第6章_化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

1、表面工程表面工程第六章第六章 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜化學(xué)轉(zhuǎn)化膜6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 鋼鐵的化學(xué)氧化和磷化處理鋼鐵的化學(xué)氧化和磷化處理6.3 6.3 鋁及其合金的氧化處理鋁及其合金的氧化處理6.4 6.4 微弧氧化微弧氧化6.5 6.5 轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向2022-5-243/461.1.定義定義p許多金屬都有在表面上生成較穩(wěn)定的氧化膜的傾向，許多金屬都有在表面上生成較穩(wěn)定的氧化膜的傾向，這些膜在特定條件下能起保護(hù)作用這些膜在特定條件下能起保護(hù)作用金屬的鈍性金屬的鈍性化學(xué)轉(zhuǎn)化膜化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：使使金屬金屬與與特定的腐蝕液特定的腐蝕液相接觸，在一定相接觸，在一定條件下發(fā)生條

2、件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成一層附著力良，在金屬表面形成一層附著力良好的好的難溶的生成物膜層難溶的生成物膜層。6.1 概述概述2022-5-244/46有基體金屬的直接參與反應(yīng)生成、結(jié)合力大。 幾乎所有金屬都可在選定的介質(zhì)中通過轉(zhuǎn)化處理得到不同應(yīng)幾乎所有金屬都可在選定的介質(zhì)中通過轉(zhuǎn)化處理得到不同應(yīng)用目的的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。目前應(yīng)用較多的是鋼鐵、鋁、鋅、銅、用目的的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。目前應(yīng)用較多的是鋼鐵、鋁、鋅、銅、鎂及其合金。鎂及其合金。 拜斯泰克拜斯泰克 （BiextexBiextex） 和和 WeberWeber提出反應(yīng)式：提出反應(yīng)式： 其中：其中：M M表面金屬，表面金屬，A AZ- Z

3、- 介質(zhì)中價(jià)態(tài)為介質(zhì)中價(jià)態(tài)為z z的陰離子的陰離子nZeAMnAmMnmz2.2.基本原基本原理理2022-5-245/46按獲得方法：按獲得方法：化學(xué)法化學(xué)法 電化學(xué)法電化學(xué)法按膜的主要組成物類型按膜的主要組成物類型: : 氧化物膜氧化物膜 磷酸鹽膜磷酸鹽膜 鉻酸鹽膜鉻酸鹽膜 草酸鹽膜草酸鹽膜3.3.分類分類2022-5-246/46防銹防銹 降低金屬本身的化學(xué)活性降低金屬本身的化學(xué)活性 對(duì)環(huán)境介質(zhì)的隔離作用對(duì)環(huán)境介質(zhì)的隔離作用耐磨耐磨 提高硬度、減少摩擦阻力、吸油（磷酸鹽膜）提高硬度、減少摩擦阻力、吸油（磷酸鹽膜）涂裝底層涂裝底層 作為金屬鍍層的底層作為金屬鍍層的底層防電偶腐蝕防電偶腐蝕

4、增大兩金屬表面間的接觸電阻增大兩金屬表面間的接觸電阻 降低配偶金屬之間的電位差降低配偶金屬之間的電位差4.4.基本用途基本用途2022-5-247/46塑性加工塑性加工 減少拉拔力及次數(shù)、延長拉拔模具壽命減少拉拔力及次數(shù)、延長拉拔模具壽命絕緣絕緣 磷酸鹽膜層是電的不良導(dǎo)體磷酸鹽膜層是電的不良導(dǎo)體裝飾裝飾 自身的裝飾作用、多孔性吸附作用（吸自身的裝飾作用、多孔性吸附作用（吸色料）色料）2022-5-248/466.2 鋼鐵的化學(xué)氧化和磷化處理鋼鐵的化學(xué)氧化和磷化處理 1 1鋼鐵的氧化處理鋼鐵的氧化處理高溫化學(xué)氧化高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化）（堿性化學(xué)氧化）常溫化學(xué)氧化常溫化學(xué)氧化（酸性化學(xué)氧化）

