表面工程学化学转化膜技术ppt课件
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-化学转化膜(课堂PPT)
化学氧化机理
氧 化 膜
通过电化学反应和化学反应在钢铁表面附近生成Fe3O4。 由于Fe3O4在浓碱溶液中的溶解度极小，很快就从 溶液中结
的 晶析出，在钢铁表面形成晶核，
形 晶核逐渐长大，形成一层连续致密的黑色氧化膜。
成
在形成Fe3O4的同时，部分铁酸钠发生水解变为氢氧化铁(含
挂 水氧化铁)
1.0 0.5
130C
150C
0 15 30 45 60 75 90 时间(min)
表面技术概论
——化学转化膜
山东科技大学材料学院 2015
主要内容
1 概述 2 钢铁的化学氧化和磷化处理 3 铝及其合金的氧化处理 4 微弧氧化 5 转化膜技术的发展动向
1.概述
1.1 什么是化学转化膜 1.2 化学转化膜的用途
1.概述
化学转 化膜：
将金属部件置于选定的介质条件下，使表 层金属和介质中的阴离子发生反应，生成 附着牢固的稳定化合物。
金属接触部件之间的电偶腐蚀可以大大减小。
对钛、铝及其合金，因表面易钝化而导致电镀层结
涂镀底层 合不良。采用具有适当膜孔结构的化学转化膜作底层，
可以使镀层与基体金属牢固结合。
2 钢铁的化学氧化和磷化处理
2.1钢铁的氧化处理
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。
1.2 化学转化膜的用途
锌镀层铬酸盐处理可以得到彩虹色、军绿色、亮 白色、黑色等不同外观。
装饰作用 铝及其合金制品经过阳极化处理后获得多孔膜，
可以染上各种色彩。
润滑和减磨
如磷酸盐膜和草酸盐膜可以同时起到润滑和减摩 的作用，从而允许工件在较高的负荷下进行加工。
防止电偶腐蚀 化学转化膜电阻大，使较活泼的金属电位正移，异
表面处理技术概论-第4章 转化膜技术
⑶铝及铝合金阳极氧化膜的特点
①功能性：可以通过封孔处理以提高其保护性，也可在孔隙 中沉积特殊性能的物质而获得某些特殊功能，从而形成多 种多样的功能性膜层。
②吸附性：由于氧化膜呈现多孔结构，且微孔的活性较高， 有很好的吸附性。氧化膜对各种染料、盐类、润滑剂、石 蜡、干性油、树脂等均表现出很高的吸附能力。
4.1.4 表面转化膜用途
⑴提高材料的耐蚀性 ；氧化或磷化 ⑵提高材料的减摩耐磨性；磷化 ⑶提高材料的装饰性 ；钝化 ；着色 ⑷用作涂装底层；磷化膜 ⑸绝缘；磷化膜 ⑹防爆；瓦斯，粉尘，铝及铝合金与不锈钢
碰撞易通过铝热反应发生火花引爆。
• 4.2 阳极氧化
• 4.2.1 铝及铝合金的阳极氧化 • 4.2.2 铝阳极氧化膜的着色和封闭 • 4.2.3 镁合金阳极氧化
• 铝及铝合金进行阳极氧化时，由于电解质 是强酸性的，阳极电位较高，因此阳极反 应首先是水的电解，产生初生态的[O]，氧 原子立即对铝发生氧化反应，生成氧化铝， 即薄而致密的阳极氧化膜。阳极发生的反 应如下：
H2O-2e-→[O]+2H+
2Al+3[O]→A12O3
阴极只是起导电作用和析氢反应：
4.1 转化膜技术简介
• 转化膜是指由金属的外层原子和选配的介质的阴 离ne
镁合金摩托车端盖磷酸盐转化膜
它的生成必须有基底金属的 直接参与，也就是说，它是 处在表层的基底金属直接同 选定介质中的阴离子反应， 使之达成自身转化的产物 （MmAn）。
易实现机械化或自动化作业，生产效 率高，转化处理周期短、成本低，但 设备投资大
无需专用处理设备，投资最省、工艺 灵活简便。但生产效率低、转化膜性 能差、膜层质量不易保证
适用范围
03第三章转化膜技术
第3章conversion film technology3.1 概述3.2化学转化膜3.3电化学转化膜3.4金属的着色与染色定义概念化学转化膜的性质和用途6一、钢铁的化学氧化原理Z 采用含有氧化剂（亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钾）与氢氧化钠的混合溶液，在一定时间、一定温度下对钢铁材料进行氧化处理，使氢氧化钠、硝酸钠以及亚硝酸钠与金属铁作用，生成铁酸钠和亚铁酸钠，再由铁酸钠与亚铁酸钠相互作用生成四氧化三铁氧化膜。
