3金属表面的氧化膜及去膜原理
铝及铝合金材料表面氧化膜原理研究
铝及铝合金材料表面氧化膜原理研究1铝及铝合金化学氧化膜成膜原理 (1)1.1铝及铝合金表面的化学氧化理论 (1)1.2铝及铝合金化学氧化原理 (1)2 铝及铝合金传统含铬导电氧化膜 (2)2.1传统导电氧化膜工艺 (2)2.2导电氧化液中各因素的作用 (3)3导电氧化液中含铬酸盐的替代 (4)1铝及铝合金化学氧化膜成膜原理1.1铝及铝合金表面的化学氧化理论化学氧化处理是在一定温度下，金属铝和氧化溶液发生化学反应，在表面生成不溶性氧化膜的工艺。
一般形成氧化膜必须具备两个条件:一是在溶液中含有使铝表面生成氧化膜的氧化剂；二是在溶液中含有活化剂，使铝表面在氧化成膜过程中，不断地被溶解，在氧化膜中形成孔隙，保证氧化膜不断地成长、增厚。
氧化膜的形成包括下列三个历程：1）表面金属溶解到处理液中；2）溶解产物在处理液中同化学氧化所用的介质发生反应，生成某种中间产物；3）氧化物从过饱和溶液中结晶析出，沉积于金属表面。
1.2铝及铝合金化学氧化原理铝及铝合金的化学氧化是在一定温度条件下，通过化学作用使清洁的铝合金表面与氧化液中的氧相互作用，形成一层致密的氧化膜的一种涂覆方法。
这种氧化膜具有一定的耐蚀性，通常作为油漆或有机涂层的底层。
化学氧化膜层的颜色随氧化液的组成、操作条件及膜层厚度的变化而变化。
铝及铝合金的化学氧化方法较多，按其溶液性质可分为碱性和酸性两种，按膜层的性质可分为磷酸盐膜、铬酸盐膜以及铬酸-磷酸盐膜、无铬氧化膜等。
从理论上讲，化学氧化存在着金属的溶解和成膜反应，溶解过快膜层不能生成，反之，则膜层疏松。
当膜层达到一定厚度的时候，膜层阻碍金属和溶液的接触，氧化过程自行停止。
除应选择合适的氧化剂和成膜剂之外，为确保氧化膜质量还应加入一些添加剂，有的还加入一些稳定剂。
按功能分氧化液组成主要有两类：其一是氧化剂如重铬酸钾或铬酐、锰酸盐、钼酸盐等，它是氧化成膜的主要成分，其作用是使铝表面产生氧化物层；其二是活化剂如氟化物、酸、碱等，它使铝表面再氧化成膜的过程中不断受到溶解，在氧化膜中形成空隙，以保证氧化膜不断地成长增厚。
金属涂层工艺
金属涂层工艺随着现代工业的发展，金属涂层工艺已经成为了一种重要的表面处理技术。
它不仅可以提高金属材料的耐腐蚀性、硬度和表面光洁度，还可以改善其外观和功能，延长使用寿命。
本文将介绍金属涂层工艺的种类、原理以及应用。
一、金属涂层工艺的种类金属涂层工艺根据涂层材料的种类可以分为以下几类：1. 金属电镀金属电镀是一种利用电化学原理将金属离子沉积在基材表面的涂层工艺。
它可以增加金属材料的耐腐蚀性、硬度和表面光洁度，同时还可以改善其外观和功能。
2. 金属喷涂金属喷涂是一种利用高速气流将金属粉末喷射到基材表面形成涂层的工艺。
它可以提高金属材料的耐磨性、耐蚀性和抗氧化性。
3. 金属氧化金属氧化是一种将金属表面氧化形成氧化膜的涂层工艺。
它可以提高金属材料的耐腐蚀性、硬度和表面光洁度，同时还可以改善其外观和功能。
4. 金属化学镀金属化学镀是一种利用化学反应在基材表面形成金属膜的涂层工艺。
它可以提高金属材料的耐腐蚀性、硬度和表面光洁度，同时还可以改善其外观和功能。
二、金属涂层工艺的原理金属涂层工艺的原理是利用不同的涂层工艺，在金属材料表面形成一层保护膜，从而提高其耐腐蚀性、硬度和表面光洁度，改善其外观和功能。
不同的涂层工艺有不同的原理。
1. 金属电镀的原理金属电镀的原理是利用电解质溶液中的金属离子，在电解质溶液中形成电流，将金属离子沉积在基材表面形成金属膜。
在电解质溶液中，金属离子的浓度会随着电流的流动而逐渐降低，最终形成均匀的金属膜。
2. 金属喷涂的原理金属喷涂的原理是利用高速气流将金属粉末喷射到基材表面形成涂层。
在喷涂过程中，金属粉末会受到气流的冲击力和磨擦力，形成均匀的涂层。
3. 金属氧化的原理金属氧化的原理是将金属表面暴露在氧气中，形成氧化膜。
在氧化膜形成的过程中，金属表面会与氧气发生化学反应，形成稳定的氧化膜。
4. 金属化学镀的原理金属化学镀的原理是利用化学反应在基材表面形成金属膜。
在化学反应中，金属离子会与还原剂反应形成金属膜。
金属材料的表面处理与涂层技术
金属材料的表面处理与涂层技术金属材料是现代工业生产和生活中极其重要的基础材料之一，在机械、建筑、汽车等领域都有着广泛的应用。
然而，在使用过程中，金属材料的表面容易受到腐蚀、磨损等影响，降低了材料的质量和寿命。
因此，对金属材料进行表面处理和涂层技术的研究和应用具有重要意义。
一、表面处理技术表面处理技术是指对金属材料表面进行机械或化学加工以改变其性质的一系列工艺。
常见的表面处理技术包括抛光、酸洗、酸碱清洗、电化学抛光和喷砂等。
这些处理方法能够去除金属表面的氧化膜和污垢，并在金属表面形成一层适当的薄膜，增强材料的耐腐蚀性和耐磨性。
例如，在汽车制造中，对金属材料进行抛光、酸洗和酸碱清洗处理后，在零件装配前进行防腐涂层处理，能够大大增加汽车的使用寿命。
二、涂层技术涂层技术是指将一层薄膜涂覆到金属表面上以改变其性质的工艺。
涂层技术主要包括物理镀膜和化学镀膜两种类型。
1.物理镀膜物理镀膜是将金属薄膜通过真空蒸发或离子镀放在金属表面上的一种涂层技术。
经过物理镀膜处理后的金属材料表面能够形成一层均匀、密实、质量稳定、外观优美的保护层，能够提高金属表面的硬度和耐磨性，从而减少金属表面的磨损和腐蚀程度，延长其使用寿命。