5、（酸性化學(xué)氧化）發(fā)藍(lán)或發(fā)黑：發(fā)藍(lán)或發(fā)黑：鋼鐵在含有鋼鐵在含有氧化劑氧化劑的溶液中進(jìn)行處理，的溶液中進(jìn)行處理，使其表面生成一層均勻的使其表面生成一層均勻的藍(lán)黑到黑色藍(lán)黑到黑色膜層膜層的過程的過程2022-5-249/46化學(xué)反應(yīng)機(jī)理化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 ：在強(qiáng)堿（在強(qiáng)堿（氫氧化鈉）氫氧化鈉）溶液里添加氧化劑（溶液里添加氧化劑（亞硝酸納）亞硝酸納），在在135145，6090min 肥皂液，肥皂液，35min 水洗、干燥及浸油水洗、干燥及浸油表面表面生成生成極薄的極薄的Fe3O4為主要成分的氧化膜為主要成分的氧化膜、0.51.5m提高零件的耐蝕性、潤滑性、改善外觀提高零件的耐蝕性、潤滑性、改善外觀（1 1

6、）高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化）高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化）2022-5-2410/46熱水洗熱水洗2022-5-2411/46 常溫發(fā)黑溶液主要成分是常溫發(fā)黑溶液主要成分是CuSO4，二氧化硒，二氧化硒SeO2 ，各種催化劑，緩沖劑，絡(luò)合劑與輔助材料。各種催化劑，緩沖劑，絡(luò)合劑與輔助材料。n發(fā)黑機(jī)理：發(fā)黑機(jī)理： nSeO2溶于水中生成亞硒酸溶于水中生成亞硒酸(H2SeO3)：n SeO2 + H2O H2SeO3 n鋼鐵浸入發(fā)黑液后，溶液中的鋼鐵浸入發(fā)黑液后，溶液中的Cu離子與離子與Fe發(fā)生置換反發(fā)生置換反應(yīng)，銅覆蓋在鋼鐵表面，并伴隨應(yīng)，銅覆蓋在鋼鐵表面，并伴隨Fe的溶解：的溶解：n CuSO

7、4 + Fe FeSO4+Cun金屬金屬Cu與與H2SeO3發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成黑色的硒化發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成黑色的硒化銅膜，同時(shí)伴隨著副反應(yīng)發(fā)生，生成銅膜，同時(shí)伴隨著副反應(yīng)發(fā)生，生成CuSeO3的掛灰成分：的掛灰成分： n 3Cu+ 3H2SeO3 CuSe + 2CuSeO3 + 3H2O （2 2）常溫化學(xué)氧化（酸性化學(xué)氧化）常溫化學(xué)氧化（酸性化學(xué)氧化）2022-5-2412/46特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 氧化速度快，氧化速度快，2. 膜層抗蝕性好，膜層抗蝕性好，3. 節(jié)能、高效、成本低，節(jié)能、高效、成本低，4. 操作簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，5. 環(huán)境污染小。環(huán)境污染小。后處理：后處理：皂化處理、浸

8、油皂化處理、浸油或在鉻酸鹽溶液里進(jìn)或在鉻酸鹽溶液里進(jìn)行行填充處理填充處理2022-5-2413/462 2鋼鐵磷化鋼鐵磷化定義：定義：金屬在含有金屬在含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處中進(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面生成一層難溶于水的理，使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜。磷酸鹽保護(hù)膜。性能：性能：520m，暗灰到黑灰色。，暗灰到黑灰色。 微孔結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固，良好的吸附、潤滑、耐蝕微孔結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固，良好的吸附、潤滑、耐蝕性，不粘附熔融金屬性，不粘附熔融金屬（錫、鋁、鋅）（錫、鋁、鋅）及絕緣性。及絕緣性。作用：作用：涂料的底層，冷加工時(shí)潤滑層，金屬表面保護(hù)層，涂料的底

9、層，冷加工時(shí)潤滑層，金屬表面保護(hù)層，硅鋼片的絕緣處理，壓鑄模具的防粘處理。硅鋼片的絕緣處理，壓鑄模具的防粘處理。特點(diǎn)：特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、生產(chǎn)效率高設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、生產(chǎn)效率高2022-5-2414/461 1、磷化膜的形成機(jī)理、磷化膜的形成機(jī)理n磷化處理是在含錳、鐵、鋅的磷化處理是在含錳、鐵、鋅的磷酸二氫鹽磷酸二氫鹽與磷酸與磷酸組成的溶液中進(jìn)行的。組成的溶液中進(jìn)行的。n這些磷酸二氫鹽可用這些磷酸二氫鹽可用M(H2PO4)2表示。表示。n處理過程中，生成含錳、鐵、鋅的一價(jià)、二價(jià)和處理過程中，生成含錳、鐵、鋅的一價(jià)、二價(jià)和三價(jià)磷酸鹽。三價(jià)磷酸鹽。n一價(jià)磷酸鹽可溶，二價(jià)磷酸