上述机理中不出现氢在微阴极上析出的还原反应，因此可以解释高强度钢在强碱性中化学氧化不会发生氢脆的现象化学氧化膜的性质工艺方法常见工艺配方皂化（后处理）：肥皂30~50g/l,80~90℃,2~8min工艺流程：工艺方法工艺方法一、钢铁的化学氧化工艺方法工艺方法14工艺方法大帮助工艺流程：15常温化学发黑液配方及工艺条件常温化学发黑常见缺陷17二、铝及铝合金化学氧化Z 溶液成分：几乎都是碳酸钠为基本成分，添加碱金属的铬酸盐、硅酸盐、磷酸盐等Z 转化膜的成分：铝的水合化合物AlOOH 或Al2O3.H2O 等Z 工艺方法工艺流程特点及应用Z 化学氧化膜获得的氧化膜较薄、多孔、质软，力学性能和抗蚀性能均不如阳极氧化膜。
但在海水、过氧化氢、碱金属的硫酸盐、钙和锌的氯化物的溶液中，以定义：铬酸盐膜的组成和结构铬酸盐处理工艺22三、铬酸盐膜（钝化膜）影响铬酸盐膜质量的因素Z 三价铬的影响：三价铬有利于形成较厚的膜Z Cr 6+与SO42-的质量之比的影响：直接影响膜的颜色和厚度Z PH 值：PH 值达最佳时，才能得到较厚的铬酸盐膜Z 溶液温度：温度升高，膜的生成重量增加Z 干燥温度：低于50℃下干燥钢铁的磷化处理434242)(3)(PO H PO Me MeHPO PO H MeHPO PO H Me +===+===磷化膜的性质磷化膜的性质磷化膜的性能及应用磷化处理的方法一般工艺流程：脱脂→水洗→酸洗→水洗→磷化处磷化处理的溶液及工艺条件概念Z 概念221H e H →++阴极反应：电解液通电后发生电解阳极反应：↑+→−−O O H e OH 22442生成的部分新生（原子）氧与阳极铝反应，生成无水氧化铝热量O Al e O Al +→+++32363232一、铝及其合金的阳极氧化氧化膜的生长规律Z 无孔层形成：阳极氧化开始，表面即形成了一层厚度为0.01~0.1μm 的连续、致密、高绝缘性的氧化膜Z 多孔层形成：继续通电，氧化膜较薄处首先被击穿，形成多孔层Z 多孔层增厚：氧化超过一定时间，电压降至C 点，氧化膜的生成与溶解维持在一个基本恒定的值下进行，无孔层厚度不变，多孔层增厚铝合金阳极氧化方法硫酸法阳极氧化工艺影响氧化膜质量的因素影响氧化膜质量的因素影响氧化膜质量的因素阳极氧化膜的特性oxidation)原理42二、微弧阳极氧化原理Z 普通阳极氧化处于法拉第区，微弧氧化处于火花放电区中Z 当阳极氧化电压超过某一值时，表面初始生成的绝缘氧化膜补击穿，产生微区弧光放电，形成瞬间的超高温区域（200~800℃），在该区内氧化物或基底金属被熔融甚至气化，在与电解液接触反应中，熔融物激冷而形成非金属陶瓷层。
材料表面工程技术之转化膜与着色技术PPT课件( 30页)
转化膜与着色技术
§1 转化膜的基本特性及用途
定义：
金属化学处理法（化学转化膜）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。
机理：
金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发 生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作 用等，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。
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，
人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
•
10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。
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：钝化膜形成后的烘干称为老化处理。
铝和铝合金的铬酸盐钝化
预处理：预处理是先脱脂再进行碱蚀，以除去制件表面
氧化层，露出新鲜、均匀的基体表面。
成膜处理：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
