金属的化学处理模具用

1、转化膜技术 金属的转化膜技术是通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法。这种经过化学处理生成的膜层称之为化学转化膜。 化学成膜处理的机理是金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发生化学反应，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他腐蚀介质影响的化合物膜。 由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜反应而成的，因而膜与基体的结合力比电镀层和化学镀层这些外加膜层大得多。成膜的典型反应可用下式表示：式中，m为参加反应的金属或镀层金属；a为介质中的阴离子 根据形成膜时所采用的介质，可将化学转化膜分为以下几类：（l）氧化物膜：是金属在含有氧化剂的溶液中形成的膜，其成膜过程叫氧化

2、。（2）磷酸盐膜：是金属在磷酸盐溶液中形成的膜，其成膜过程称磷化。（3）铬酸盐膜：是金属在含有铬酸或铬酸盐的溶液中形成的膜，其成膜过程在我国习惯上称钝化。 化学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铁、铝、锌。 转化膜的基本用途 防锈防锈用化学转化膜主要用于以下两种情况：（1）对部件有一般的防锈要求，如涂防锈油等，转化膜作为底层很薄时即可应用；（2）对部件有较高的防锈要求，部件又不受挠曲、冲击等外力作用，转化膜要求均匀致密，且以厚者为佳。 耐磨 耐磨用化学转化膜广泛地应用于金属与金属面互相摩擦的部位。 表面上的磷酸盐膜层具有很小的摩擦系数，因此减少了金属面间的摩擦阻力。这种

3、磷酸盐膜层还具有良好的吸油作用，在金属接触面间产生了一缓冲层，从化学和机械两个方面保持了基体，从而减小磨损。涂装底层作为涂装底层的化学膜要求膜层致密、质地均匀、薄厚适宜、晶粒细小。 塑性加工金属材料表面形成磷酸盐膜后再进行塑性加工，例如进行钢管、钢丝等冷拉伸，是磷酸盐膜层最新的应用领域之一。采用这种方法对钢材进行拉拔时可以减小拉拔力，延长拉拔模具寿命，减少拉拔次数。该法在挤出工艺、深拉延工艺等各种冷加工方面均有广泛的应用。绝缘等功能性膜磷酸盐膜层是电的不良导体，所以很早就用它作为硅钢板绝缘层。这种绝缘层的特点是占空系数小，耐热性良好，而且在冲裁加工时可减少工具的磨损等。用溶胶一凝胶制得的膜，目

4、前大多是功能性的。 转化膜技术的发展动向 当前，世界上有关金属的化学成膜技术发展非常迅速，每月发表的有关专利文献就达数十篇之多。从目前看，化学成膜技术今后的主要发展动向是： （1）化学表面处理技术必须与新的涂装技术的发展相适应，即开发和研制适合于新型涂料和涂装方式的化学处理剂；（2）开发研制对金属件无需清理即可形成保护转化膜的化学处理剂；（3）开发研制不产生污染的化学处理剂；（4）开发研制能简化工艺、缩短流程的化学处理剂；（5）开发研制应用于大型构件的化学处理剂；（6）开发具有更致密、保护性能更好的转化膜；（7）开发具有更高硬度、更耐磨的转化膜；（8）开发具有特殊功能的转化膜。钢的氧化处理 一

5、、钢铁的化学氧化 钢铁的化学氧化是指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，也称钢铁的“发蓝”或“发黑”。根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分为高温化学氧化和常温化学氧化。这两种方法所用的处理液成分不同，膜的组成不同，成膜机理不同。 (一)钢铁高温化学氧化 高温化学氧化是传统的发黑方法，采用含有亚硝酸钠的浓碱性处理液，在140左右的温度下处理15min90min。高温化学氧化得到的是以磁性氧化铁(f304)为主的氧化膜，膜厚一般只有0.5m1.5m，最厚可达2.5m。氧化膜具有较好的吸附性。将氧化膜浸油或作其他后处理，其耐蚀性能可大大提高。由于氧化膜很薄

6、，对零件的尺寸和精度几乎没有影响，因此在精密仪器、光学仪器、武器及机器制造业中得到广泛应用。1钢铁高温氧化的机理钢铁在含有氧化剂的碱性溶液中的氧化处理是一种化学和电化学过程。(1)化学反应机理。钢铁浸入溶液后，在氧化剂和碱的作用下，表面生成fe304氧化膜，该过程包括以下三个阶段钢铁表面在热碱溶液和氧化剂(亚硝酸钠等)的作用下生成亚铁酸钠(2)电化学反应机理。钢铁浸入电解质溶液后即在表面形成无数的微电池，在微阳极区发生铁的溶解。2钢铁高温氧化工艺 (1)氢氧化钠。提高氢氧化钠的质量浓度，氧化膜的厚度稍有增加，但容易出现硫松或多孔的缺陷，甚至产生红色挂灰；质量浓度过低时，氧化膜较薄，产生花斑，防

