第10章2011轉(zhuǎn)化膜

1、第第10章章 轉(zhuǎn)化膜轉(zhuǎn)化膜 （金屬的氧化、磷化、著色）（金屬的氧化、磷化、著色）10.1 轉(zhuǎn)化膜的概念及分類轉(zhuǎn)化膜的概念及分類10.2 鋁及其合金的氧化、著色鋁及其合金的氧化、著色10.3 鋼鐵的氧化鋼鐵的氧化10.4 鋼鐵的磷化鋼鐵的磷化10.5 不銹鋼的著色不銹鋼的著色10.1 轉(zhuǎn)化膜的概念及分類轉(zhuǎn)化膜的概念及分類 廣義的轉(zhuǎn)化膜包括陽極氧化膜、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜廣義的轉(zhuǎn)化膜包括陽極氧化膜、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 狹義的轉(zhuǎn)化膜指化學(xué)轉(zhuǎn)化膜狹義的轉(zhuǎn)化膜指化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 轉(zhuǎn)化膜技術(shù)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)：就是通過化學(xué)或電化學(xué)手：就是通過化學(xué)或電化學(xué)手段，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層段，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層的技術(shù)。也可以

2、理解為使金屬發(fā)生有效的技術(shù)。也可以理解為使金屬發(fā)生有效的鈍化。的鈍化。 廣義的轉(zhuǎn)化膜廣義的轉(zhuǎn)化膜 使金屬與特定的腐蝕液相接觸，在使金屬與特定的腐蝕液相接觸，在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成一層附著力良好的、難溶的生金屬表面形成一層附著力良好的、難溶的生成物膜層。這些膜層通稱化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。成物膜層。這些膜層通稱化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。 轉(zhuǎn)化膜：轉(zhuǎn)化膜： 金屬表面的原子層與某些介質(zhì)的金屬表面的原子層與某些介質(zhì)的陰離子反應(yīng)生成的不溶性化合物覆蓋膜。陰離子反應(yīng)生成的不溶性化合物覆蓋膜。狹義的轉(zhuǎn)化膜狹義的轉(zhuǎn)化膜轉(zhuǎn)化膜：轉(zhuǎn)化膜： 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜形成過程的實(shí)質(zhì)是一種人

3、為化學(xué)轉(zhuǎn)化膜形成過程的實(shí)質(zhì)是一種人為控制的金屬表面氧化過程控制的金屬表面氧化過程表面上的表面上的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物對(duì)環(huán)境介對(duì)環(huán)境介質(zhì)的隔離質(zhì)的隔離作用作用 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的防護(hù)性能比金屬鍍層、金屬化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的防護(hù)性能比金屬鍍層、金屬涂層弱涂層弱陽極氧化陽極氧化 工件置于電解液中為陽極，在工件置于電解液中為陽極，在外電流作用下，在其表面形成氧化膜，此外電流作用下，在其表面形成氧化膜，此過程稱為陽極氧化。過程稱為陽極氧化。陽極氧化：陽極氧化：轉(zhuǎn)化膜的分類轉(zhuǎn)化膜的分類 1）按獲得方法可分）按獲得方法可分化學(xué)法化學(xué)法電化學(xué)法電化學(xué)法2）按膜的主要組成物的類型分）按膜的主要組成物的類型分氧化物膜氧化物膜磷酸鹽

4、膜磷酸鹽膜鉻酸鹽膜鉻酸鹽膜草酸鹽膜草酸鹽膜鉬酸鹽膜鉬酸鹽膜鈷酸鹽膜鈷酸鹽膜鎢酸鹽膜鎢酸鹽膜稀土膜稀土膜3）按基體金屬種類分）按基體金屬種類分鋼材轉(zhuǎn)化膜鋼材轉(zhuǎn)化膜鋁材轉(zhuǎn)化膜鋁材轉(zhuǎn)化膜銅材轉(zhuǎn)化膜銅材轉(zhuǎn)化膜鋅材轉(zhuǎn)化膜鋅材轉(zhuǎn)化膜鎂材轉(zhuǎn)化膜鎂材轉(zhuǎn)化膜涂裝底層膜涂裝底層膜塑性加工膜塑性加工膜防銹膜防銹膜裝飾膜裝飾膜4）按用途）按用途絕緣膜絕緣膜耐磨膜耐磨膜防電偶腐蝕膜防電偶腐蝕膜化學(xué)氧化膜化學(xué)氧化膜陽極氧化膜陽極氧化膜氧化氧化磷化磷化鉻酸鹽處理鉻酸鹽處理(鈍化處理鈍化處理)著色著色常見的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理常見的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理轉(zhuǎn)化膜的主要功能轉(zhuǎn)化膜的主要功能1）保護(hù)基體金屬不受水和其它腐蝕介質(zhì)的影響；）保護(hù)基體