化学氧化处理因为成本低，设备简单， 处理方便，使用范围不断扩大。化学氧化 处理可在铝、铜、钢铁、锌、锡、镉等金 属及其合金上进行，获得不同性能、不同 颜色的氧化膜。
加入氧化剂，如NO3-，NO2-，ClO2-等，它们能 除去成膜时产生的[H]和亚铁离子。
加入电位比铁高的金属离子，如Cu2+、Ni2+、 Co2+，它们通过电化学反应沉积在基材表面上， 扩大阴极面积，加速磷化过程。
钢铁磷化工艺
预处理
§1 转化膜的基本特性及用途
定义：
金属化学处理法（化学转化膜）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。
机理：
金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发 生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作 用等，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。
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，
人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
•
10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。
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：钝化膜形成后的烘干称为老化处理。
铝和铝合金的铬酸盐钝化
预处理：预处理是先脱脂再进行碱蚀，以除去制件表面
氧化层，露出新鲜、均匀的基体表面。
成膜处理：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
化学氧化处理因为成本低，设备简单， 处理方便，使用范围不断扩大。化学氧化 处理可在铝、铜、钢铁、锌、锡、镉等金 属及其合金上进行，获得不同性能、不同 颜色的氧化膜。
加入氧化剂，如NO3-，NO2-，ClO2-等，它们能 除去成膜时产生的[H]和亚铁离子。
加入电位比铁高的金属离子，如Cu2+、Ni2+、 Co2+，它们通过电化学反应沉积在基材表面上， 扩大阴极面积，加速磷化过程。
钢铁磷化工艺
预处理
《化学转化膜》课件
利用固体离子交换成膜原理，使溶液
中的离子质量浓度在膜两侧产生质量 传递，形成膜。
5
自组装法
利用分子亲疏性的差异，形成层状自 组装结构，最终形成膜。
化学转化膜的性能及评价
选择性
化学转化膜的选择性可以根据 所需的分离过程进行定制。
通量
化学转化膜的通量是指单位时 间内，在膜的单位面积上通过 的溶液的体积。
未来发展趋势
1 高通量化学转化膜
的开发
2 绿色环保的化学转
化膜
高通量化学转化膜将会 带来更高效的反应过程。
绿色环保的化学转化膜 将会为环保和可持续发 展做出贡献。
3 低成本的化学转化膜
低成本的化学转化膜将 大幅降低分离过程的成 本。
总结
化学转化膜是什么
化学转化膜是一种利用膜 的特殊性质，在化学反应 中起隔离、浓缩、分离、 纯化等作用的膜。
《化学转化膜》PPT课件
本课程将介绍化学转化膜的定义、分类、制备方法、性能及评价、应用以及 未来的发展趋势。了解化学转化膜的基本知识和应用场景，可以为您提供参 考。
什么是化学转化膜
定义
化学转化膜是指利用膜的特殊性质，在化学反应中起隔离、浓缩、分离、纯化等作用的膜。
分类
化学转化膜可分为纳滤膜、超滤膜、反渗透膜、电渗析膜等几类。
化学转化膜的制备方法
化学转化膜的制备方法有 聚合物溶液浆液一体化法、 相转移法、氧化电解法、 离子交换膜法、自组装法。
化学转化膜的性能及 评价
化学转化膜的性能及评价 包括选择性、通量、稳定 性等。
化学转化膜的应用
化学转化膜广泛应用于电渗析、压力萃取、 反渗透、电解质膜燃料电池、水处理等领域。
化学转化膜未来的发展趋势
第二章 化学转化膜技术
转化膜的分类及用途： （1 ） 分类 按形成机理分：化学转化膜和电化学转化膜 按其成分分 ：氧化膜、磷酸盐膜、铬酸盐 膜、草酸 盐膜 按用途分 ：防护性膜、装饰性膜、功能膜 （2） 用途
防锈、耐磨减磨、涂装底层、塑性 加工、绝缘
