材料表面工程技术-8转化膜与着色技术

1、转化膜与着色技术.1 转化膜的根本特性及用途 定义： 金属化学处置法化学转化膜是经过化学或电化学手段，使金属外表构成稳定的化合物膜层的方法。机理： 金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发生化学反响，由于浓差极化作用和阴极极化作用等，使金属外表生成一层附着力良好的，能维护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的化合物膜。.特点： 由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜反响而成的，因此膜与基体的结合力比电镀和化学镀膜层大的多。用途维护和装饰提高涂膜与基体的结合力耐磨减摩用于冷成形加工电绝缘性.分类：按构成机理分为：化学转化膜电化学转化膜按成分分为氧化物膜磷酸盐膜铬酸盐膜草酸盐膜按用途分为功能性膜耐磨、减摩、

2、光滑、电绝缘、冷成型加工、涂层基底防护性装饰性.2 磷化磷化膜是由金属外表与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而构成的。以钢铁磷化处置运用最广。钢铁磷化膜按其厚度厚膜、薄膜，根据磷化膜的构成方式假转化型磷化、转化型磷化。根据其处置溶液成分或温度锰系、锌系、锌锰系、锌钙系磷化高温(90以上)、中温(60-70)、低温(30-50)和常温(室温)磷化等。.钢铁磷化膜构成根本机理磷化膜的构成(1) Fe+2H3PO4Fe(H2PO4)2+H2pH值升高(2) Me(H2PO4)2MeHPO4+H3PO4 3Me(H2PO4)2 Me3(PO4)2+4H3PO4使可溶性磷酸二氢盐向不溶性磷酸盐转化，堆积成膜。Fe

3、+ Me(H2PO4)2 FeHPO4+MeHPO4+H2Fe+ Me(H2PO4)2 Me2Fe(PO4)2+H2Fe与磷酸二氢盐反响。 Me(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2+8H2O Me3(PO4)24H2O+Me2Fe(PO4)24H2O+8H3PO4.成膜过程及加速所用磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。难溶性磷酸盐的堆积发生在微阴极区，而阳极极化处置效果却相反。 随着温度的上升，速率亦相应增大，最后到达最大值。外表越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。溶液性质不同，其相界面的分散系数、溶液成分进入晶格时结晶的陈列情况以及催化作用和抑制造用也不同。磷化处置到一定时间以后

4、，成膜速度降低到零，膜的构成和溶解到达平衡。磷化膜的构成并不是在停顿放氢时就停顿了，而是在细孔中进一步构成。在停顿放氢的一瞬间，膜的孔隙率仍占金属总面积的320，只需在某一时间以后(大约10min)，孔隙率才到达0.5的恒定值。 .为了加快磷化速度，提高磷化膜质量，通常采用的方法是：参与氧化剂，如NO3-，NO2-，ClO2-等，它们能除去成膜时产生的H和亚铁离子。参与电位比铁高的金属离子，如Cu2+、Ni2+、Co2+，它们经过电化学反响堆积在基材外表上，扩展阴极面积，加速磷化过程。.钢铁磷化工艺预处置脱脂浸蚀预处置外表调整工序对于非涂装的防护磷化(厚膜)，外表调整包括机械方法(如擦、刷、喷

5、砂等)和化学方法(如钛盐、草酸、镍盐、铜盐等)，其中最有效和最有适用价值的是钛盐活化。 .磷化厚膜磷化92以上，1560min，膜厚20m以上，膜重60g/m2。用途：用于浸油、防护油或蜡及染黑后作防护用。薄膜磷化温度普通为2090，时间短0.53min，厚度15m，膜重范围浸渍磷化为25g/m2，喷林为13g/m2。用途：主要是涂装底层。转化型磷化.磷化膜的构造无定型磷酸盐结晶型磷酸盐磷化膜的性质：防护性金属磷酸盐转化膜质量评定已建立国家规范，见GB/T161997。当所用的磷化膜是作为涂装底层时，其质量检验应采用GB/T 68071986。转化膜的膜重丈量方法见GB/T 97921988。

6、 .3 铬酸盐钝化膜 铬酸盐膜构成机理 铬酸盐膜的构成是经过金属溶液界面上的化学反响，其中关键反响是金属与六价铬之间的氧化复原。 金属与六价铬之间的氧化复原反响，金属外表溶解，金属离子进入溶液，六价铬被复原成三价铬。上述反响耗费了氢，金属外表pH值升高，使凝胶状的Cr(OH)3，等在外表沉淀，构成钝化膜。 上述凝胶状沉淀物吸附其它成分，如六价铬、水、金属离子等，构成成分复杂的铬酸盐钝化膜。.钝化膜为无定形膜，由不溶型的三价铬化合物和可溶性的六价铬化合物组成。不溶型部分具有足够的强度和稳定性，为骨架；可溶性部分充填在骨架内部；当钝化膜遭到轻度损伤时，显露的基体与膜中的可溶性部分相互作用，使膜修复