10、鹽稍溶，一價(jià)磷酸鹽可溶，二價(jià)磷酸鹽稍溶，三價(jià)磷酸鹽三價(jià)磷酸鹽不溶解不溶解。n三價(jià)磷酸鹽在金屬表面沉積即形成所謂的磷化膜。三價(jià)磷酸鹽在金屬表面沉積即形成所謂的磷化膜。 2022-5-2415/46l含有錳、鐵、鋅的磷酸二氫鹽與磷酸含有錳、鐵、鋅的磷酸二氫鹽與磷酸434242)(POHMHPOPOHM432434)(3POHPOMMHPO432432424)()(3POHPOFePOHFe224243)(2HPOHFePOHFel磷化層：磷化層：Fe3(PO4)2, Mn3(PO4)2, Zn3(PO4)22022-5-2416/462 2、磷化處理工藝、磷化處理工藝（1）高溫磷化）高溫磷化 90

11、98優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：膜層厚、耐蝕性、結(jié)合力、耐磨性都較好，磷化速度快膜層厚、耐蝕性、結(jié)合力、耐磨性都較好，磷化速度快缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：工作溫度高、能耗大、溶液蒸發(fā)量大，結(jié)晶粗細(xì)不均工作溫度高、能耗大、溶液蒸發(fā)量大，結(jié)晶粗細(xì)不均（2）中溫磷化）中溫磷化 5070優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：耐蝕性較好、溶液穩(wěn)定、速度快，生產(chǎn)效率高耐蝕性較好、溶液穩(wěn)定、速度快，生產(chǎn)效率高缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：溶液成分較復(fù)雜，調(diào)整麻煩溶液成分較復(fù)雜，調(diào)整麻煩（3）常溫磷化）常溫磷化 1535優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不需加熱，節(jié)約能源，成本低、溶液穩(wěn)定不需加熱，節(jié)約能源，成本低、溶液穩(wěn)定缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：膜層耐蝕性、結(jié)合力差，處理時(shí)間長、效率低膜層耐蝕性、結(jié)合力差，處理時(shí)

12、間長、效率低2022-5-2417/463 3、后處理、后處理填充填充 重鉻酸鉀重鉻酸鉀+碳酸鈉碳酸鈉 9098 510min填充后，根據(jù)需要在錠子油、防銹油或潤滑油填充后，根據(jù)需要在錠子油、防銹油或潤滑油中進(jìn)行封閉。中進(jìn)行封閉。如需涂漆，應(yīng)在鈍化處理干燥后進(jìn)行，工序間如需涂漆，應(yīng)在鈍化處理干燥后進(jìn)行，工序間隔不超過隔不超過24小時(shí)。小時(shí)。2022-5-2418/466.3 鋁及其合金的氧化處理鋁及其合金的氧化處理（一）化學(xué)氧化（一）化學(xué)氧化l按溶液性質(zhì)按溶液性質(zhì)：堿性氧化法、酸性氧化法：堿性氧化法、酸性氧化法l按膜層性質(zhì)按膜層性質(zhì)：氧化物膜、磷酸鹽膜氧化物膜、磷酸鹽膜 鉻酸鹽膜、鉻酸鉻酸鹽膜

13、、鉻酸磷酸鹽膜磷酸鹽膜特點(diǎn)：特點(diǎn)：氧化膜較?。ㄑ趸ぽ^?。?.54m），且多孔、質(zhì)軟，），且多孔、質(zhì)軟，具有較好的吸附性具有較好的吸附性用途：用途：有機(jī)涂層的底層、耐磨性、耐蝕性稍差有機(jī)涂層的底層、耐磨性、耐蝕性稍差2022-5-2419/46（二）陽極氧化（電化學(xué)氧化處理）（二）陽極氧化（電化學(xué)氧化處理）特點(diǎn)：特點(diǎn)：厚度厚度520m，有較高硬度、耐蝕性、耐，有較高硬度、耐蝕性、耐熱和絕緣性，熱和絕緣性，多孔多孔，有很好的，有很好的吸附能力吸附能力定義：定義：將鋁或鋁合金制件浸沉于將鋁或鋁合金制件浸沉于酸性電解液酸性電解液中，中，在外電流作用下作為在外電流作用下作為陽極陽極，在制件表面上形，在

