第6章 化学转化膜

表面工程,第六章化学转化膜,主要内容,6.1概述6.2钢铁的化学氧化和磷化处理6.3铝及其合金的氧化处理,30.04.2020,.,3,定义腐蚀金属表面、氧化膜、保护作用金属的钝性化学转化膜：使金属与特定的腐蚀液相接触，在一定条件下发生化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难溶的生成物膜层。,6.1概述,30.04.2020,.,4,有基体金属的直接参与反应生成、结合力大受控的金属腐蚀过程Biextex和Weber提出反应式其中：M表面金属，AZ-介质中价态为z的阴离子,2.基本原理,30.04.2020,.,5,按获得方法：化学法电化学法按膜的主要组成物类型:氧化物膜磷酸盐膜铬酸盐膜草酸盐膜,3.分类,30.04.2020,.,6,防锈降低金属本身的化学活性对环境介质的隔离作用耐磨提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜）涂装底层作为金属镀层的底层防电偶腐蚀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,4.基本用途,30.04.2020,.,7,塑性加工减少拉拔力及次数、延长拉拔模具寿命绝缘磷酸盐膜层是电的不良导体装饰自身的装饰作用、多孔性吸附作用,30.04.2020,.,8,6.2钢铁的化学氧化和磷化处理,1钢铁的氧化处理,高温化学氧化（碱性化学氧化）常温化学氧化（酸性化学氧化）,发蓝或发黑：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黑到黑色膜层的过程,30.04.2020,.,9,氢氧化钠和亚硝酸纳水溶液，135145，6090min肥皂液，35min水洗、干燥及浸油表面极薄的Fe3O4、0.51.5m提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观,（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）,30.04.2020,.,10,热水洗,30.04.2020,.,11,特点：氧化速度快、膜层抗蚀性好，节能、高效、成本低，操作简单，环境污染小表面膜的主要成分：CuSe（硒化铜）发黑溶液：CuSO4,SeO2,（2）常温化学氧化（酸性化学氧化）,30.04.2020,.,12,发黑溶液：CuSO4,SeO2,后处理：皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进行填充处理,30.04.2020,.,13,2钢铁磷化,定义：金属在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜。,性能：520m，暗灰到黑灰色。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。,作用：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。,特点：设备简单、操作方便、成本低、生产效率高,30.04.2020,.,14,含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸,1、形成机理,磷化层：Fe3(PO4)2,Mn3(PO4)2,Zn3(PO4)2,30.04.2020,.,15,2、磷化处理工艺,（1）高温磷化9098优点：膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快缺点：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5070优点：耐蚀性较好、溶液稳定、速度快，生产效率高缺点：溶液成分较复杂，调整麻烦,（3）常温磷化1535优点：不需加热，节约能源，成本低、溶液稳定缺点：膜层耐蚀性、结合力差，处理时间长、效率低,30.04.2020,.,16,3、后处理,填充和封闭处理重铬酸钾+碳酸钠9098510min浸油,30.04.2020,.,17,6.3铝及其合金的氧化处理,（一）化学氧化,按溶液性质：碱性氧化法、酸性氧化法,按膜层性质：氧化物膜、磷酸盐膜铬酸盐膜、铬酸磷酸盐膜,特点：氧化膜较薄（0.54m），且多孔、质软，具有较好的吸附性用途：有机涂层的底层、耐磨性、耐蚀性稍差,30.04.2020,.,18,（二）阳极氧化（电化学氧化处理）,特点：厚度520m，有较高硬度、耐蚀性、耐热和绝缘性，多孔，有很好的吸附能力,定义：将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中，在外电流作用下作为阳极，在制件表面上形成与基体牢固结合的氧化膜层。,30.04.2020,.,19,30.04.2020,.,20,1、氧化膜的形成与生长,中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极，仅起导电作用,阳极反应：,阴极反应：,同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解,氧化膜的生长过程就是其不断生成和不断溶解的过程,30.04.2020,.,21,整个阳极氧化电压时间曲线大致分三段,第一段ab（A段）：无孔层形成，连续、绝缘，0.010.1m第二段bc（B段）：多孔层形成，溶解作用开始，最薄处空穴，电压下降1015%第三段cd（C段）：多孔层增厚,30.04.2020,.,22,2、阳极氧化工艺,硫酸阳极氧化铬酸阳极氧化草酸阳极氧化硼酸阳极氧化,浓度、温度、电流密度都有最佳值,30.04.2020,.,23,3、着色处理,1）无机颜料着色机理：物理吸附，即无机颜料吸附于膜层微孔的表面进行填充2）有机染料着色机理：物理吸附、化学吸附与化学反应相结合3）电解着色机理：在含有重金属盐的电解液中进行电解,30.04.2020,.,24,4、氧化膜的封闭处理,孔隙率高，吸附性强，易污染,（1）沸水和蒸气封闭法,-Al2O3一水化合物体积增加33%三水化合物体积增加310%,原理：较高温度下无水氧化铝的水化作用,30.04.2020,.,25,（2）水解盐封闭法,原理：钴盐、镍盐的极稀溶液被氧化膜吸附后，发生水解,Ni(OH)2,Co(OH)2沉积在氧化膜的微孔中，将孔封闭,30.04.2020,.,26,（4）填充封闭法,有机