5、金屬不受水和其它腐蝕介質(zhì)的影響；2）提高有機(jī)涂膜的附著性和耐老化性；）提高有機(jī)涂膜的附著性和耐老化性；3）賦予表面其它性能。）賦予表面其它性能。 注意注意 由于轉(zhuǎn)化膜是基體金屬直接參與成膜反應(yīng)由于轉(zhuǎn)化膜是基體金屬直接參與成膜反應(yīng)而生成，因而與基體的結(jié)合力比普通電鍍而生成，因而與基體的結(jié)合力比普通電鍍層和化學(xué)鍍層大的多。層和化學(xué)鍍層大的多。 轉(zhuǎn)化膜的應(yīng)用轉(zhuǎn)化膜的應(yīng)用 鋁的陽極氧化膜；鋁的陽極氧化膜； 鋁、鋅、鎘上的鉻酸鹽膜；鋁、鋅、鎘上的鉻酸鹽膜； 鋼鐵上的磷酸鹽膜；鋼鐵上的磷酸鹽膜； 鋼鐵上的發(fā)藍(lán)膜等。鋼鐵上的發(fā)藍(lán)膜等。 此外，還有如普通鋼上的草酸鹽膜，可此外，還有如普通鋼上的草酸鹽膜，可作為

6、涂裝時(shí)的前處理層。它能有效地保作為涂裝時(shí)的前處理層。它能有效地保護(hù)基體不受亞硫酸腐蝕；護(hù)基體不受亞硫酸腐蝕； 不銹鋼和其他含鎳、鉻等元素的高合金不銹鋼和其他含鎳、鉻等元素的高合金鋼上的轉(zhuǎn)化膜，有利于冷變形加工（拉鋼上的轉(zhuǎn)化膜，有利于冷變形加工（拉管、拉絲、擠壓）時(shí)提高拉速、加大斷管、拉絲、擠壓）時(shí)提高拉速、加大斷面收縮率、降低工具磨損；面收縮率、降低工具磨損； 鎂及其合金轉(zhuǎn)化膜。鎂及其合金轉(zhuǎn)化膜。 轉(zhuǎn)化膜的應(yīng)用轉(zhuǎn)化膜的應(yīng)用10.2 鋁及其合金的氧化、著色鋁及其合金的氧化、著色鋁及其合金的氧化鋁及其合金的氧化鋁及其合金的著色鋁及其合金的著色陽極氧化膜的封閉陽極氧化膜的封閉陽極氧化膜的耐蝕性檢測(cè)陽

7、極氧化膜的耐蝕性檢測(cè)不合格陽極氧化膜的退除不合格陽極氧化膜的退除一、鋁及其合金的氧化鋁及其合金的氧化自然氧化膜：極薄，自然氧化膜：極薄，0.010.02微米，微米，非晶，疏松多孔，不均勻，抗蝕能力非晶，疏松多孔，不均勻，抗蝕能力差，易污染差，易污染鋁及其合金的氧化鋁及其合金的氧化化學(xué)氧化化學(xué)氧化陽極氧化陽極氧化（一）化學(xué)氧化（一）化學(xué)氧化 工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)： 化學(xué)氧化所獲得的氧化膜較薄（化學(xué)氧化所獲得的氧化膜較?。?.54微米），多微米），多孔，有良好的吸附能力，質(zhì)軟不耐磨，抗蝕性低于孔，有良好的吸附能力，質(zhì)軟不耐磨，抗蝕性低于陽極氧化膜，一般作涂裝的底層。陽極氧化膜，一般作涂裝的底層。 化

8、學(xué)氧化所需設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，化學(xué)氧化所需設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，成本低，適用范圍廣。不受零件大小和形狀的限制，成本低，適用范圍廣。不受零件大小和形狀的限制，特別適于處理大型零件或組合件以及很難用陽極氧特別適于處理大型零件或組合件以及很難用陽極氧化方法來獲得完整膜層的復(fù)雜零件?；椒▉慝@得完整膜層的復(fù)雜零件。 將工件（如鋁及其合金）放將工件（如鋁及其合金）放在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐校鳛殛枠O進(jìn)行通電在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐?，作為陽極進(jìn)行通電處理，在外加電場(chǎng)作用下，在工件（如處理，在外加電場(chǎng)作用下，在工件（如鋁制件）上形成一層氧化膜的過程，稱鋁制件）上形成一層氧化膜的過程，稱陽極氧化，也稱電