14、制件表面上形成與基體牢固結(jié)合的成與基體牢固結(jié)合的氧化膜層氧化膜層。2022-5-2420/462022-5-2421/461 1、氧化膜的形成與生長、氧化膜的形成與生長l中等溶解能力的中等溶解能力的酸性溶液酸性溶液，鉛鉛作為陰極，僅起導(dǎo)電作用作為陰極，僅起導(dǎo)電作用陽極反應(yīng)：陽極反應(yīng)：3232OAlOAlOHAlHOAl2332326222HeH233262HAlHAlHOeOH222陰極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：l同時(shí)酸對(duì)鋁和生成的氧化膜進(jìn)行化學(xué)同時(shí)酸對(duì)鋁和生成的氧化膜進(jìn)行化學(xué)溶解溶解l氧化膜的生長過程就是其不斷生成和不斷溶解的過程2022-5-2422/46整個(gè)陽極氧化電壓整個(gè)陽極氧化電壓時(shí)間曲線大致

15、分三段時(shí)間曲線大致分三段第一段第一段ab（A段）：段）：無孔層形成無孔層形成，連續(xù)、絕緣，連續(xù)、絕緣，0.010.1m第二段第二段bc（B段）：段）：多孔層形成多孔層形成，溶解作用開始，最薄處空穴，溶解作用開始，最薄處空穴， 電壓下降電壓下降1015%第三段第三段cd（C段）：段）：多孔層增厚多孔層增厚2022-5-2423/462 2、陽極氧化工藝、陽極氧化工藝 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 硼酸陽極氧化硼酸陽極氧化2022-5-2424/463 3、著色處理、著色處理1 1）無機(jī)顏料著色）無機(jī)顏料著色機(jī)理：機(jī)理：物理吸附物理吸附，即無機(jī)顏料吸

16、附于膜層微孔的表，即無機(jī)顏料吸附于膜層微孔的表面進(jìn)行填充面進(jìn)行填充2 2）有機(jī)染料著色）有機(jī)染料著色機(jī)理：機(jī)理：物理吸附、化學(xué)吸附與化學(xué)反應(yīng)物理吸附、化學(xué)吸附與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合相結(jié)合3 3）電解著色）電解著色機(jī)理：機(jī)理：在含有重金屬鹽的電解液中進(jìn)行電解在含有重金屬鹽的電解液中進(jìn)行電解2022-5-2425/464 4、氧化膜的封閉處理、氧化膜的封閉處理孔隙率高，吸附性強(qiáng)，孔隙率高，吸附性強(qiáng)，易污染易污染（1 1）沸水和蒸氣封閉法）沸水和蒸氣封閉法OnHOAlOnHOAl232232-Al2O3 一水化合物一水化合物 體積增加體積增加33% 三水化合物三水化合物 體積增加體積增加310%原理：原理

17、：較高溫度下無水氧化鋁的水化作用較高溫度下無水氧化鋁的水化作用2022-5-2426/46（2 2）水解鹽封閉法）水解鹽封閉法原理：原理：鈷鹽、鎳鹽的極稀溶液被氧化膜吸附后，發(fā)生鈷鹽、鎳鹽的極稀溶液被氧化膜吸附后，發(fā)生水解水解HOHNiOHNi2)(2222HOHCoOHCo2)(2222lNi(OH)2, Co(OH)2沉積在氧化膜的微孔中，將孔封閉沉積在氧化膜的微孔中，將孔封閉2022-5-2427/46（4 4）填充封閉法）填充封閉法有機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)如：透明清漆、熔融石蠟，各種樹脂及干性油等。如：透明清漆、熔融石蠟，各種樹脂及干性油等。（3 3）重鉻酸鹽封閉法）重鉻酸鹽封閉法原理：原理：

18、填充及水化填充及水化雙重封閉作用雙重封閉作用較高溫度下生成較高溫度下生成堿式鉻酸鋁及重鉻酸鋁堿式鉻酸鋁及重鉻酸鋁沉淀于膜孔，沉淀于膜孔，熱溶液使氧化膜產(chǎn)生水化熱溶液使氧化膜產(chǎn)生水化2022-5-2428/462022-5-2429/465、影響氧化膜質(zhì)量的因素影響氧化膜質(zhì)量的因素 n硫酸濃度：通常采用硫酸濃度：通常采用15152020。濃度升高，。濃度升高，膜的溶解速度加大，膜的生長速度降低，膜的孔膜的溶解速度加大，膜的生長速度降低，膜的孔隙率高，吸附力強(qiáng)，富有彈性，染色性好（易于隙率高，吸附力強(qiáng)，富有彈性，染色性好（易于染深色），但硬度，耐磨性略差；而降低硫酸濃染深色），但硬度，耐磨性略差；

