表面工程学化学转化膜技术课件

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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
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
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2）钢铁高温氧化工艺
§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
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§2 铝及铝合金的阳极氧化
铝及铝合金的阳极氧化：金属作为阳极
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§2 铝及铝合金的阳极氧化
一、阳极氧化膜的性质及用途
1、膜层多孔 蜂窝状，吸附能力很强（树脂、蜡、涂料）
2、耐磨性好 硬度高，吸附润滑剂后，进一步提高耐磨性
3、耐蚀性好
大气中很稳定，并与厚度、孔隙率有关，可 采用封闭处理，进一步提高耐蚀性
1) 钢铁常温发黑机理 置换反应：CuSO4+Fe→FeSO4+Cu
3Cu+3H2SeO3 →2CuSeO3+CuSe+3H2O
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§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
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PP）T学习、交流晶粒粗、膜层厚
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2）钢铁高温氧化工艺
§1 氧化处理
单槽法：操作简单、使用广泛
典型反应：mM + nAZ－→ MmAn+ nZe
其 中：M__基体金属 A__介质阴离子
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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。
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。
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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
当PH为4.45~8.38时：
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
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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。
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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。
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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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铝及铝合金的阳极氧化：
§2 铝及铝合金的阳极氧化
在适当的电解液中，以金属作为阳极，在外 加电流的作用下，使表面生成氧化膜的方法。
膜层厚：几十到几百µm （铝的自然氧化膜厚度0.010~0.015µm）
用途：精密仪器、光学仪器、武器、机械设备
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钢铁的化学氧化：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§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
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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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。
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
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§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：
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§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
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§2 铝及铝合金的阳极氧化
一、阳极氧化膜的性质及用途
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
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§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）