物理镀膜广泛应用于电子、光学、医疗、航天等领域。
2.化学镀膜化学镀膜是将一层化合物电镀到金属表面上的一种涂层技术。
当金属表面与镀液中的化学物质发生反应时，会在金属表面上形成一层稳定、均匀、具有机械强度和化学稳定性的保护层。
化学镀膜涂层具有较好的耐腐蚀性和耐磨性，可以延长金属材料的使用寿命。
化学镀膜广泛应用于制造业、航空、汽车等领域。
三、表面处理与涂层技术的应用表面处理与涂层技术的应用十分广泛，在实际生产中有着举足轻重的地位。
例如，在航空航天领域，表面处理技术可以大大增强飞机材料的耐腐蚀性和耐磨性，从而增加飞机的安全性和寿命。
在汽车工业中，抗腐蚀和防火涂料有助于提高汽车的安全性和使用寿命。
此外，表面处理与涂层技术在建筑、医疗、电子和制造等行业中也得到了广泛应用。
第3章 钎焊去膜方法
12.2.3 机械及物理去膜
1.机械去膜过程 2.物理去膜过程
1.机械去膜过程
在钎焊某些金属及合金时，可利用机械刮擦作用破除 母材表面的氧化膜。
机械去膜过程有两种不同形式： 一种是借助于坚硬的物体，诸如刮刀、锉、钢刷、烙铁 等，沿母材表面加一定压力拖动来实现；
1.机械去膜过程
另一种是直接利用钎料棒端头，施以压力沿加热到钎焊 温度的母材表面拖动，在拖动过程中，即在破除氧化膜 的同时钎料端头受热熔化。这种去膜过程的特点是，只 有去膜工具刮擦到的地方表面氧化膜才会被破除，一般 只作为钎焊接头的第一步。低温钎焊某些金属时，例如 铝及其合金，由于缺少可用的钎剂和气体介质，这种去 膜方法还是方便有效的。
ZnCl2--NH4Cl状态图
软钎剂钎焊时母材表面氧化膜的去除
无机软钎剂 这类钎剂钎焊铬钢、镍铬合金或不锈钢时，其去膜能力仍显
不足，因而可以向其中添加一些盐酸来提高活性。 另外，这类钎剂的熔点较低，钎剂组元易吸潮，钎焊时易发
生飞溅或析出有害气体。为此可以用凡士林调制成膏状使用， 也可以向钎剂中加入一些高熔点的氯化物 ，如： CdCl2(568°C) KCl(768°C) NaCl(800°C)等，以此相应提高 钎剂的熔点。
ZnCl2--NH4Cl状态图
软钎剂钎焊时母材表面氧化膜的去除
氯化锌类钎剂去除氧化膜的作用在于其可 以和水形成络合酸：
ZnCl2+H2O→H[ZnCl2OH]
而生成的络合酸能够溶解金属氧化物， 例如氧化铁：
FeO+2H[ZnCl2OH]→H2O+Fe[ZnCl2OH]2。
在ZnCl2中加入NH4Cl不但可以提高钎剂 的活性，而且可以降低钎剂的熔点，从而 提高钎剂的工艺性能。
第二章(2) 金属的氧化膜
。
反应过程b：氧单向向内扩散，在金属-氧化物界面上反映，因而膜的生长区 域在金属与膜界面处。如钛、锆等金属的氧化过程。
图2.6 氧化膜成长历程示意图
（a）氧化物/气体界面生成
（b）金属/氧化物界面生成
2、金属氧化膜的晶体结构
纯金属的氧化：一般形成单一氧化物的氧化膜，但有时也能形成多种不同氧 化物组成的膜，如铁在空气中的氧化 (图2.7)。
3 2Cr O2 Cr2O3 (固态) 2 3 Mo O2 MoO3 （气态，4500C以上开始挥发） 2 5 2V+ O2 V2O5 （液态，熔点6580C） 2
可见，在1000 ℃下这三种氧化物中只有 Cr2O3 为固态，有保护性，而Mo和V的
氧化物则无保护性。
实践证明，并非所有的固态氧化膜都有保护性，只有那些组织结构致密，能完
厚度为40~500nm。 （3）薄膜，它是不可见的，只能通过测试手段检查出来，其膜厚＜ 40nm。如常温下Fe和Cu在干燥空气中形成薄膜厚度为1~3nm，在Al上 的膜厚约为10nm。
二、金属氧化膜的完整性和保护性
1、金属氧化膜的完整性 金属氧化膜的完整性是具有保护性的必要条件。而完整的必要条件
是：氧化时所生成的金属氧化膜的体积（V
1/2O2 NiO +
Ni 2++2
e
（2.24）
在n型半导体中，氧化物间隙金属离子和电子向外表面迁移，在氧化物-氧 界面上与氧接触生成新氧化层；在p型半导体氧化物中，氧离子、阳离子空 位和电子空穴都向内迁移，金属离子和电子则向外迁移，并在晶格内部形
成新的氧化物层。
第四节
一、合金氧化的特点
合金的氧化
图2.9 ZnO金属离子过剩型半导体的示意图
金属的化学处理(化学转化膜)
3.分类
➢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
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4.基本用途
➢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
(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。
钢铁高温氧化工艺
(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。
➢高温化学氧化（碱性化学氧化） ➢常温化学氧化（酸性化学氧化）
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（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）
化学反应机理 ： ➢ 在强碱（氢氧化钠）溶液里添加氧化剂（亚硝酸纳），
