第十章 转化膜技术
材料表面处理技术
操作过程： 工件用汽油或酒精去油后晾干，在渗箱底部撒
5毫米厚的渗剂，垂直放置工件，以减少弯曲变形， 然后填满渗剂(非工作面可用旧渗剂填充，以减少 渗剂用量)，用水玻璃调粘土封箱。出炉或随炉冷 至室温开箱，渗硼后开箱直接淬火即可。渗剂可重 复使用，一般用旧渗剂和硝酸酒精溶液腐蚀后，检
查硼化层厚度及硬度。
电镀和化学镀
化学镀
气相沉积技术
离子注入
堆焊
熔覆技术
件带出和熔盐本身的消耗使熔盐变浅，需不断补充新盐。 （1）仅要求表面耐磨、抗介质腐蚀而对基体无强度要求的
零件为渗铬→空冷→沸水清除粘附残盐。 （2）对基体有一定强度要求的本质细晶粒钢件：渗铬→淬火
(水或油)→在加有缓蚀剂的沸腾的5％硫酸水溶液(以下简称含 酸沸水)中煮去未脱落的残盐→回火。 （3）淬火温度高于渗铬温度的高合金钢：渗铬后随炉升温→ 淬火→含酸沸水煮去残盐→回火。 （4）对基体强度有严格要求的本质粗晶粒钢件，渗铬后要重
含铝共渗及复合渗
钢铁和镍基、钴基等合金渗铝后，能提高抗高温 氧化能力，提高在硫化氢、含硫和氧化钒的高温 燃气介质中的抗腐蚀能力。为了改善铜合金和钛 合金的表面性能，有时也采用渗铝工艺 。
渗铝的方法很多。冶金工业中主要采用粉末法、 热浸、静电喷涂或电泳沉积后再进行热扩散的方 法。
含铬共渗及复合渗
碳素钢和合金钢（包括耐热钢和高温合金）在 渗铬后，可提高耐蚀、耐磨和抗高温氧化性 能。
感应加热 感应加热多数用于工业金属零件表面淬火， 是使工件表面产生一定的感应电流，迅速 加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属 热处理方法。
化学转化膜
(9-5) (9-4)
使反应(9-5)向右移动，并且使Fe的界面处pH值不断上升，溶液中所 生成的不溶性磷酸锌浓度不断增加，最后终于超越了它的溶度积。
由于Fe离子从基体进入溶液中的扩散速率一般比反应的速率低，因 此磷酸锌能够迅速而整齐地沉积在金属表面上，成为致密的膜层。
(3) 钝化的影响：在稀铬酸或铬酸盐溶液(0.01％)里进行后处理，可以 减小磷化膜自由孔隙面积，不仅可提高抗蚀性，还 可改善用漆层的性能。
(4) 温度的影响： 磷酸锌膜晶体结构相当于-磷锌矿[Zn3(PO4)24H2O]， 在105C，140C，163C分别可形成-磷锌矿(斜方晶 系片状体)、-磷锌矿(斜方晶系)以及-磷锌矿(单斜晶 系)结晶。
使用的处理剂称为成膜型处理剂，其使用实例是磷酸锌、 磷酸锰等。
转化膜的基本用途：
①防锈：转化膜作为底层很薄时即可应用；对部件有较高的 防锈要求时，转化膜需均匀致密，且以厚者为佳。
②耐磨：磷酸盐膜层具有很小的摩擦系数和良好的吸油作用。 在金属接触面间产生了一缓冲层，从而减小磨损。
③涂装底层：作为涂装底层的化学膜要求膜层致密、质地 均匀、薄厚适宜、晶粒细小。
(9-3)
锰盐主要按(9-1)式电离，锌盐几乎全按(9-3)式电离。
锰系磷酸盐膜生成机理
Mn(H2PO4)22H2O 30g
H2O
1L
在97～99C下加热1h，溶液发生如下电离反应: Mn(H2PO4)2 MnHPO4 + H3PO4
(9-1)
反应平衡之后，溶液中存在着一定数量的磷酸分子，未电离的 Mn(H2PO4)2分子以及不溶性的MnHPO4沉淀。 把净化的钢铁件浸入此溶液之中，发生以下反应：
材料表面工程技术之转化膜与着色技术PPT课件( 30页)