9、化學(xué)氧化。陽極氧化，也稱電化學(xué)氧化。（二）陽極氧化（二）陽極氧化1、陽極氧化的概念、陽極氧化的概念陽極氧化：陽極氧化：2、陽極氧化的種類、陽極氧化的種類硫酸陽極氧化硫酸陽極氧化鉻酸陽極氧化鉻酸陽極氧化草酸陽極氧化草酸陽極氧化磷酸陽極氧化磷酸陽極氧化按電解液分按電解液分硬質(zhì)陽極氧化硬質(zhì)陽極氧化硫酸瓷質(zhì)陽極氧化硫酸瓷質(zhì)陽極氧化高效率陽極氧化高效率陽極氧化瓷質(zhì)陽極氧化瓷質(zhì)陽極氧化寬溫度范圍陽極氧化寬溫度范圍陽極氧化光亮陽極氧化光亮陽極氧化硫酸硬質(zhì)陽極氧化硫酸硬質(zhì)陽極氧化混合酸硬質(zhì)陽極氧化混合酸硬質(zhì)陽極氧化常溫硬質(zhì)陽極氧化常溫硬質(zhì)陽極氧化草酸鈦鉀法草酸鈦鉀法鉻酸硼酸法鉻酸硼酸法硫酸鋯法硫酸鋯法混合酸法

10、混合酸法厚層厚層仿釉仿釉按特點(diǎn)分按特點(diǎn)分防護(hù)性防護(hù)性防護(hù)裝飾性防護(hù)裝飾性耐磨耐磨電絕緣層電絕緣層噴漆的底層噴漆的底層電鍍的底層電鍍的底層按用途分類按用途分類3、陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)及形成、陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)及形成（ 1 ）陽極氧化膜為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為致密無孔）陽極氧化膜為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為致密無孔的三氧化二鋁，稱為的三氧化二鋁，稱為阻擋層阻擋層；外層是由孔隙和孔；外層是由孔隙和孔壁組成的壁組成的多孔層多孔層。多孔層為六角形結(jié)構(gòu)。多孔層為六角形結(jié)構(gòu)（2）陽極氧化膜的生成是電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反）陽極氧化膜的生成是電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)兩種不同反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的結(jié)果。膜的生長是應(yīng)兩種不同反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的結(jié)果。膜的生長

11、是向向著基體一側(cè)著基體一側(cè)的，整個(gè)陽極氧化過程中氧化膜的厚的，整個(gè)陽極氧化過程中氧化膜的厚度都在增加，但隨電解時(shí)間的增加，氧化膜的增度都在增加，但隨電解時(shí)間的增加，氧化膜的增長速度下降長速度下降鋁合金氧化膜生成階段示意圖鋁合金氧化膜生成階段示意圖電化學(xué)溶解電化學(xué)溶解化學(xué)溶解化學(xué)溶解鋁陽極氧化特征曲線鋁陽極氧化特征曲線條件：條件：200g/L硫酸硫酸251A/dm2阻擋層阻擋層多孔層形成多孔層形成多孔層加厚多孔層加厚此時(shí)阻擋層生此時(shí)阻擋層生成速度與溶解成速度與溶解速度達(dá)到平衡速度達(dá)到平衡厚度厚度孔情況孔情況電阻電阻硬度硬度阻擋層阻擋層1050納米納米致密無孔致密無孔 電阻大電阻大 硬度高硬度高多

12、孔層多孔層250微米微米疏松多孔疏松多孔 電阻小電阻小 硬度低硬度低（3）阻擋層和多孔層的比較）阻擋層和多孔層的比較 （4）電滲液流）電滲液流 在電解液中水化了的外層氧化膜表面帶在電解液中水化了的外層氧化膜表面帶負(fù)電荷，而在其附近的溶液中排布著帶正電荷的離負(fù)電荷，而在其附近的溶液中排布著帶正電荷的離子，由于電勢(shì)差的作用，帶電質(zhì)點(diǎn)相對(duì)與固體壁發(fā)子，由于電勢(shì)差的作用，帶電質(zhì)點(diǎn)相對(duì)與固體壁發(fā)生電滲液流，即貼近孔壁帶正電荷的液層向孔外流生電滲液流，即貼近孔壁帶正電荷的液層向孔外流動(dòng)，而外部的新鮮電解液沿孔的中心軸流向孔內(nèi)，動(dòng)，而外部的新鮮電解液沿孔的中心軸流向孔內(nèi)，使孔內(nèi)電解液不斷更新，從而使孔加深并