2.1 氧化处理
2.1.1 钢铁的化学氧化（发蓝、发黑） （1）钢铁高温化学氧化[2,5] 在140℃左右，将钢铁零件浸入 含有氧化剂的氢氧化钠溶液中，获 得以Fe3O4为主的氧化膜。
氧化膜的生长规律可以通过氧化过程的电 压—时间曲线来说明（图2-1）
图2-1
第一段A：无孔层形成。曲线ab段，在通电后 数秒内，电压急剧上升，这是因为在铝表面形成 连续、无孔的氧化铝膜。无孔膜电阻大，阻碍反 应进行，此时膜层厚度主要取决于外加电压，电 压越高，厚度越大。 第二段B：多空层形成。曲线bc段，电压达到 一定数值后，开始下降（约10%～15% )这是因为 膜层局部被溶解或击穿，产生了孔隙，氧化膜电 阻下降，电压随之降低，反应继续进行。
[2]
2.3 钝化处理
2.3.1 铬酸盐钝化处理 将金属或金属镀层放入含有某些添加剂的铬 酸或铬酸盐溶液中，通过化学或电化学的方法使 金属表面生成由三价铬和六价铬组成的铬酸盐膜 的方法，叫做金属的铬酸盐处理，也称钝化。铬 酸盐膜与基体结合力强，结构比较紧密，具有良 好的化学稳定性，耐蚀性好，对基体金属或镀层 金属有较好的保护作用。铬酸盐钝化常用作锌镀 层、镉镀层的后处理，以提高镀层的耐蚀性。
铬酸盐钝化膜是无定形膜，主要由不溶性的 三价铬化合物和可溶性的六价铬化合物两部分组 成。不溶性部分具有足够的强度和稳定性，成为 膜的骨架，可溶性部分充填在骨架内部，当钝化 膜受到轻度损伤时，露出的基体与膜中的可溶性 部分相互作用，使膜自动修复。这就是铬酸盐钝 化膜耐蚀性特别好的根本原因。
表面技术概论化学转化膜
置于电解池(如以硫酸溶液作为电解液)中，通上直流 电，这时可以观察到在阳极上和阴极上都有气体 析出。阳极析出氧气，阴极析出氢气。 阳极上析出的氧大部分与铝作用生成了Al2O3(氧化膜)。
第三十六页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
氧化膜的生成是两个不同过程同时进行的结果：
一个是电化学过程，它产生氧并与铝作用生成Al2O3， 另一个是化学过程，生成的Al2O3膜被电解液溶解成 为多孔层。
第三十八页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
3．阳极氧化膜的封闭 氧化膜多孔，活性高，吸附性很强，容易被污染或被腐
蚀介质侵入，氧化后的膜层要通过封孔才能达到最好的耐蚀 效果。
封孔一般是使膜层在热水(95℃以上)中水化，使 Al2O3，成为Al2O3·H2O后体积膨胀，使膜孔堵塞， 膜层失去活性，从而大大提高耐蚀性。
5．柔韧性 膜的脆性直接随厚度增加而增加，膜的性质类似晶体，
稍加弯曲便趋于破裂，但在一定范围内它们都是有弹性的， 裂纹极细，除非剧烈变形，不会显著影响膜的保护性能。在 较高温度下，使用交流电进行氧化可获得弹性较好的膜层。
第四十三页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
6．耐蚀性 阳极氧化膜对制件具有防护性能。
二、化学转化膜----磷化膜
1.磷化膜:由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而形成 的。
2.钢铁磷化膜形成基本原理
磷化膜的形成： 金属浸入热的稀磷酸溶液中，会生成一层磷酸亚铁(锌、
铝等)膜。
第十页，编辑于星期五：二十二点 五十三分。
第十一页，编辑于星期五：二十二点 五十三分。
磷化膜可在很多金属表面上形成，而以钢铁磷化处理应用 最广。
根据不同用途，阳极氧化膜可赋予表面防护、装饰性、 耐磨性、绝缘、隔热、光学性能等。
第三十六页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
氧化膜的生成是两个不同过程同时进行的结果：
一个是电化学过程，它产生氧并与铝作用生成Al2O3， 另一个是化学过程，生成的Al2O3膜被电解液溶解成 为多孔层。
第三十八页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
3．阳极氧化膜的封闭 氧化膜多孔，活性高，吸附性很强，容易被污染或被腐