19、而降低硫酸濃度，則氧化膜生長速度加快，膜的孔隙少，硬度度，則氧化膜生長速度加快，膜的孔隙少，硬度高，耐磨性好。高，耐磨性好。n電解液溫度：電解液溫度對(duì)氧化膜質(zhì)量影響很電解液溫度：電解液溫度對(duì)氧化膜質(zhì)量影響很大。溫度升高，膜的溶解速度加大，膜厚降低。大。溫度升高，膜的溶解速度加大，膜厚降低。因此，生產(chǎn)時(shí)必須嚴(yán)格控制電解液的溫度。要制因此，生產(chǎn)時(shí)必須嚴(yán)格控制電解液的溫度。要制取厚而硬的氧化膜時(shí)，必須降低操作溫度，在氧取厚而硬的氧化膜時(shí)，必須降低操作溫度，在氧化過程中采用壓縮空氣攪拌和比較低的溫度，通化過程中采用壓縮空氣攪拌和比較低的溫度，通常在零度左右進(jìn)行硬質(zhì)氧化。常在零度左右進(jìn)行硬質(zhì)氧化。202

20、2-5-2430/46n電流密度：在一定限度內(nèi)，電流密度升高，膜生長速度電流密度：在一定限度內(nèi)，電流密度升高，膜生長速度升高，氧化時(shí)間縮短，生成膜的孔隙多，易于著色，且硬升高，氧化時(shí)間縮短，生成膜的孔隙多，易于著色，且硬度和耐磨性升高；電流密度過高，則會(huì)因焦耳熱的影響，度和耐磨性升高；電流密度過高，則會(huì)因焦耳熱的影響，使零件表面過熱和局部溶液溫度升高，膜的溶解速度升高，使零件表面過熱和局部溶液溫度升高，膜的溶解速度升高，且有燒毀零件的可能；電流密度過低，則膜生長速度緩慢，且有燒毀零件的可能；電流密度過低，則膜生長速度緩慢，但生成的膜較致密，硬度和耐磨性降低。但生成的膜較致密，硬度和耐磨性降低。

21、n氧化時(shí)間：氧化時(shí)間的選擇，取決于電解液濃度、溫度、氧化時(shí)間：氧化時(shí)間的選擇，取決于電解液濃度、溫度、陽極電流密度和所需要的膜厚。相同條件下陽極電流密度和所需要的膜厚。相同條件下, ,當(dāng)電流密度恒當(dāng)電流密度恒定時(shí)定時(shí), ,膜的生長速度與氧化時(shí)間成正比；但當(dāng)膜生長到一定膜的生長速度與氧化時(shí)間成正比；但當(dāng)膜生長到一定厚度時(shí)厚度時(shí), ,由于膜電阻升高由于膜電阻升高, ,影響導(dǎo)電能力影響導(dǎo)電能力, ,而且由于溫升而且由于溫升, ,膜的膜的溶解速度增大，所以膜的生長速度會(huì)逐漸降低，到最后不溶解速度增大，所以膜的生長速度會(huì)逐漸降低，到最后不再增加。再增加。2022-5-2431/46n攪拌和移動(dòng)：可促使電

22、解液對(duì)流攪拌和移動(dòng)：可促使電解液對(duì)流,強(qiáng)化冷卻效果，保證強(qiáng)化冷卻效果，保證溶液溫度的均勻性，不會(huì)造成因金屬局部升溫而導(dǎo)致氧化溶液溫度的均勻性，不會(huì)造成因金屬局部升溫而導(dǎo)致氧化膜的質(zhì)量下降。膜的質(zhì)量下降。n電解液中的雜質(zhì)：在鋁陽極氧化所用電解液中可能存在電解液中的雜質(zhì)：在鋁陽極氧化所用電解液中可能存在的雜質(zhì)有的雜質(zhì)有Cl, F, NO3, Cu2+, Al3+, Fe2+等。其中等。其中Cl,F,NO3使膜的孔隙率增加使膜的孔隙率增加,表面粗糙和疏松。若其含表面粗糙和疏松。若其含量超過極限值量超過極限值,甚至?xí)怪萍l(fā)生腐蝕穿孔（甚至?xí)怪萍l(fā)生腐蝕穿孔（Cl應(yīng)小于應(yīng)小于0.05g/L,F應(yīng)小于