7、。.锌的钝化预处置：除去工件外表的油、脂、污物、氧化皮。 钝化：钝化最常用的六价铬化合物是铬酸酐、重铬酸钠、重铬酸钾，并加有硝酸、硫酸，有的还有少量添加剂以改善工艺。 老化：钝化膜构成后的烘干称为老化处置。 .铝和铝合金的铬酸盐钝化 预处置：预处置是先脱脂再进展碱蚀，以除去制件外表氧化层，显露新颖、均匀的基体外表。成膜处置：铝材铬酸盐膜成膜溶液的特殊之处是含有氟离子。.4 化学氧化 化学氧化处置由于本钱低，设备简单，处置方便，运用范围不断扩展。化学氧化处置可在铝、铜、钢铁、锌、锡、镉等金属及其合金上进展，获得不同性能、不同颜色的氧化膜。.钢铁的化学氧化 钢铁的化学氧化俗称发蓝处置，膜的主要成分

8、是Fe3O4。根据制件的外表形状、资料成分和氧化处置工艺规范的不同，可获得蓝黑色和黑色的氧化膜。运用：机械零件、精细仪器与仪表、武器和日用品的防护与装饰。氧化在碱性溶液中进展，氧化后没有氢脆影响，像弹簧钢、细钢丝及薄钢片件也常用氧化膜作为防护层。 钢铁的化学氧化常用强碱溶液，称为碱性氧化法。即在较高温度(130以上)下，在氢氧化钠溶液中参与氧化剂(硝酸钠或亚硝酸钠)进展处置。铁反响生成亚铁酸钠(Na2Fe02)和铁酸钠(Na2FeO4)，然后两者相互作用，生成磁性氧化铁(Fe3O4)膜。 .反响如下：3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+H2O+NH36NaFeO2+NaNO2+5H

9、2O=3Na2Fe2O4+7NaOH+NH3 Fe+NaNO3+2NaOH=Na2FeO2+NaNO2+H2O8NaFeO2+NaNO3+6H2O=4Na2FeO4+9NaOH+NH3 Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+4NaOH .铝及铝合金的化学氧化 AlAl3+3e2H2O+2e- 2OH-+H2A13+2OH- AlOOH+H+2H+2e- H22AlOOH A12O3H2O.5 草酸盐钝化 钢铁资料在草酸盐溶液中处置可得到草酸盐膜，其耐蚀性能不高，不用作防护，在普通钢上用作涂装基底，在不锈钢及其它含铬、镍元素的高合金钢上用光滑剂载体，减少摩擦以利于冷加工，降低工

10、具磨损，减少中间退火。 .6 电化学氧化 电化学氧化习惯称为阳极氧化，普遍用于轻金属资料的外表处置。 轻金属资料分量轻、导电导热性好，但这些资料耐腐蚀性差，容易产生晶间腐蚀，耐磨性比较低。经过阳极氧化处置，可在其外表生成一层厚度达几十到数百微米的氧化膜。根据不同用途，阳极氧化膜可赋予外表防护、装饰性、耐磨性、绝缘、隔热、光学性能等。.电化学氧化机理 铝及其合金的阳极氧化技术运用最广 铝：阳极，析氧，Al2O3其他金属：阴极，析氢H2O O +2H+2e 2Al+3O A12O3硫酸对金属铝和氧化膜的溶解作用为 2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2 Al2O3+3H2SO4=Al2(

11、SO4)3+3H2O.阳极氧化工艺预处置氧化防护装饰性的阳极氧化硬质阳极氧化阳极氧化膜的封锁 .阳极氧化膜的性能 膜的厚度孔隙度结合力硬度和耐磨性柔韧性 耐蚀性膜的电性能膜的热性能.7 着色技术 金属着色是采用化学或电化学方法赋予金属外表不同的颜色并坚持金属光泽的工艺。.铝和铝合金的着色自然显色法：在一定的电解液和电解条件下，将金属进展阳极氧化处置时，由于电解质溶液、合金资料的组分及合金组织构造形状不同而产生不同的颜色。吸附着色法：将生成了转化膜层的工件浸入加有无机盐或有机染料的溶液中，无机盐或有机染料首先被多孔膜吸附在外表上，然后向微孔内部分散、浸透，最后堆积在微孔中，使膜层染上颜色。 电解着色法：又称二次电解法或浅田法，以直流电在硫酸溶液中生成氧化膜，然后在金属盐的酸性溶液中进展交流电解着色。 .8 转化膜与着色技术的开展趋势 研讨与开发赋予这些资料外表高性能、多功能的外表处置工艺一直是一个重要方面。铝的微弧氧化以各种不同工艺将氟树脂嵌入铝阳极氧化膜的表层，