在135～145℃，15～90min → 肥皂液，3～5min → 水洗、干燥及浸油 ➢ 表面生成极薄的Fe3O4为主要成分的氧化膜、0.5~1.5μm ➢ 提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观
➢ 特点： 1. 氧化速度快， 2. 膜层抗蚀性好， 3. 节ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、高效、成本低， 4. 操作简单， 5. 环境污染小。
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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：5~20μm，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（锡、铝、锌）及绝缘性。
钢铁表面的氧化
钢铁表面的氧化一、概述钢铁零件通过氧化处理，使其表面生成保护性的氧化膜，膜厚的颜色取决于钢铁零件的表面状态、合金成分和氧化处理的工艺条件，一般呈黑色或蓝黑色，经抛光的表面氧化后，色泽光亮美观，铸钢和含硅较高的特种钢氧化膜呈褐色或黑褐色。
膜层的厚度约为0.6-1.6μm，因此，氧化处理不影响零件的精度。
氧化膜的耐蚀能力较差，氧化后需进行后处理以提高其耐蚀性和润滑性。
二、碱性氧化法（法蓝处理）（一）、工艺特点碱性氧化法是在较高的温度条件下，在含有一定氧化剂的氢氧化钠碱溶液中进行，氧化剂和氢氧化钠与金属铁作用，生成以磁性氧化铁（Fe3O4）为主要成分的氧化膜。
（二）、工艺规范见表一。
（三）、溶液的配制在氧化槽加入2/3体积的水，将计算量的氢氧化钠加入槽内，使其溶解（要防止氢氧化钠放热溅出）。
然后在搅拌下，加入亚硝酸钠和硝酸钠，待全部溶解后，加水至规定体积。
氧化溶液要在沸腾温度下浸入钢板，或加入（20%以下）旧溶液进行处理，待溶液中积聚了一定量的铁离子，直至能使铁样片获得黑色氧化膜后方可用于生产。
（四）、工艺维护（1）、氧化溶液的组份在使用中会发生变化，可定期按分析结果调整，也可凭经验按溶液的沸点和所得膜层的质量来断定溶液是否需要调整。
当溶液沸点过高时，表示浓度过高，此时易形成红色挂灰，可加水稀释。
沸点过低时，表示浓度不足，此时膜的颜色不深或不能发蓝，应补加药品或蒸去多余的水分。
氢氧化钠的添加量可按溶液沸点每升高1℃每升溶液添加10-15g计算。
补加时可参照如下比例：对于一次氧化，NaOH : NaNO2=2-3 : 1;对于二次氧化，NaOH : NaNO2的比值，第一槽为2.5-3.5 : 1，第二槽为3.4 : 1。
（2）、在停产期间，因为槽温降低，溶液表面结成硬皮。
溶液加热前必须先用铁棒捣碎表面硬皮，加水至工作液面，在搅拌均匀后，开始加热至工作温度。
（3）、氧化后要及时打捞掉入槽中的零件，以免这些钢铁件溶解在溶液中，使溶液铁离子增加。
钢铁表面的氧化
钢铁表面的氧化一、概述钢铁零件通过氧化处理，使其表面生成保护性的氧化膜，膜厚的颜色取决于钢铁零件的表面状态、合金成分和氧化处理的工艺条件，一般呈黑色或蓝黑色，经抛光的表面氧化后，色泽光亮美观，铸钢和含硅较高的特种钢氧化膜呈褐色或黑褐色。
膜层的厚度约为0.6-1.6μm，因此，氧化处理不影响零件的精度。
氧化膜的耐蚀能力较差，氧化后需进行后处理以提高其耐蚀性和润滑性。
二、碱性氧化法（法蓝处理）（一）、工艺特点碱性氧化法是在较高的温度条件下，在含有一定氧化剂的氢氧化钠碱溶液中进行，氧化剂和氢氧化钠与金属铁作用，生成以磁性氧化铁（Fe3O4）为主要成分的氧化膜。
（二）、工艺规范见表一。
（三）、溶液的配制在氧化槽加入2/3体积的水，将计算量的氢氧化钠加入槽内，使其溶解（要防止氢氧化钠放热溅出）。
然后在搅拌下，加入亚硝酸钠和硝酸钠，待全部溶解后，加水至规定体积。
氧化溶液要在沸腾温度下浸入钢板，或加入（20%以下）旧溶液进行处理，待溶液中积聚了一定量的铁离子，直至能使铁样片获得黑色氧化膜后方可用于生产。
（四）、工艺维护（1）、氧化溶液的组份在使用中会发生变化，可定期按分析结果调整，也可凭经验按溶液的沸点和所得膜层的质量来断定溶液是否需要调整。
当溶液沸点过高时，表示浓度过高，此时易形成红色挂灰，可加水稀释。
沸点过低时，表示浓度不足，此时膜的颜色不深或不能发蓝，应补加药品或蒸去多余的水分。
氢氧化钠的添加量可按溶液沸点每升高1℃每升溶液添加10-15g计算。
补加时可参照如下比例：对于一次氧化，NaOH : NaNO2=2-3 : 1;对于二次氧化，NaOH : NaNO2的比值，第一槽为2.5-3.5 : 1，第二槽为3.4 : 1。
（2）、在停产期间，因为槽温降低，溶液表面结成硬皮。
溶液加热前必须先用铁棒捣碎表面硬皮，加水至工作液面，在搅拌均匀后，开始加热至工作温度。
（3）、氧化后要及时打捞掉入槽中的零件，以免这些钢铁件溶解在溶液中，使溶液铁离子增加。
电镀工艺课件 转化膜(金属的氧化、磷化、着色)
• 氧化膜的特点 • 溶液配制 • 工艺流程 • 钝化处理和浸油处理 • 钢铁的常温发黑工艺 • 不合格氧化膜的退除
一、概述