蚀介质侵入，氧化后的膜层要通过封孔才能达到最好的耐蚀 效果。
封孔一般是使膜层在热水(95℃以上)中水化，使 Al2O3，成为Al2O3·H2O后体积膨胀，使膜孔堵塞， 膜层失去活性，从而大大提高耐蚀性。
5．柔韧性 膜的脆性直接随厚度增加而增加，膜的性质类似晶体，
稍加弯曲便趋于破裂，但在一定范围内它们都是有弹性的， 裂纹极细，除非剧烈变形，不会显著影响膜的保护性能。在 较高温度下，使用交流电进行氧化可获得弹性较好的膜层。
第四十三页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
6．耐蚀性 阳极氧化膜对制件具有防护性能。
二、化学转化膜----磷化膜
1.磷化膜:由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而形成 的。
2.钢铁磷化膜形成基本原理
磷化膜的形成： 金属浸入热的稀磷酸溶液中，会生成一层磷酸亚铁(锌、
铝等)膜。
第十页，编辑于星期五：二十二点 五十三分。
第十一页，编辑于星期五：二十二点 五十三分。
磷化膜可在很多金属表面上形成，而以钢铁磷化处理应用 最广。
根据不同用途，阳极氧化膜可赋予表面防护、装饰性、 耐磨性、绝缘、隔热、光学性能等。
5-化学转化膜
氧化膜吸附性好。浸油后或作其他后处理，其耐蚀 性能可大大提高。由于氧化膜很薄，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。
6．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 Fe3O4 氧化膜，该过程包括以下三个阶段：
(3)氧化膜的成长:
氧化膜生成过程中，开始时金属铁在碱性溶液中溶解，在 界面处形成氧化铁的过饱和溶液，此后氧化铁晶体成核长大， 形成一层连续的氧化膜，将金属表面覆盖。 氧化膜的致密程度取决于晶核形成速度与晶体长大速度之 比。比值越大，膜层越致密，反之，则膜层结晶越粗大、疏松 ，膜层也越厚。
7．钢铁高温氧化工艺 钢铁高温氧化工艺（见下表），有单槽法和双槽法两种工艺。 单槽法操作简单，使用广 泛，其中配方1为通用氧化液，操作方 便，膜层美观光亮，但膜较薄；配方1氧化速度快，膜层致密， 但光亮度稍差。 双槽法是钢铁在两个质量浓度和工艺条件不同的氧化溶液中进行 两次氧化处理，此法得到的氧化膜较厚，耐蚀性较高。由配方3 可获得蓝黑色光亮的氧化膜；由配方4可获得较厚的黑色氧化膜。
5.区别: 化学转化膜与电镀层、化学镀层或有机涂层等其它 表面处理层相比: 化学转化膜： ①基体金属发生溶解、参与反应 ②形成的是“难溶的化合物膜层” ③不改变金属外观（膜厚～μm）。
6．转化膜的性质和用途 (1)用于防护和装饰 (2)提高涂膜与基体的结合力 (3)耐磨减摩 (4)适用于冷成形加工 (5)电绝缘性
5-3 有色金属的化学氧化
1.铝及铝合金的化学氧化 新鲜的铝表面会很快生成一层氧化膜，但这层膜 厚度一般只有4—5 nm，防护性低，选择适当的溶液 可以得到具有一定防护价值的化学氧化膜。
表面处理技术概论第4章转化膜技术
第四章 转化膜技术
⑵铝阳极氧化膜的结构
铝及铝合金的氧化膜具有蜂窝状结构，如下图所示。 其规则的微孔垂直于表面．其结构单元尺寸、孔径、壁厚 和阻挡层厚等参数均可由电解液成分和工艺参数控制。一 般来说，孔的长度(膜厚)为孔径的1000倍以上。孔隙率通 常在10％左右，硬质膜的孔隙率可以降至2％～4％，建筑 用氧化膜的孔隙率约为11％。
含量, g/L 温度, ℃ 生成的有色盐
50～100 室 温 铁氰化钴
10～50
Co3[Fe(CN)6]2
10～50 10～100 10～50 10～100
室温 室温
铁氰化铜 Cu3[Fe(CN)6]2 普鲁士蓝 Fe3[Fe(CN)6]2
50～100 100～200 室 温
铬酸铅 PbCrO4
30～50 30～50
第四章 转化膜技术
⑶铝及铝合金阳极氧化膜的特点
①功能性：可以通过封孔处理以提高其保护性，也可在孔隙 中沉积特殊性能的物质而获得某些特殊功能，从而形成多 种多样的功能性膜层。