23、應(yīng)小于0.01g/L）；當(dāng)電解液中）；當(dāng)電解液中Al3+含量超過一含量超過一定值時(shí)，往往使工件表面出現(xiàn)白點(diǎn)或斑狀白塊定值時(shí)，往往使工件表面出現(xiàn)白點(diǎn)或斑狀白塊,并使膜的并使膜的吸附性能下降吸附性能下降,染色困難（染色困難（Al3+應(yīng)小于應(yīng)小于20g/L）；當(dāng)）；當(dāng)Cu2+含含量達(dá)量達(dá)0.02g/L時(shí)，氧化膜上會(huì)出現(xiàn)暗色條紋或黑色斑點(diǎn)；時(shí)，氧化膜上會(huì)出現(xiàn)暗色條紋或黑色斑點(diǎn)；Si2+常以懸浮狀態(tài)存在于電解液中常以懸浮狀態(tài)存在于電解液中,使電解液微量混濁使電解液微量混濁,以以褐色粉狀物吸附于膜上。褐色粉狀物吸附于膜上。 2022-5-2432/46n鋁合金成分：一般來說鋁合金成分：一般來說, ,鋁金屬

24、中的其它元素使膜的質(zhì)量鋁金屬中的其它元素使膜的質(zhì)量下降，且得到的氧化膜沒有純鋁上得到的厚下降，且得到的氧化膜沒有純鋁上得到的厚, ,硬度也低，不硬度也低，不同成分的鋁合金同成分的鋁合金, ,在進(jìn)行陽極氧化處理時(shí)要注意不能同槽進(jìn)在進(jìn)行陽極氧化處理時(shí)要注意不能同槽進(jìn)行。行。2022-5-2433/466.4 微弧氧化微弧氧化n定義：定義：微弧氧化微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)又稱又稱微等離子體氧化，是通過電解液與相應(yīng)電參數(shù)的微等離子體氧化，是通過電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，

25、生長出以基體金屬氧產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層?；餅橹鞯奶沾赡?。n在微弧氧化過程中，化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、等在微弧氧化過程中，化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、等離子體氧化同時(shí)存在，因此陶瓷層的形成過程非離子體氧化同時(shí)存在，因此陶瓷層的形成過程非常復(fù)雜，至今還沒有一個(gè)合理的模型能全面描述常復(fù)雜，至今還沒有一個(gè)合理的模型能全面描述陶瓷層的形成。陶瓷層的形成。 2022-5-2434/461、發(fā)展歷史、發(fā)展歷史n3030年代初期，第一次報(bào)道了在高電場(chǎng)下，浸在液體里金屬年代初期，第一次報(bào)道了在高電場(chǎng)下，浸在液體里金屬表面出現(xiàn)火花放電現(xiàn)象，火花對(duì)氧化膜具有表面出現(xiàn)火花放電現(xiàn)象，

26、火花對(duì)氧化膜具有破壞破壞作用。后作用。后來研究發(fā)現(xiàn)利用此現(xiàn)象也可來研究發(fā)現(xiàn)利用此現(xiàn)象也可生成氧化膜生成氧化膜。n此技術(shù)最初采用此技術(shù)最初采用直流模式直流模式，應(yīng)用于鎂合金的防腐上，直到，應(yīng)用于鎂合金的防腐上，直到現(xiàn)在，鎂合金火花放電陽極氧化技術(shù)仍在研究開發(fā)之中。現(xiàn)在，鎂合金火花放電陽極氧化技術(shù)仍在研究開發(fā)之中。n約從約從7070年代開始，美國和德國等用直流或單向脈沖電源開年代開始，美國和德國等用直流或單向脈沖電源開始研究始研究AlAl、TiTi等閥金屬表面火花放電沉積膜。等閥金屬表面火花放電沉積膜。n俄羅斯的研究人員俄羅斯的研究人員19771977年開始此技術(shù)的研究。他們采用年開始此技術(shù)的研究

27、。他們采用交交流電流電壓模式，使用電壓比火花放電陽極氧化高，并稱之為壓模式，使用電壓比火花放電陽極氧化高，并稱之為微弧氧化。微弧氧化。2022-5-2435/46n進(jìn)入進(jìn)入9090年代以來，美、德、俄、日等國加快了微年代以來，美、德、俄、日等國加快了微弧氧化或火花放電陽極氧化技術(shù)的研究開發(fā)工作。弧氧化或火花放電陽極氧化技術(shù)的研究開發(fā)工作。n我國從我國從9090年代初開始關(guān)注此技術(shù)，目前仍處于起年代初開始關(guān)注此技術(shù)，目前仍處于起步階段。步階段。n目前目前俄羅斯俄羅斯在研究規(guī)模和水平上在研究規(guī)模和水平上占據(jù)優(yōu)勢(shì)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。使用。使用交流電源在鋁合金表面生長的陶瓷氧化膜性能比交流電源在鋁合金表面生長的