钢铁的氧化处理：通常是在含有氧化剂 （硝酸钠或亚硝酸钠）的氢氧化钠溶液 中，接近沸点的温度下进行的。它使制 品表面生成一层均匀的蓝黑到黑色的磁 性氧化膜（四氧化三铁）转化膜。金属 上的转化膜（四氧化三铁）是由氧化物 从金属/溶液界面液相区的饱和溶液中结 晶析出的。钢铁的氧化也称发黑或发蓝。
• 镁及其合金转化膜。
§10.2 铝及其合金的氧化、着色
➢铝及其合金的氧化 ➢铝及其合金的着色 ➢阳极氧化膜的封闭 ➢阳极氧化膜的耐蚀性检测 ➢不合格阳极氧化膜的退除
一、铝及其合金的氧化
自然氧化膜：极薄，0.01~0.02微米， 非晶，疏松多孔，不均匀，抗蚀能力 差，易污染
铝及其合金的氧化
化学氧化 阳极氧化
+++ +++
氧化膜孔中的电渗液流示意图
二、铝及其合金的氧化膜的着色
着色
化学染色法 电解着色法
化学染色 法
• 概念：使有机染料或无机染料通 过化学吸附、物理吸附作用被吸 附在膜层的孔隙内，使氧化膜呈 现不同色彩。
• 特点：膜的颜色容易被擦掉，耐 光性差，色艳
电解着色 法
• 概念：是把经过阳极氧化的制件 浸入含有重金属盐的电解液中， 通过交流电的作用，发生电化学 反应，使进入氧化膜微孔中的重 金属离子被还原为金属原子，沉 积于孔底阻挡层上而着色。
转化膜的应用
• 铝的阳极氧化膜； • 铝、锌、镉上的铬酸盐膜； • 钢铁上的磷酸盐膜； • 钢铁上的发蓝膜等。
转化膜的应用
• 此外，还有如普通钢上的草酸盐膜，可 作为涂装时的前处理层。它能有效地保 护基体不受亚硫酸腐蚀；
金属表面氧化处理方法
金属表面氧化处理方法一、化学氧化法。
这就像是给金属表面来一场神奇的化学魔法。
比如说，有一种叫发蓝处理的。
把金属放到特定的化学溶液里，就像把它放进一个魔法药水池。
像钢铁材料，在氢氧化钠和亚硝酸钠等组成的溶液里泡一泡，金属表面就会生成一层氧化膜啦。
这层膜呢，能起到一定的防锈作用，就像给金属穿上了一件小小的防护衣。
还有铝制品的化学氧化，通过铬酸盐溶液处理，铝表面会形成一层氧化铝膜，让铝看起来更有质感，还能防止它被进一步腐蚀呢。
二、阳极氧化法。
这个可就更酷啦。
就好比金属自己要去当“电明星”。
对于铝这种金属，把它当作阳极，放到电解液里，通上电。
这时候，铝表面的铝原子就开始活跃起来啦，它们和电解液里的离子发生反应，慢慢在表面生成一层厚厚的氧化铝膜。
这层膜可不得了，它的硬度比普通的氧化膜高很多，可以根据需求调整它的厚度、颜色啥的。
你要是想要彩色的铝制品，通过这个方法，在氧化膜形成过程中加入一些特殊的染料，就能做出超级漂亮又耐用的彩色铝制品啦，像那些炫酷的彩色铝制手机壳，可能就是这么来的哦。
三、热氧化法。
这个方法有点像给金属做个热桑拿。
把金属放到高温的环境中，让它和空气中的氧气亲密接触。
比如铜，在加热的时候，表面就会慢慢生成氧化铜。
不过这个过程得控制好温度和时间呢，不然可能会过度氧化，就像烤蛋糕烤糊了一样。
这种热氧化形成的氧化膜，有时候也能给金属带来独特的外观效果，有一种复古的、暖暖的感觉，就像那种老物件的韵味。
四、电化学氧化复合处理。
这是把前面的电化学和其他处理结合起来的超级方法。
先进行阳极氧化，然后再进行一些后处理，比如封闭处理。
就像是给金属表面的氧化膜再加一道保险，让它更加致密，防护性更强。
这就好比给金属穿上了一层厚厚的铠甲，外面还加了一层防水层一样，能让金属在各种恶劣环境下都能保持良好的状态。
金属材料表面氧化膜形成机理及其影响
金属材料表面氧化膜形成机理及其影响一、引言金属材料表面氧化膜作为一种常见的功能性涂层，在现代工程中起到着至关重要的作用。
它们能够增强金属材料表面的硬度、降低摩擦系数、延长材料使用寿命、并在一定程度上减少金属与环境间的反应，具有广泛的应用前景。
为了更好地理解氧化膜的形成机理及其影响，本文将从以下几个方面进行讨论。
二、表面氧化膜的形成机理表面氧化膜的形成机理是多方面因素的综合作用，常见的机理有以下几种。
1. 自然氧化金属表面本身就具有氧化性，在空气中和水中自然地发生氧化反应，最终形成氧化膜。
典型的例子是铁、锌、铝等金属的表面。
自然氧化强度较弱，氧化层较薄，常常无法达到工业性应用要求。
2. 阳极氧化阳极氧化是一种强迫金属表面氧化的方法，是常见的工业化表面处理方法之一。
这种方法通常需要在一定电势下使用氧化剂，金属表面就会形成一层致密、较厚的氧化膜。
该方法主要适用于铝、镁、钛等金属，例如在航空航天、汽车制造、建筑装饰等领域广泛应用。
3. 化学氧化化学氧化是通过特定的化学反应，在金属表面形成一层含氧化物的膜。
化学氧化的方法多样，包括染色氧化、黑色氧化、蓝色氧化等，常见于不锈钢和铬等金属制品。
这种方法可以有效地提高材料表面的耐腐蚀性和装饰性，广泛应用于制造工业和建筑装饰等领域。
4. 溅射氧化溅射氧化是利用惰性气体如氩气在低真空条件下，将金属离子气体化后进行化学反应，将气体组分在物品的表面转化成氧化物，从而形成氧化膜。
这种方法拥有优良的成膜均匀性、可控性和高附着力，适用于多种不同的金属材料制品表面处理。
三、表面氧化膜的影响因素除了氧化膜形成机理的不同外，氧化膜的厚度、成分、微观结构和形貌等方面也会受到一些因素的影响。
1. 材料种类不同种类的金属在氧化膜形成机理和特性上存在差异。
例如，氧化铝有着优良的耐腐蚀性、化学惰性和高温稳定性，对铝及其合金表面进行氧化制备的工艺和机理得到了广泛应用。
2. 表面处理工艺氧化膜的形成离不开表面处理工艺，不同的表面处理工艺会对氧化膜的厚度和成分产生影响。