②吸附性：由于氧化膜呈现多孔结构，且微孔的活性较高， 有很好的吸附性。氧化膜对各种染料、盐类、润滑剂、石 蜡、干性油、树脂等均表现出很高的吸附能力。
第四章 转化膜技术
有机染料着色的工艺规范
颜色
染料名称
红色
茜素红(R) 酸性大红(GR) 活性艳红
铝红(GLW)
酸性绿
绿 色 直接耐晒翠绿
铝绿(MAL)
直接耐晒蓝
蓝色
直接耐晒翠蓝 活性艳蓝
酸性蓝
黑色
酸性黑(ATT) 酸性元青 酸性粒子元(NBL) 苯胺黑
金黄色
｛
茜素黄(S) 茜素红(R)
活性艳橙
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§1 氧化处理
影响氧化膜成膜速度、厚度、致密性的因素：
①氢氧化钠：浓度 δ 膜层疏松、多孔 浓度 δ 防护能力差
②氧化剂：浓度 氧化速度 膜层致密、牢固 浓度 氧化速度 膜层厚而疏松
③温度：T δ 膜层质量下降
④氧化液中铁离子含量： 应有一定量的铁离子，可使膜层致密、结合牢固
⑤钢铁中的含碳量：C% Fe3C δ 发黑后→热水清洗→ 干燥→在105~110℃浸油
2021/3/2
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13
Ch11 化学转化膜技术
二、非铁金属的化学氧化
2、镁合金的化学 氧化
δ 0.5~3µm，膜
层薄、软，作 为底层
§1 氧化处理
2021/3/2
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14
Ch11 化学转化膜技术
§1 氧化处理
为了提高膜层的耐蚀性，凡经1-3号处理 的膜层都要进行封闭处理：
2021/3/2
2021/3/2
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Ch11 化学转化膜技术
§1 氧化处理
2 钢铁常温化学氧化（常温发黑__节能高效简便、污染小）
1) 钢铁常温发黑机理 置换反应：CuSO4+Fe→FeSO4+Cu
3Cu+3H2SeO3 →2CuSeO3+CuSe+3H2O
2021/3/2
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Ch11 化学转化膜技术精品课件15Ch11 化学转化膜技术
§1 氧化处理
3、铜及铜合金的化学氧化
生成CuO或Cu2O膜层，各种不同颜色的膜层
2021/3/2
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Ch11 化学转化膜技术
第11章 化学转化膜技术
§11.1 氧化处理 §11.2 铝及铝合金的阳极氧化 §11.3 磷化处理 §11.4 铬酸盐处理
2021/3/2
用途：精密仪器、光学仪器、武器、机械设备
2021/3/2
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4
Ch11 化学转化膜技术
钢铁的化学氧化：
§1 氧化处理
1）高温氧化机理（化学＋电化学过程）
①化学反应机理（三个阶段）
生成亚铁酸钠： 3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3
生成铁酸钠：
6Na2FeO2＋NaNO2+H2O=3Na2Fe2O4+7NaOH+NH3
典型反应：mM + nAZ－→ MmAn+ nZe
其 中：M__基体金属 A__介质阴离子
2021/3/2
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2
Ch11 化学转化膜技术
分类（根据形成膜介质的不同）：
概述
1、氧化物膜__在含有氧化剂的溶剂中形成(氧化)
2、磷酸盐膜__金属在磷酸中形成(磷化)
3、铬酸盐膜__在铬酸或铬酸盐溶液中形成(钝化)
几乎所有的金属表面均能成膜，工业上以Fe、 Al、Zn、Cu、Mg为主。
2021/3/2
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3
Ch11 化学转化膜技术
一、钢铁的化学氧化
§1 氧化处理