§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
转化膜
其中：M—表面金属，AZ- —介质中价态为z的阴离
子
注 ：上述反应式是化学转化膜反应的基本形式，具体的转
化膜形成过程要复杂的多，一般都包含多步化学反应和电 化学反应，也包含多种物理化学变化过程。其反应产物也 不像式中那样单一，而是要复杂的多。
1. 2转化膜的分类
按用途分为： 功能性膜（耐磨、减摩、润滑、电绝缘、冷成型加工、涂层基底） 防护性 装饰性
1. 3转化膜的基本用途
<1>防锈：转化膜一方面降低金属本身的化学活性， 提高了在环境介质中的热力学稳定性，另一方面 对环境介质的隔离作用。作防锈用的化学转化膜 主要用于以下二种情况：
①对部件有一般的防锈要求：如涂防锈油等，转化 膜作为底层很薄时即可应用。
转化膜技术
汇报人：张慧桥 指导老师：刘小萍 教授
1 概述
1.1定义及基本原理
定义： 转化膜技术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： 使金属与特定的腐蚀液相接触，在一定条件下
发生化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难 溶的生成物膜层。
特点：
由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜 反应而成的，因而膜与基体的结合力比电镀和化 学镀膜层大的多。
◇ 钢铁常温发黑机理：钢铁表面的发黑处理,可
得到均匀的黑色或蓝黑色外观，其表面膜的主要 成分是CuSe，功能与Fe3O4相似。
◇ 目前,常温发黑溶液在市场有商品供应,品种型
号甚多，其主要成分是CuSO4,二氧化硒,还含有 各种催化剂,缓冲剂,络合剂与辅助材料。
化学反应机理：
①SeO2溶于水中生成亚硒酸(H2SeO3):
SeO2 + H2O ---> H2SeO3 ②钢铁工件浸入发黑液中时,溶液中的游离Cu与Fe发生置换
《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
2011电镀工艺学第10章转化膜
盐酸（HCl，0.1mol/L）
0.8ml
磷化后处理
磷化后，可根据工件的用途进行后处 理，以提高磷化膜的抗蚀性能。磷化膜后 处理通常采用填充和封闭处理。填充处理 的工艺规范见表10.5：
磷化膜的封闭可用涂漆或锭子油，当使 用锭子油封闭时，油温为105～110℃，将 零件浸渍5～10分钟即可。
磷化膜填充处理工艺
磷化膜性能
磷化膜的颜色随着基体材料及磷化工艺 的不同由暗灰到黑灰色。磷化膜的主要成 分是磷酸盐和磷酸氢盐。
磷化膜在金属的冷变形加工的制造业中 能较好地改善摩擦表面的润滑性能，能减 少加工裂纹和表面拉伤，延长工具和模具 的使用寿命；
磷化膜在大气条件下较稳定，本身的
耐蚀性并不高，但磷化膜经封闭填充、浸 油或涂漆处理，能进一步提高其耐蚀性。
四合一磷化：所谓“四合一”磷化是将 除油、
除锈、磷化和钝化四个工序综合在一个槽中进行， 采用这种工艺可简化工序，减少设备和作业面积， 缩短工时，提高劳动生产率，降低成本，便于实 现机械化和自动化生产。用此法获得的磷化膜均 匀、细致，有一定耐蚀性和绝缘性。
电化学磷化：用电化学方法促进磷化