铝形成的致密氧化膜的原理_概述说明以及解释
铝形成的致密氧化膜的原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述铝是一种常见的金属材料，在许多领域都有广泛的应用。
然而，铝具有较高的活性，容易与氧气反应生成致密的氧化膜。
这种氧化膜能够形成在铝表面，并具有良好的耐蚀性和阻隔性能，从而保护铝材料不受环境中湿度、酸碱等因素的腐蚀。
1.2 文章结构本文将对铝形成的致密氧化膜的原理进行概述说明和解释。
首先，我们将介绍致密氧化膜形成的基本原理，包括铝的氧化反应和氧离子传输过程。
接着，我们会探讨影响致密氧化膜形成条件和因素，并分析致密氧化膜的性质和特点，如密度、厚度、阻隔性能、耐蚀性能以及其对机械性能和表面硬度的增强作用。
此外，我们还会讨论不同方法对致密氧化膜形成的影响, 包括温湿度条件控制、掺杂元素和不同电解液组成及条件。
最后，我们将总结研究现状并提出问题分析，并展望致密氧化膜技术的应用前景。
1.3 目的本文旨在系统概述铝形成致密氧化膜的原理，并探讨其在材料科学与工程中的应用前景。
通过深入了解铝氧化反应过程以及影响致密氧化膜形成和性质的因素，我们可以为进一步研究和探索改善致密氧化膜技术提供理论基础和指导方向。
此外，对于高效保护铝材料、延长使用寿命以及推动相关领域的发展也具有重要意义。
2. 致密氧化膜的形成原理:铝的氧化反应:在自然界中，铝与氧发生氧化反应，生成铝的氧化物。
当铝表面暴露在空气中时，与空气中的氧分子发生反应，形成一层致密的氧化膜。
这一过程被称为铝的自然氧化。
氧离子传输过程:在形成致密氧化膜的过程中,最重要的是氧离子传输。
当铝与空气中的氧接触时，铝表面会产生一个粗糙不均匀的初始热涌层(Al2O3)。
随着时间和环境条件(如温度、湿度等)的变化，更多的氟阵列受到热激活并开始扩散到初始热涌层下方，同时释放出电子，并将其转移至铝金属内部以维持电荷平衡。
这些电子将靠近初始热涌层上侵入预取单位(Al2O3)x- (x＜1)，从而加速了反应速率并促进了新鲜（0,x）值大小也逐渐增大。
盐酸酸洗工作原理
盐酸酸洗工作原理
盐酸酸洗是一种常用的酸洗方法，主要用于去除金属表面的氧化膜、锈蚀、焊缝渣滓等杂质，来提高金属表面的光洁度和清洁度。
其工作原理如下：
1. 酸洗液：盐酸是常用的酸洗液，一般浓度为5-10%。
盐酸能够与金属表面的氧化物、氢氧化物等反应产生水和盐，从而去除表面污垢。
2. 化学反应：盐酸能与金属表面的氧化膜或锈蚀物发生化学反应，产生可溶性的盐，如氯化金属。
这些可溶性盐会溶解在酸洗液中，从而去除金属表面的污垢。
3. 温度和时间：盐酸酸洗的效果还与温度和时间有关。
较高的温度能加快化学反应速度，缩短酸洗时间，提高效果。
4. 脱脂：盐酸酸洗还可以与有机物进行反应，使有机污染物变为可溶性盐，并被酸洗液带走，起到脱脂的作用。
总的来说，盐酸酸洗通过与金属表面氧化膜、锈蚀物等发生化学反应，将其转化为可溶性盐，从而去除金属表面的杂质和污垢，达到清洁和光洁效果。
铝阳极氧化膜退出的原理_概述说明以及解释
铝阳极氧化膜退出的原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述铝阳极氧化膜是一种常见的表面处理技术，可以在铝材料表面形成致密、均匀且硬度较高的氧化膜。
然而，在某些情况下，铝阳极氧化膜可能会出现退出现象，即在使用或暴露于特定环境条件下，该氧化膜会逐渐失去颜色或完全退色。
这一现象引起了科学界和工业界的广泛关注，并产生了许多研究和实验。
1.2 文章结构本文将首先介绍铝阳极氧化膜退出的原理，包括其定义、背景、形成过程与机理以及影响因素。
接着对铝阳极氧化膜退出进行概述说明，包括描述该现象、问题分析与解释以及相关的实验研究进展。
然后，我们将对退色原因和机制进行解释和分析，探讨地球环境因素、物质组分变化以及金属表面微观结构演变可能对退色现象产生的影响。
最后，在结论部分总结回顾我们得出的研究结果，并展望未来的研究方向和可能的解决方案。
1.3 目的本文的目的是通过对铝阳极氧化膜退出现象原理的详细阐述，帮助读者更好地了解该现象，并揭示其潜在机制。
同时，本文还旨在概述相关研究进展，为后续研究提供参考和指导。
通过深入探索退色原因和机制，我们希望能为避免或减少铝阳极氧化膜退出问题提供一定的理论基础和应用指导。
2. 铝阳极氧化膜退出的原理：2.1 定义和背景：铝阳极氧化是一种将铝表面形成一层致密、硬度高且抗腐蚀性能良好的氧化膜的过程。
然而，有时这层氧化膜会出现退出现象，即从铝表面剥离或破坏。
这种退色现象给材料的使用带来了一定的困扰和问题。
2.2 形成过程与机理：铝阳极氧化通常是通过在酸性电解质中施加外电场来实现的。
在此过程中，活跃的阳极（铝表面）上生成一层稳定的氧化膜。
该过程涉及到阴离子向阳极迁移、生成氢气以及与金属铝发生复杂的反应。
然而，由于不同因素作用下，退色现象可能发生。
2.3 影响因素：多种因素可能导致铝阳极氧化膜退出。
其中包括环境因素（如温度、湿度等）、操作条件（如电流密度、酸性电解质浓度等）以及金属铝本身的特性（包括纯度、晶粒尺寸和力学性能等）等。
金属抛光的原理
金属抛光的原理
金属抛光是通过对金属表面进行机械研磨和化学反应处理，达到获得光滑、亮丽的表面效果。
其主要原理包括：