13、擴(kuò)大使孔內(nèi)電解液不斷更新，從而使孔加深并擴(kuò)大 。電滲液流：電滲液流：電勢(shì)差電勢(shì)差氧化膜孔中的電滲液流示意圖氧化膜孔中的電滲液流示意圖+二、鋁及其合金的氧化膜的著色鋁及其合金的氧化膜的著色化學(xué)染色法化學(xué)染色法電解著色法電解著色法著色著色三、陽極氧化膜的封閉陽極氧化膜的封閉陽極氧化陽極氧化陽極氧化陽極氧化著色著色封閉封閉o封閉的目的封閉的目的o封閉的機(jī)理封閉的機(jī)理o封閉的方法封閉的方法（一）封閉的目的封閉的目的耐蝕耐蝕抗污抗污電絕緣電絕緣耐磨耐磨耐曬耐曬色彩牢固色彩牢固（二）封閉的機(jī)理封閉的機(jī)理1 利用利用水化作用水化作用使產(chǎn)物體積膨脹而堵塞孔隙使產(chǎn)物體積膨脹而堵塞孔隙2 利用利用鹽的水解作用鹽的

14、水解作用吸附阻化封閉吸附阻化封閉3 利用利用重鉻酸鉀形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜重鉻酸鉀形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜封閉封閉4 利用利用有機(jī)物填充有機(jī)物填充封閉封閉（三）封閉的方法封閉的方法熱水封閉熱水封閉水蒸氣封閉水蒸氣封閉鉻酸鹽封閉鉻酸鹽封閉有機(jī)物封閉有機(jī)物封閉金屬鹽的雙重封閉金屬鹽的雙重封閉水解鹽封閉水解鹽封閉常溫封閉常溫封閉機(jī)械拋光封閉機(jī)械拋光封閉其它封閉其它封閉固定劑固定劑Y/單寧酸單寧酸/水玻璃水玻璃封閉技術(shù)新進(jìn)展封閉技術(shù)新進(jìn)展 有機(jī)酸封閉法有機(jī)酸封閉法：是美國科學(xué)家：是美國科學(xué)家1995年提年提出的新技術(shù)其封閉原理為氧化膜與有出的新技術(shù)其封閉原理為氧化膜與有機(jī)酸發(fā)生化學(xué)作用，生成一種鋁皂類化機(jī)酸發(fā)生化學(xué)作用

15、，生成一種鋁皂類化合物填充于氧化膜的微孔中，將微孔閉合物填充于氧化膜的微孔中，將微孔閉合，并在陽極氧化膜的表面生成一層防合，并在陽極氧化膜的表面生成一層防水層水層。四四、陽極氧化膜的耐蝕性檢測(cè)陽極氧化膜的耐蝕性檢測(cè)點(diǎn)滴法：規(guī)定時(shí)間內(nèi)液滴不變綠點(diǎn)滴法：規(guī)定時(shí)間內(nèi)液滴不變綠重鉻酸鉀重鉻酸鉀3g鹽酸鹽酸(1.19)25mL蒸餾水蒸餾水75mL五五、不合格陽極氧化膜的退除不合格陽極氧化膜的退除磷酸磷酸(1.72) 35mL/L鉻酐鉻酐20g/L溫度溫度70-90時(shí)間時(shí)間退凈為止退凈為止精密件精密件氫氧化鈉氫氧化鈉 30-50g/L溫度溫度50-60時(shí)間時(shí)間退凈為止退凈為止粗糙件粗糙件10.3 鋼鐵的氧

16、化鋼鐵的氧化概述概述鋼鐵氧化的工藝條件及氧化膜鋼鐵氧化的工藝條件及氧化膜生成過程生成過程氧化膜的特點(diǎn)氧化膜的特點(diǎn)溶液配制溶液配制工藝流程工藝流程鈍化處理和浸油處理鈍化處理和浸油處理鋼鐵的常溫發(fā)黑工藝鋼鐵的常溫發(fā)黑工藝不合格氧化膜的退除不合格氧化膜的退除一一、概述概述 通常是在含有通常是在含有氧化劑氧化劑（硝酸鈉或亞硝酸鈉）（硝酸鈉或亞硝酸鈉）的氫氧化鈉溶液的氫氧化鈉溶液中，接近中，接近沸點(diǎn)沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行的。它使制的溫度下進(jìn)行的。它使制品表面生成一層均勻的藍(lán)黑到黑色的磁品表面生成一層均勻的藍(lán)黑到黑色的磁性氧化膜（四氧化三鐵）轉(zhuǎn)化膜。金屬性氧化膜（四氧化三鐵）轉(zhuǎn)化膜。金屬上的轉(zhuǎn)化膜（四氧化三鐵）