过程方面作过大量研究，但在工业上应用 还不成熟，一般电化学磷化可简化处理液 成分，避免氧化剂作促进剂时的弊病（如 生产过程产生有毒气体、溶液稳定性差、 泥渣量大、成本高），在低温条件下快速 获得很薄而高性能的磷化膜。
转化膜
所谓转化膜是指金属表面的原子层与某些介 质的阴离子反应生成的膜。转化膜主要有以下几 类：
1. 磷酸盐膜，其成膜过程称为磷化。 2. 氧化物膜，其成膜过程称为氧化，对钢铁零件 的氧化又称为“发蓝”或“发黑”。
3. 金属着色膜，在金属的表面采用不同的方法得 到有色膜层，如：铜、锌、镍、不锈钢等的着色。
转化膜
85～100
95～100
90～95
时间/MIN
5～8
8～10
8～10
表1－2 铝及铝合金酸性铬酸盐化学氧化溶液配方及工艺条件
组成物的质
量浓度
/G·L-1
1
配方编号 2
磷酸
10～15 50～60
铬酐
1～2
20～25
氟化钠
3～5
氟化氢氨
3～3.5
磷酸氢二氨
2～2.5
硼酸
0.6～1.2
铁氰化钾
重铬酸钾
温度/℃
3Cu + 3H2SeO3 ---> CuSe + 2CuSeO3 + 3H2O
3.氧化膜的后处理 钢铁工件通过化学氧化处理,得到的氧化膜其防
护性仍然较差,所以氧化后还需进行皂化处理、浸油 或在铬酸盐溶液里进行填充处理。
4.不合格氧化膜的退除 不合格氧化膜经脱脂后,在10～15％(体积分数)
的HCl或H2SO4中浸蚀数秒或数十秒即可退除,然后 可再重新氧化。
根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分 为高温化学氧化法和常温化学氧化法。这两种 方法所用处理液成分不同，膜的组成不同，成 膜机理也不同。
1.钢铁高温化学氧化(碱性化学氧化)
<1>高温化学氧化是传统的发黑方法，一般是在强 碱溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸钠）， 在140ºC左右的温度下处理15～90分钟，生成以 Fe3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.5～ 1.5微米，最厚可达2.5微米。氧化膜具有较好的 吸附性，氧化膜很薄。对零件尺寸和精度几乎没 有影响。
化学反应机理为：
3Fe＋NaNO2＋5NaOH－－>3Na2FeO2＋H2O＋NH3
第10章2011 转化膜
• 膜的厚度：0.5~1.5微米，氧化处理不影 响零件的精度 • 膜的颜色：黑色或蓝黑色；铸钢及含硅 的特种钢呈褐色或黑褐色；膜层有光泽 • 膜层具有良好的可擦拭性能 • 氧化膜后处理，提高耐蚀性和润滑性 • 适用范围广
机械 精密仪器 仪表 适用范围 武器
日用品
弹簧钢、钢丝、薄钢片
不允许电镀或涂装的零件
Fe2O3·mH2O + 2NaOH
氢氧化铁的水合物
氢氧化铁的水合物在高温槽中脱去部分结晶水
Fe2O3·mH2O Fe2O3·(m-n)H2O + nH2O
红色挂灰
溶液 零件表面
＊＊如何控制红色挂灰？ 形成时期：是在零件氧化初期生成的 形成原因为：基体铁溶解较快，铁酸 钠的水解速度相对于四氧化三铁的形 成速度要快
硬质阳极氧化
厚层
混合酸硬质阳极氧化
常温硬质阳极氧化 草酸钛钾法 铬酸硼酸法 硫酸锆法 混合酸法
瓷质阳极氧化 按特点分
仿釉
硫酸瓷质阳极氧化
高效率阳极氧化
宽温度范围阳极氧化
光亮阳极氧化
防护性 防护－装饰性
按用途分类
耐磨
电绝缘层 喷漆的底层 电镀的底层