1. 机械研磨：金属抛光的第一步是通过使用磨料和研磨工具对金属表面进行机械研磨。
磨料可以是硬度较高的研磨粉末，如氧化铝、金刚石等，或者具有一定切削作用的磨料片、布轮等。
研磨工具可以是手工操作的砂纸、研磨片，也可以是机械设备中的研磨头、研磨盘等。
通过与金属表面的摩擦和剪切作用，研磨工具能够去除金属表面的氧化层、锈蚀、疤痕和毛刺等不平整部分。
2. 化学反应处理：机械研磨之后，金属表面往往还存在一些微小的凹陷或细微的划痕。
为了进一步提高金属的质感和表面亮度，需要通过化学反应进行处理。
常用的方法包括酸洗、电解抛光、化学抛光等。
酸洗可以用稀酸（如硫酸、硝酸等）或酸性溶液（如盐酸）进行，其主要作用是除去金属表面的氧化膜和污垢。
电解抛光是通过将金属作为阴极，使其与阳极（如铅块）之间形成电流，从而在金属表面产生金属离子，再通过在电解液中合成金属的过程，使金属表面得到平滑、亮丽的抛光效果。
化学抛光可以使用含有抛光剂（如硝酸铜、氯化铝等）的溶液，通过在金属表面进行化学反应，使金属表面得到抛光处理。
综上所述，金属抛光的原理主要包括机械研磨和化学反应处理。
通过这些处理方法，能够去除金属表面的不平整部分以及氧化层和污垢，并使其表面得到光滑、亮丽的效果。
金属锂除氧化膜
金属锂除氧化膜金属锂作为一种活泼的金属，表面容易形成氧化膜，这会影响其导电性能和与其他物质的反应活性。
因此，在某些应用中，需要去除金属锂表面的氧化膜。
以下是几种常用的去除金属锂表面氧化膜的方法：1.酸洗：使用稀酸溶液（如稀硫酸或稀盐酸）对金属锂表面进行处理，能够有效地去除氧化膜。
这是因为酸与氧化膜中的成分发生化学反应，使其溶解或分解。
然而，酸洗可能会对金属锂本身造成一定程度的腐蚀，因此需要在去除氧化膜后进行必要的清洗和保护措施。
2.碱洗：使用碱溶液（如氢氧化钠或氢氧化钾）也可以去除金属锂表面的氧化膜。
碱与氧化膜中的成分发生反应，使其分解或脱落。
与酸洗相比，碱洗对金属锂的腐蚀作用较小，但处理后的清洗和保护同样重要。
3.机械法：通过物理方法（如打磨、抛光或喷砂）去除金属锂表面的氧化膜也是一种可行的方法。
这种方法主要依靠机械力将氧化膜去除，处理后金属锂表面较为平整，但可能会对其造成一定程度的损伤。
4.电化学法：将金属锂作为阳极，置于电解液中，通过电流的作用使氧化膜溶解或脱落。
这种方法具有较高的选择性和效率，但需要严格控制电流和电压的大小，以避免对金属锂本身造成损害。
在选择合适的去除金属锂表面氧化膜的方法时，需要考虑氧化膜的厚度、组成以及金属锂的用途和性质等因素。
对于某些高精度和高性能的应用，如锂电池制造等，需要采用更为温和和精确的处理方法，以确保金属锂的表面质量和性能。
总之，去除金属锂表面氧化膜的方法需要根据具体情况进行选择。
酸洗、碱洗、机械法和电化学法等都是常用的处理方法，但每种方法都有其优缺点和应用范围。
在实际应用中，需要根据具体情况进行选择和优化，以获得最佳的处理效果和性能。
同时，处理后的清洗和保护也是不可忽视的重要环节，以确保金属锂的表面质量和性能。
不锈钢表面氧化膜的形成
不锈钢表面氧化膜的形成引言：不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性的金属材料，其表面常常会形成一层氧化膜，这层氧化膜能够提高不锈钢的耐腐蚀能力。
本文将探讨不锈钢表面氧化膜的形成过程及其影响因素。
一、不锈钢表面氧化膜的形成过程不锈钢表面氧化膜的形成是一个复杂的过程，通常包括以下几个步骤：1. 氧化膜的生成：在不锈钢表面与氧气接触的情况下，不锈钢表面的铁元素会与氧气发生反应，形成一层铁氧化物薄膜。
这个过程称为氧化反应。
2. 氧化膜的生长：氧化膜会随着时间的推移逐渐增厚，形成一层致密的氧化膜。
这个过程称为氧化膜的生长。
3. 氧化膜的稳定性：生成的氧化膜必须具有一定的稳定性，能够在不锈钢表面保持一定的厚度，并阻止进一步的氧化反应。
二、不锈钢表面氧化膜的影响因素不锈钢表面氧化膜的形成受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 不锈钢的化学成分：不锈钢中的铬元素是形成氧化膜的关键，其含量越高，表面氧化膜的稳定性越好。
2. 不锈钢的表面处理：不锈钢表面的处理方法，如抛光、酸洗等，会影响氧化膜的生成和生长速度。
3. 环境条件：氧化膜的形成需要一定的氧气和湿气，环境中的温度、湿度等因素都会对氧化膜的形成产生影响。
4. 使用条件：不锈钢在使用过程中，如受到摩擦、划伤等外力作用，会破坏氧化膜的稳定性，导致进一步的氧化反应。
三、不锈钢表面氧化膜的作用不锈钢表面的氧化膜具有以下几个作用：1. 耐腐蚀性：氧化膜能够增加不锈钢的耐腐蚀性，阻止腐蚀介质与不锈钢基体的直接接触，从而延长不锈钢的使用寿命。
2. 美观性：氧化膜能够使不锈钢表面呈现出一种光滑、均匀的颜色，提高不锈钢的美观性。
3. 抗磨损性：氧化膜能够增加不锈钢表面的硬度，提高其抗磨损性能。
4. 降低摩擦系数：氧化膜能够减少不锈钢表面的摩擦系数，提高其表面的润滑性。
四、不锈钢表面氧化膜的维护为了保持不锈钢表面氧化膜的良好状态，延长其使用寿命，需要进行适当的维护工作，主要包括以下几个方面：1. 定期清洁：定期清洁不锈钢表面，去除附着物，避免氧化膜受到进一步的破坏。
钢铁的发黑处理
