才能達(dá)到最好的耐蝕效果。膜層封閉方法：在水蒸氣或熱水中水化封閉(熱封閉)使用其它金屬鹽封閉(冷封閉)有機(jī)涂層涂覆封閉第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日四、陽(yáng)極氧化膜的性能1、膜的厚度與時(shí)間非直線關(guān)系；存在極限厚度。2、孔隙度膜的孔隙度對(duì)于耐腐蝕性、耐磨性以及對(duì)于膜上著色和封孔的難易程度都有很大影響。3．結(jié)合力氧化膜的結(jié)合力是非常強(qiáng)的，但沿著垂直于表面的方向易于橫斷破裂，即當(dāng)彎曲時(shí)膜成平行線破裂。第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日4、硬度和耐磨性陽(yáng)極氧化膜非常硬，使鋁件的耐磨性大幅度提高。5、柔韌性膜的脆性直接隨厚度增加而增加；除非劇烈變形，不會(huì)顯著影響膜的保護(hù)性能。第三十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日6．耐蝕性陽(yáng)極氧化膜對(duì)制件具有防護(hù)性能。制件的耐蝕性及力學(xué)性能都可大幅度提高。

改善氧化膜的耐蝕性措施：①增加膜厚；②降低電流密度；（③降低陽(yáng)極氧化溫度；④減低酸濃度；）⑤改善合金結(jié)構(gòu)的均勻性。第三十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日7、膜的電性能陽(yáng)極氧化膜絕緣性良好。8、膜的熱性能陽(yáng)極