3、阳极氧化膜的结构及形成
（ 1 ）阳极氧化膜为双层结构，内层为致密无孔 的三氧化二铝，称为阻挡层；外层是由孔隙和孔 壁组成的多孔层。多孔层为六角形结构 （2）阳极氧化膜的生成是电化学反应和化学反 应两种不同反应同时进行的结果。膜的生长是向 着基体一侧的，整个阳极氧化过程中氧化膜的厚 度都在增加，但随电解时间的增加，氧化膜的增 长速度下降
工艺特点： 化学氧化所获得的氧化膜较薄（ 0.5~4 微米），多 孔，有良好的吸附能力，质软不耐磨，抗蚀性低于 阳极氧化膜，一般作涂装的底层。 化学氧化所需设备简单，操作方便，生产效率高， 成本低，适用范围广。不受零件大小和形状的限制， 特别适于处理大型零件或组合件以及很难用阳极氧 化方法来获得完整膜层的复杂零件。
表面转化膜技术
表面转化膜技术
表面转化膜技术是指通过化学或电化学的方法，使材料表面的性质发生变化，以达到防腐、耐磨、装饰等目的的一种技术。
具体来说，通过表面转化膜技术可以形成一层具有特殊性质的薄膜，这层薄膜可以改变材料表面的物理、化学和机械性能，从而提高材料的耐腐蚀性、耐磨性和装饰性等。
表面转化膜技术有很多种，其中比较常用的有化学氧化法、电化学氧化法、阳极氧化法等。
这些技术可以根据材料的不同性质和需要进行选择和应用，以达到最佳的处理效果。
表面转化膜技术的应用范围非常广泛，可以应用于金属、非金属等各种材料表面处理。
在金属材料方面，表面转化膜技术可以用于提高金属的耐腐蚀性和耐磨性，例如在钢铁、铝、铜等金属表面形成一层氧化膜或镀膜；在非金属材料方面，表面转化膜技术可以用于提高材料的硬度和耐磨性，例如在玻璃、陶瓷、宝石等材料表面形成一层硬化膜或镀膜。
总之，表面转化膜技术是一种重要的材料表面处理技术，通过它可以实现对材料表面的性质进行改变和优化，从而提高材料的综合性能和延长使用寿命。
化学转化膜技术
化学转化膜处理工艺特别是无铬化学转 化膜工艺具有设备小、占地少、操作简 单、能耗低、成本低廉等优点而倍受青 睐。
主要工艺
铬酸盐转化膜 磷酸盐转化膜 磷酸盐−高锰酸盐转化膜 锡酸盐转化膜 稀土转化膜 植酸转化膜
铬酸盐转化膜
铬酸盐转化膜的防蚀机理为铬酸盐转化涂层在 湿气和空气中起惰性的屏障作用，阻止了镁的 腐蚀。 尽管铬酸盐转化处理工艺成熟，性能稳定，转 化膜具有很好的防护作用，但该方法的致命弱 点是处理液中含有毒性高且易致癌的六价铬， 对人体健康有害，且污染环境，环保法规严格 限制其应用，铬酸盐处理工艺逐步被取缔。 因此，开发无铬化学转化膜工艺成为镁合金化 学转化膜的发展方向和研究热点。
稀土转化膜
目前，稀土转化处理是镁合金无铬转化处理中 倍受关注的一种新方法，通过调节适当的浓度、 温度和成膜时间，可直接在镁合金表面得到性 能良好的化学转化膜层，能一定程度地提高镁 合金的耐蚀性，而且其转化膜毒性低，对环境 及人体危害较小。 当前的研究工作集中在含铈的稀土转化膜。
植酸转化膜
植酸(肌醇六磷酸酯)是从粮食等作物中提取的 天然无毒有机磷酸化合物，它是一种少见的金 属多齿螯合物。当其与金属络合时，易形成多 个螯合环，且所形成的络合物稳定性极强。 同时，该膜表面富含羟基和磷酸基等有机官能 团，这对提高镁合金表面涂装的附着力进而提 高其耐蚀性具有非常重要的意义。
金属的化学处理
化学转化膜技术
工业催化 宋书冬 2013571
主要内容
概念及机理
分类 基本方式 基本用途
镁合金表面化学转化膜的研究 转化膜技术的发展动向