28、陶瓷氧化膜性能比直流電源高得多，交流模式是微弧氧化技術(shù)的重直流電源高得多，交流模式是微弧氧化技術(shù)的重要發(fā)展方向。要發(fā)展方向。2022-5-2436/462、微弧氧化技術(shù)的原理、微弧氧化技術(shù)的原理n1）Al、Mg、Ti等閥金屬樣品放入電解液中，通電后金屬等閥金屬樣品放入電解液中，通電后金屬表面立即生成很薄一層完整的氧化物絕緣膜。表面立即生成很薄一層完整的氧化物絕緣膜。n2）當(dāng)樣品上的電壓超過某一臨界值時(shí)，這層絕緣膜上某）當(dāng)樣品上的電壓超過某一臨界值時(shí)，這層絕緣膜上某些薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)生微弧放電現(xiàn)象。些薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)生微弧放電現(xiàn)象。n3）因?yàn)閾舸┛偸窃谘趸は鄬?duì)薄弱部位發(fā)生，因此最終）因?yàn)閾?/p>

29、穿總是在氧化膜相對(duì)薄弱部位發(fā)生，因此最終生成的氧化膜是均勻的。生成的氧化膜是均勻的。n4）在以鋁、鈦、鎂金屬及其合金表面形成優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)化陶）在以鋁、鈦、鎂金屬及其合金表面形成優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)化陶瓷膜。達(dá)到表面強(qiáng)化的目的。瓷膜。達(dá)到表面強(qiáng)化的目的。 2022-5-2437/462022-5-2438/463、微弧氧化技術(shù)的突出特點(diǎn)、微弧氧化技術(shù)的突出特點(diǎn)n（1）大幅度地提高了材料的表面硬度，顯微硬度在）大幅度地提高了材料的表面硬度，顯微硬度在1000至至2000HV，最高可達(dá)，最高可達(dá)3000HV，可與硬質(zhì)合金相媲美，大，可與硬質(zhì)合金相媲美，大大超過熱處理后的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度；大超過熱處

30、理后的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度；n（2）良好的耐磨性能；）良好的耐磨性能；n（3）良好的耐熱性及抗腐蝕性。從根本上克服了鋁、鎂、）良好的耐熱性及抗腐蝕性。從根本上克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應(yīng)用中的缺點(diǎn)，因此該技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前鈦合金材料在應(yīng)用中的缺點(diǎn)，因此該技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景；景；n（4）有良好的絕緣性能，絕緣電阻可達(dá)）有良好的絕緣性能，絕緣電阻可達(dá)100M；n（5）溶液為環(huán)保型，符合環(huán)保排放要求；）溶液為環(huán)保型，符合環(huán)保排放要求；n（6）工藝穩(wěn)定可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單；）工藝穩(wěn)定可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單；n（7）反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，操作方便，易于掌握；）反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，操作方便，易于掌握；n（8）

31、基體原位生長陶瓷膜，結(jié)合牢固，陶瓷膜致密均勻。）基體原位生長陶瓷膜，結(jié)合牢固，陶瓷膜致密均勻。 2022-5-2439/464、微弧氧化所需設(shè)備、微弧氧化所需設(shè)備n1、輸入電源、輸入電源 n 三相三相380V電壓。電壓。 n2、微弧氧化電源、微弧氧化電源 n因電壓要求較高，需專門定制。通常配備硅變壓器。因電壓要求較高，需專門定制。通常配備硅變壓器。 n電源輸出電壓：電源輸出電壓：0750V可調(diào)可調(diào) n電源輸出最大電流：電源輸出最大電流：5A、10A、30A、50A、100A等等可選。可選。 n3、微弧氧化槽及配套設(shè)施、微弧氧化槽及配套設(shè)施 n槽體可選用槽體可選用PP、PVC等材質(zhì)，外套不銹鋼加