17、是由氧化物上的轉(zhuǎn)化膜（四氧化三鐵）是由氧化物從金屬從金屬/溶液界面液相區(qū)的飽和溶液中結(jié)溶液界面液相區(qū)的飽和溶液中結(jié)晶析出的。鋼鐵的氧化也稱發(fā)黑或發(fā)藍(lán)。晶析出的。鋼鐵的氧化也稱發(fā)黑或發(fā)藍(lán)。鋼鐵的氧化處理鋼鐵的氧化處理： 膜的厚度：膜的厚度：0.51.5微米，氧化處理不影微米，氧化處理不影響零件的精度響零件的精度 膜的顏色：黑色或藍(lán)黑色；鑄鋼及含硅膜的顏色：黑色或藍(lán)黑色；鑄鋼及含硅的特種鋼呈褐色或黑褐色；膜層有光澤的特種鋼呈褐色或黑褐色；膜層有光澤 膜層具有良好的可擦拭性能膜層具有良好的可擦拭性能 氧化膜后處理，提高耐蝕性和潤滑性氧化膜后處理，提高耐蝕性和潤滑性 適用范圍廣適用范圍廣 適用范圍適用

18、范圍機(jī)械機(jī)械精密儀器精密儀器儀表儀表武器武器日用品日用品不允許電鍍或涂裝的零件不允許電鍍或涂裝的零件在油中工作的精密零件在油中工作的精密零件彈簧鋼、鋼絲、薄鋼片彈簧鋼、鋼絲、薄鋼片 鋼鐵氧化方法鋼鐵氧化方法堿性氧化法（發(fā)藍(lán)）堿性氧化法（發(fā)藍(lán)）無堿氧化法無堿氧化法酸性氧化法酸性氧化法氧化磷化法氧化磷化法常溫發(fā)黑常溫發(fā)黑(發(fā)藍(lán)發(fā)藍(lán))氫氧化鈉黃血鹽氧化法氫氧化鈉黃血鹽氧化法冷氧化法冷氧化法二二、鋼鐵氧化的工藝條件鋼鐵氧化的工藝條件 及氧化膜生成過程及氧化膜生成過程氫氧化鈉氫氧化鈉550-650g/L亞硝酸鈉亞硝酸鈉150-200g/L溫度溫度135-145時(shí)間時(shí)間15-60min單槽法單槽法第一槽第

19、一槽氫氧化鈉氫氧化鈉500-650g/L亞硝酸鈉亞硝酸鈉100-150g/L溫度溫度130-135時(shí)間時(shí)間10-20min雙槽法雙槽法第二槽第二槽氫氧化鈉氫氧化鈉700-8000g/L亞硝酸鈉亞硝酸鈉150-200g/L溫度溫度145-152時(shí)間時(shí)間45-60min保護(hù)性能好的藍(lán)黑色保護(hù)性能好的藍(lán)黑色光亮的氧化膜光亮的氧化膜較厚的黑色光亮的氧較厚的黑色光亮的氧化膜化膜1. 表面金屬的溶解表面金屬的溶解4Fe + NaNO3 + 7NaOH 4Na2FeO2 + 2H2O NH33Fe + NaNO2 + 5NaOH 3Na2FeO2 + H2O NH32. 亞鐵酸鈉被氧化成鐵酸鈉亞鐵酸鈉被氧化成鐵酸鈉 8Na2FeO2+NaNO3+6H2O 4Na2Fe2O4+9NaOH+NH3 6Na2FeO2+NaNO2+5H2O 3Na2Fe2O4+7NaOH+NH33. 氧化物自飽和溶液中析出氧化物自飽和溶液中析出Na2Fe2O4 + Na2FeO2 + 2H2O Fe3O4 + 4NaOHNa2Fe2O4 + (m+1)H2O Fe2O3 mH2O + 2NaOH氫氧化鐵的水合物氫氧化鐵的水合物氫氧化鐵的水合物在高溫槽中脫去部分結(jié)晶水氫氧化鐵的水合物在高溫槽中脫去部分結(jié)晶水Fe2O3 mH2O Fe2O3 (m-n)H2O +