氧化剂中生成蓝、黑膜层，称为“发蓝” 或“发黑”，分为：高温化学氧化和常温化学 氧化。
1、钢铁高温化学氧化（传统发黑方法）
浓碱性NaNO2、140℃、15~90min 生成Fe3O4膜，厚度0.5~1.5µm（2.5µm） 浸油（吸附性好）耐蚀性大大提高
还原反应：FeOOH＋e → HFeO2－ 生成Fe3O4：2FeOOH＋HFeO2－→ Fe3O4＋11OH－＋H2O *Fe3O4的生成速度：
晶核数多（过饱和度大）、晶粒细、膜层薄 晶核数少（过饱和度小）、晶粒粗、膜层厚
2021/3/2
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6
Ch11 化学转化膜技术
2）钢铁高温氧化工艺
生成磁性氧化物： Na2Fe2O4＋Na2FeO2＋2H2O＝Fe3O4＋4NaOH
从溶液中经形核长大，形成致密的黑色氧化膜。
2021/3/2
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5
Ch11 化学转化膜技术
钢铁的化学氧化：
§1 氧化处理
1）高温氧化机理 （化学＋电化学过程）
②电化学反应机理 铁的溶解：Fe→ Fe2+＋2e
Fe2+→ Fe3+：6Fe2+＋NO2-+11OH－→ 6FeOOH＋H2O＋NH3
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Ch11 化学转化膜技术
铝及铝合金的阳极氧化：
§1 氧化处理
单槽法：操作简单、使用广泛
No1. 通用氧化液，操作方便，镀层美观光亮、薄
No2. 氧化速度快，膜层致密，光亮度略差
双槽法：两次氧化处理，膜厚、耐蚀性好
No3. 保护性好的蓝黑色光亮氧化膜
No4. 较厚的黑色氧化膜
2021/3/2
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Ch11 化学转化膜技术
2）钢铁高温氧化工艺
第11章 化学转化膜技术
§11.1 氧化处理 §11.2 铝及铝合金的阳极氧化 §11.3 磷化处理 §11.4 铬酸盐处理
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Ch11 化学转化膜技术
概述
化学转化膜：通过化学或电化学手段，使金属表 面形成稳定化合物膜层的方法。
结合力好：由于化学转化膜是金属基体直接参与 成膜反应而成的，因此膜与基体的结合力大。
§1 氧化处理
2 钢铁常温化学氧化（常温发黑__节能高效简便、污染小）
2）钢铁常温发黑工艺
2~10min后，用脱水缓蚀剂、石蜡封闭，耐蚀性
影响表面膜的因素：
①成膜剂___铜盐、亚硒酸 加入磷酸辅助成膜，可提高耐蚀性和附着力
②PH缓冲剂___ 2~3之间，PH 反应快、膜疏松，附着、耐蚀 PH 反应慢、膜薄，稳定性
③络合剂___
④表面润湿剂___十二烷基磺酸钠、OP-10 1%
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二、非铁金属的化学氧化 1、铝及铝合金的化学氧化
§1 氧化处理
设备简单，操作方便，生产效率高，不耗电，成本低。 δ0.5~4μm，膜层多孔，具有良好的吸附性。
当PH为4.45~8.38时：
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不同氧化工艺的特点：
§1 氧化处理
No1. 膜层软，孔隙率高，吸附性好，耐蚀性差；
No2. 硅酸钠作为缓蚀剂，无色氧化膜， 硬度高，孔隙率小吸附性差，耐蚀性好；
No3. 膜层电阻小，导电性好，耐蚀性好， 膜层薄，硬度低，不耐磨；
No4. 膜层薄，韧性好耐蚀性好。
AlAl3＋+3e 3H2O+3e 3OH－＋（3/2）H2 Al3++3OH－ AlOOH+H2O AlOOH γ-Al2O3•H2O 晶体吸附在表面上，形成氧化膜。
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二、非铁金属的化学氧化
§1 氧化处理
*铝合金化学氧化的分类：碱性氧化法、酸性氧化法 *Al－alloy化学氧化工艺规范