32、固?？傻炔馁|(zhì)，外套不銹鋼加固。可外加冷卻設(shè)施或配冷卻內(nèi)膽。外加冷卻設(shè)施或配冷卻內(nèi)膽。 n4、掛具及陰極材料、掛具及陰極材料 n掛具可選用鋁或鋁合金材質(zhì)，陰極材料選用不溶性金掛具可選用鋁或鋁合金材質(zhì)，陰極材料選用不溶性金屬材料，推薦不銹鋼。屬材料，推薦不銹鋼。 2022-5-2440/46 HD-30型微弧氧化脈型微弧氧化脈沖電源設(shè)備沖電源設(shè)備 配冷卻內(nèi)膽的微弧氧化配冷卻內(nèi)膽的微弧氧化槽槽 2022-5-2441/462022-5-2442/465、微弧氧化槽液、微弧氧化槽液n微弧氧化主要針對(duì)鋁、鎂、鈦等材質(zhì)。鋁鈦可選用同微弧氧化主要針對(duì)鋁、鎂、鈦等材質(zhì)。鋁鈦可選用同一種液體。一種液體。 n1.

33、 氧化液密度：不同液體有不同比重，大體比重在氧化液密度：不同液體有不同比重，大體比重在1.01.1不等。不等。 n2. 氧化液工作電壓：氧化液工作電壓：400V750V。 n3. 電流密度：液體不同，工件電流密度不同。大體約：每電流密度：液體不同，工件電流密度不同。大體約：每平方分米平方分米0.010.1安培。但也有大電流情況出現(xiàn)，且超過安培。但也有大電流情況出現(xiàn)，且超過每平方分米每平方分米8安培。安培。 n4. 微弧氧化時(shí)間：微弧氧化時(shí)間：1060分鐘，時(shí)間越長，膜層越致密，分鐘，時(shí)間越長，膜層越致密，但粗糙度也增加。但粗糙度也增加。 n5. 液體酸堿度：堿性，液體酸堿度：堿性，PH通常為通

34、常為813 n6. 微弧氧化工藝流程：去油微弧氧化工藝流程：去油 - 水洗水洗 - 微弧氧化微弧氧化 - 純純水洗水洗 - 封閉封閉 2022-5-2443/466、微弧氧化影響因素、微弧氧化影響因素n1. 工件材質(zhì)及表面狀態(tài)工件材質(zhì)及表面狀態(tài) n（1）微弧氧化對(duì)鋁材要求不高，不管是含銅或是含）微弧氧化對(duì)鋁材要求不高，不管是含銅或是含硅的難以陽極氧化的鋁合金，均可用于微弧氧化，且能得硅的難以陽極氧化的鋁合金，均可用于微弧氧化，且能得到理想膜層。到理想膜層。 n（2）表面狀態(tài)一般不需要經(jīng)過拋光處理，對(duì)于粗糙）表面狀態(tài)一般不需要經(jīng)過拋光處理，對(duì)于粗糙的表面，經(jīng)過微弧氧化，可修復(fù)得平整光滑；對(duì)于光滑

35、的的表面，經(jīng)過微弧氧化，可修復(fù)得平整光滑；對(duì)于光滑的表面，則會(huì)增加粗糙度。表面，則會(huì)增加粗糙度。 n2. 液體成分對(duì)氧化造成的影響液體成分對(duì)氧化造成的影響 n電解液成分是得到合格膜層的關(guān)鍵因素。一般選用含電解液成分是得到合格膜層的關(guān)鍵因素。一般選用含有一定金屬或非金屬氧化物堿性鹽溶液，如硅酸鹽、磷酸有一定金屬或非金屬氧化物堿性鹽溶液，如硅酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等。在相同的微弧電解電壓下，電解質(zhì)濃度越鹽、硼酸鹽等。在相同的微弧電解電壓下，電解質(zhì)濃度越大，成膜速度就越快，溶液溫度上升越慢，反之，成膜速大，成膜速度就越快，溶液溫度上升越慢，反之，成膜速度較慢，溶液溫度上升較快。度較慢，溶液溫度上升較快。 2022-5-2444/46n3. 3. 溫度對(duì)微弧氧化的影響溫度對(duì)微弧氧化的影響 n微弧氧化與陽極氧化不同，所需溫度范圍較寬。一般微弧氧化與陽極氧化不同，所需溫度范圍較寬。一般為為10901090度。溫度高，成膜快，但粗糙度也增加。且溫度度。溫度高，成膜快，但粗糙度也增加。且溫度高，會(huì)形成水氣。一般建議在高，會(huì)形成水氣。一般建議在20602060度。由于微弧氧化以度。由于微弧氧化以熱能形式釋放，所以液體溫度上升較快，微弧氧化過程須熱能形式釋放，所以液體溫度上升較快，微弧氧化過程須配備容量較大的熱交換制冷系統(tǒng)以控制槽液溫度。