7、护能力差。 (2)氧化剂。提高氧化剂的质量浓度，可以加快氧化速度膜层致密、牢固。氧化剂的质量浓度低时，得到的氧化膜厚而疏松。(3)温度。提高溶液温度，生成的氧化膜层薄，且易生成红色挂灰导致氧化膜的质量降低。 (4)铁离子含量。氧化溶液中必须含有一定的铁离子才能使膜层致密，结合牢固。铁离子浓度过高，氧化速度降低钢铁表面易出现红色挂灰。 (5)钢铁含碳量。钢铁中含碳量增加，组织中fe3c增多，即阴极表面增加阳极铁的溶解过程加剧，促使氧化膜生成的速度加快，故在同样温度下氧化，高碳钢所得到的氧化膜一定比低碳钢的厚。钢铁发黑后，经热水清洗、干燥后，在油中浸35min，以提高耐蚀性。 (二)钢铁常温化学氧

8、化 钢铁常温化学氧化一般称为钢铁常温发黑，这是80年代以来迅速发展的新技术。与高温发黑相比，常温发黑具有节能、高效、操作简便、成本较低、环境污染小等优点。常温发黑得到的表面膜主要成分是cuse，其功能与fe304膜相似。钢铁常温发黑工艺操作简单速度快，通常为210min，是一种非常有前途的新技术。目前还存在发黑液不够稳定、膜层结合力稍差等问题。5.铝及铝合金的阳极氧化阳极氧化是指在适当的电解液中，以金属作为阳极在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜的方法。通过选用不同类型、不同浓度的电解液，以及控制氧化时的工艺条件，可以获得具有不同性质、厚度在几个至几百微米(铝自然氧化膜层厚0.010m0.01

9、5m)的阳极氧化膜。铝及其合金的氧化膜的性质和用途一、阳极氧化膜的形成机理 铝及其合金的阳极氧化所用的电解液一般为中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极，仅起导电作用。铝及其合金进行阳极氧化时，在阳极发生下列反应：在阴极发生下列反应：同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，其反应如下氧化膜的生成与溶解同时进行，氧化初期，膜的生成速度大于溶解速度，膜的厚度不断增加；随着厚度的增加，其电阻也增大，结果使膜的生长速度减慢，一直到与膜溶解速度相等时，膜的厚度才为一定值。整个阳极氧化电压一时间曲线大致分为三段： 第1段 a :无孔层形成。曲线ab段，通电刚开始的几秒到几十秒时间内，电压由零急剧增至最大值，该值

10、称为临界电压。表明此时在阳极表面形成了连续的、无孔的薄膜层。此膜的出现阻碍了膜层的继续加厚。无孔层的厚度与形成电压成正比，与氧化膜在电解液中的溶解速度成反比。 第2段b：多孔层形成。曲线bc段，电压达到最大值以后，开始有所下降其下降幅度为最大值的1015。表明无孔膜开始被电解液溶解，出现多孔层。 第三段c:多孔层增厚。曲线cd段，经过约20s的氧化，电压开始进入平稳而缓慢的上升阶段。表明无孔层在不断地被溶解形成多孔层的同时，新的无孔层又在生长，也就是说多孔层在不断增厚，在每一个膜胞的底部进行着膜的生成和溶解的过程。当膜的生成速度和溶解速度达到动态平衡时，即使氧化时间再延长，氧化膜的厚度也不会再

11、增加，此时应停止阳极氧化过程。 阳极氧化膜的着色和封闭 铝及其合金经阳极氧化处理后，在其表面生成了一层多孔氧化膜后，可以获得各种不同的颜色，并能提高膜层的耐蚀性、耐磨性。 (一)氧化膜的着色 1无机颜料着色 无机颜料着色机理主要是物理吸附作用，即无机颜料分子吸附于膜层微孔的表面，进行填充。该法着色色调不鲜艳，与基体结合力差，但耐晒较好。无机颜料着色所用的染料分为两种，经过阳极氧化的金属要在两种溶液中交替浸渍，直至两种盐在氧化膜中的反应生成物数量(颜料)满足所需的色调为止。 2有机染料着色 有机染料着色机理比较复杂，一般认为有物理吸附和化学反应。有机染料分子与氧化铝化学结合的方式有：氧化铝与染料

12、分子上的磺基形成共价键：氧化铝与染料分子上的酚基形成氢键；氧化铝与染料分子形成络合物。有机染料着色色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。配制染色液的水最好是蒸馏水或去离子水而不用自来水，因为自来水中的钙、镁等离子会与染料分子络合形成络合物，使染色液报废。3电解着色 电解着色是把经阳极氧化的铝及其合金放入含金属盐的电解液中进行电解，通过电化学反应，使进入氧化膜微孔中的重金属离子还原为金属原子，沉积于孔底无孔层上而着色。由电解着色工艺得到的彩色氧化膜具有良好的耐磨性、耐晒性、耐热性、耐蚀性和色泽稳定持久等优点，目前在建筑装饰用铝型材上得到了广泛的应用。电解着色所用电压越高，时间越长，颜色越深。(二)氧化膜的封闭处理 铝及其合金经阳极氧化后，无论是否着色都需及时进行封闭处理，其目的是把染料固定在微孔中，防止渗出，同时提高膜的耐磨性、耐晒性、耐蚀性和绝缘性。封闭的方法有热水封闭法、水蒸汽封闭法、重铬酸盐封闭法、水解封闭