氧化膜的特点：色泽美观、无氢脆、有弹性、膜层薄（0.51.5um），对零件的尺寸和精度无显著影响，对消除热处理后生成的 应力也有一定的作用。
发黑处理属于表面氧化处理方法的一种，将金属零件放在很浓的 碱和氧化剂的溶液中，在一定的温度下加热、氧化，使金属表面生 成一层均匀致密而且与基本金属牢固结合的四氧化三铁薄膜的工艺 过程叫做发黑。由于操作中各种因素的影响，这层薄膜的颜色有蓝 黑色、黑色、红棕色、棕褐色等。
②硝酸盐要在铁的存在下，才会还原为亚硝酸盐或亚硝基化合 物。无论是硝酸盐还是亚硝酸盐都不能直接氧化二价的铁离子。使 后者氧化的化合物有可能是Fe(NO)n,不含有这个化合物的新配溶液 是不能得到良好的膜层的。
③在成膜过程中，金属上的氧化物也应算作基底的一部分，它 可导致局部电池的电极反应延续进行。结晶析出成膜理论不能解释 这一事实。
影响膜层厚度的主要因素是溶解的苛性碱浓度和温度。由于氧 化是在溶液的沸点或接近于沸点的温度下进行的，而溶液的浓度与 沸点又存在着对应关系，所以这两个因素的影响其实是统一的。温 度越高，氧化膜的形成速度也越快，最终获得的氧化膜的厚度也越 厚。一般厚氧化膜常是疏松和容易被擦掉的。因此钢的氧化不易在 高于145°的沸腾温度下进行。此外，在这样高的温度下还会加速铁 酸盐的水解而在工作上形成含水氧化铁的红色挂灰，以致膜层质量 低劣。当氧化液温度高于170°C和氢氧化钠含量大于1000g/时，工 件表面就不能生成氧化膜。发生这种现象的主要原因是在高温下亚 铁酸钠与铁酸钠相互作用生成氧化膜的反应成慢、磁性氧化铁的溶 解度增大。
去油溶液的工作温度为90-10件
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完全分解型：Ti、Ti合金、无氧铜
在加热条件下，界面的氧化物可分解并扩散到母材中
完全不分解型：Al
氧化物非常稳定，在焊接的温度条件下不能分解
部分分解型：Cu、Fe
高温下氧化膜凝聚，或与基体的结合减弱
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软钎剂-无机软钎剂
组成
无机盐：氯化锌等 以水溶液形态使用
特点
吸水性强；发生飞溅 活性随浓度增高而提高，超过30%时饱和
反应：
与水产生络合酸 ZnCl2 + H2O → H[ZnCl2OH ]
生成的CuCl2可以再与盐酸苯胺反应
CuCl2 + 2C6H5 NH 2 ⋅ HCl → Cu[C6H5NH3 ]2 Cl4
生成的四氯苯胺合铜起到活性剂的作用 在焊后冷却过程中，剩余的酸与碱性的胺结合，减轻了残渣的腐蚀作用
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各种金属氧化物分解压与温度的关系
金属与氧的反应
mMe +
n 2
O2
⇔
MemOn
反应平衡常数
Kp
=
p p m n / 2 Me O2 pMemOn
= apO2
分解压与温度的关系
lg( pO2
/101kPa)
=
−
Qv 4.571T
+ 1.75 lg T
/
K
+
2.8
Lg(pO2/101kPa)
Ag2O
CuO
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硬钎剂
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组成
硼砂、硼酸及其混合体为基体 碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐
获得合适的活性温度、增加去膜能力
去膜机理
硼酸加热时分解，形成硼酐，其熔点是580 °C
溶解金属氧化物 FeO + 2H[ZnCl2OH ] → Fe[ZnCl2OH ] + H2O
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铺展面积，cm2
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铺展面积与ZnCl2浓度的关系
母材：低碳钢 WZnCl2×100% 当含量超过30%时，去膜作用达到饱和。
2H3BO3 → B2O3 + 2H 2O
硼酐与铜、锌、镍和铁的氧化物形成易溶的硼酸盐
MeO + B2O3 → MeO ⋅ B2O3
但在900 °C以下时，硼酐的粘度很大，去膜能力也差
一般不单独作为钎剂使cq@，0451-86418725
1 day
10 33 100 50
不锈钢表面的氧化膜生成很快达到饱和并且稳定；铁的氧化膜也类似，但铁的氧化膜疏松。 铝的氧化膜生长速度快；铜的氧化膜生长速度快，会达到饱和。
2
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Fe2O3 Cu2O PbO
NiO Fe3O4
FeO
MnO
SiO2 Al2O3
MgO
CaO
分解压越高，该氧化物越容易分解
温度，°C 4
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金属氧化物在大气中完全分解的温度
氧化物
钎焊温度 °C
290~350 180~320 180~320
180~320 <300
250~400
适用范围
锡铅钎料钎焊钢、铜及铜 合金
锡铅钎料钎焊铬钢、不锈 钢、镍铬合金；锰青铜 镉基、锌基钎料钎焊铜及 铜合金
无机软钎剂具有很强的去氧化膜的能力，热稳定性好，适应的材料范围也很 宽。但残渣具有很强的腐蚀性，焊后必须去除干净。
例如，锡铅钎料钎焊铜时
2C17 H35COOH + CuO → Cu(C17 H35COO)2 + H 2O
硬脂酸铜会发生分解，从系统获得氢，重新聚合成硬脂酸 Cu(C17 H35COO)2 + 2H + + Sn + Pb → 2C17 H35COOH + Cu + Sn + Pb
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钎剂的组成及作用
基体组分
使钎剂具有一定的熔点 其它组分的溶剂 形成致密的保护膜 硬钎剂：金属盐或金属盐系统：硼砂、碱金属或碱金属的氯化物 软钎剂：高沸点的有机溶剂
软钎剂-无机软钎剂
组成
无机酸：盐酸、氢氟酸、磷酸等 以水溶液或酒精溶液形态使用，或与凡士林调成膏状使用
特点
去膜能力强 具有很强的腐蚀性
反应
MeO + 2HCl → MeCl2 + H2O MeO + 2HF → MeF2 + H2O 3MeO + 2H3PO4 → Me3 (PO4 )2 + 3H2O
去膜剂
溶解表面氧化膜 碱金属和碱土金属的氟化物
活性剂
破坏氧化膜与金属的结合，加速氧化膜清除效果 重金属的卤化物：氯化锌、氯化镉等等 氧化物：硼酐等
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钎剂的基本作用及应有的性能
钎剂的作用
清除母材和钎料表面的氧化膜 保护表面不再氧化 界面活性作用，促进钎料润湿
钎剂的性能要求
具有溶解或破坏表面氧化膜的足够能力 熔点和最低活性温度低于钎料熔点 良好的热稳定性 在钎焊温度范围，粘度小、流动性好 密度小于熔化钎料 钎剂及残渣不应有强烈的腐蚀作用 残渣容易去除
第三章 金属表面的氧化膜及去膜机理
表面氧化膜的行为 钎剂去膜机理 其它去膜方法
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改善硼砂的性能
CaF2 B2O3
表面张力，MJ/m2
950°C
KF
Na2B4O7
组分含量，wt%
加入CaF2，可以提高去膜能力，但熔点高； 加入KF，可以同时提高去膜能力，降低熔点和表面张力
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加入高熔点的氯化镉(568°C) 、氯化钾(768°C) 、氯化钠(800°C)等 加入氟化物提高活性
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常用无机软钎剂的成分
钎剂牌号
成 分 wt%
RJ1
ZnCl240, H2O60
Au2O Ag2O PtO2 CdO Cu2O
分解温度，°C
250 300 300 900 1835
氧化物
PbO NiO FeO MnO ZnO
分解温度，°C
2348 2751 3000 3500 3817
工业常用金属的氧化膜其分解温度远大于基体的熔点，难以在焊接温度下自动分解， 必须采取各种措施主动去除。
软钎剂-有机软钎剂
去膜作用
胺和酰胺类有机物
与铜离子形成胺铜配位化合物，实现去膜 胺铜配位化合物热分解，析出活性铜 活性铜与钎料、母材相互作用，促进润湿 活性低于有机胺盐
松香类
成分的80%是松香酸 C10H20COOH 常温为固体 不溶于水，溶于酒精、丙酮、甘油等 127°C熔化 在高于150°C时有溶解Ag、Cu、Sn的氧化物的能力 特点：固态时，良好的电绝缘性、耐湿性和无腐蚀性 超过300 °C时，焦化为新松香酸或焦松香酸，失去去膜能力
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第二节 钎剂去除氧化膜方法
钎剂去膜方法利用化学反应去除表面氧化膜 使用和操作简单 成本较低 钎剂及其残渣的腐蚀性 焊后清洗增加成本 去膜机理各异
天然树脂
松香
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软钎剂-有机软钎剂
去膜作用
有机酸
依靠其中羧基的作用，以金属皂的形式去除氧化膜 反应方程
2R ⋅COOH + MeO → (R ⋅COO)2 Me + H2O
RJ4
ZnCl218, NH4Cl6, H2O76
ZnCl220, NH4Cl5, 凡士林75
RJ5
ZnCl225, HCl25, H2O50
H3PO440~60, H2O余量
RJ8
ZnCl265, KCl4, NaCl11, NH4Cl14
ZnCl250, NH4Cl15, CdCl230, NaF5
第一节 金属氧化物的性质
钎焊时去膜的必要性
钎料难以润湿氧化膜，也难于与氧化膜形成牢固连接 即使在焊前机械清除，会很快再生成 焊接加热使氧化膜更快地重新生成
金属表面氧化膜的生成速度
金属
1 min
不锈钢
10
铁
20
铝
20
铜
33
条件：室温、干燥空气中。
氧化膜厚度 δ，埃 1 hour
10 24 80 50
软钎剂-有机软钎剂
去膜作用
有机胺盐
由碱性的胺、肼等与酸生成的可溶性盐 钎焊加热过程中，分解成碱性和酸性部分 酸性部分与氧化物作用