1 概念及机理
金属的化学处理法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。 这种经过化学处理生成的膜层称之为化学转化 膜，又称金属转化膜。 化学成膜处理的机理是金属与特定的腐蚀 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。
化学转化膜技术
化学转化膜技术化学转化膜技术啊，就像是一场微观世界里的魔法秀。
你想啊，那些金属材料原本就像一个个质朴的小村姑或者憨厚的小农夫，普普通通地在那待着。
然后化学转化膜技术一来，就像是仙女挥动了魔法棒，或者魔法师念动了咒语。
这技术就像是给金属穿上了一层超级酷炫的铠甲。
这铠甲可不是那种又笨又重的铁疙瘩，而是像蜘蛛侠的战衣一样，既轻薄又超级厉害。
比如说，铝制品，本来就像个软弱的小书生，在空气中很容易就被欺负得锈迹斑斑。
但有了化学转化膜，就像是有了金钟罩铁布衫，立马变得坚强无比，能在各种恶劣环境下潇洒地说“我不怕”。
化学转化膜的形成过程呢，就像是一场微观粒子的狂欢派对。
那些化学物质就像一群调皮的小精灵，在金属表面上蹦蹦跳跳，你拉我扯的，然后就构建出了一层神奇的膜。
这膜薄得呀，就像一层薄纱，但是它的作用可一点都不小。
就好比一个超级小的蚂蚁，却能举起比自己重好多倍的东西一样，这薄纱般的膜能给金属带来巨大的改变。
而且啊，化学转化膜技术就像一个神奇的化妆师。
它能把金属表面变得五颜六色的，就像给金属化了妆一样。
有的时候是漂亮的蓝色，就像深邃的海洋；有的时候是迷人的金色，仿佛是被阳光照耀的沙滩。
这可比那些普通的金属颜色有趣多了，让金属从一个“土包子”变成了时尚的弄潮儿。
在工业领域，化学转化膜技术那就是个超级英雄。
它拯救那些容易被腐蚀的金属设备，就像超人拯救世界一样。
如果没有它，那些金属设备就像是没有伞的孩子，在酸雨、盐水这些“暴风雨”中瑟瑟发抖。
有了化学转化膜，就像躲进了温暖的小房子里，安心得很。
要是把金属比作一个个士兵，化学转化膜技术就是给士兵们配备的秘密武器。
这个武器虽然看不见摸不着，但是在对抗腐蚀、磨损这些“敌人”的时候，那可是相当厉害。
就像孙悟空的七十二变一样，总能让金属在各种复杂的环境中应对自如。
有时候我就想啊，化学转化膜技术是不是从外太空来的魔法呢？它对金属的改变就像是把一块普通的石头变成了闪闪发光的宝石。
而且这个魔法还特别环保，就像大自然的精灵在施展善意的法术，不会对环境造成破坏。
转化膜处理的概念特点及使用场景
转化膜处理的概念特点及使用场景
转化膜处理是一种特殊的表面处理技术，它利用高温、高压等条件下的化学反应，将化学成分与基材表面活性位点发生化学反应，形成一层新的化学物质，从而改变表面的性质。
转化膜处理具有以下几个特点：
1. 转化膜处理可以在基材表面形成一层均匀、致密、不易脱落的膜，从而保护基材表面，延长其使用寿命。
2. 转化膜处理可以增强基材的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能，提高其使用价值。
3. 转化膜处理可以改善基材表面的润湿性、附着力等性能，提高其在特定场景下的使用效果。
转化膜处理主要应用于金属、陶瓷、塑料等材料的表面处理，适用于航空、汽车、电子、建筑、医疗等领域。
例如，可以将汽车发动机的缸体、活塞等零部件经过转化膜处理后，提高其表面的耐磨性和耐腐蚀性，从而延长使用寿命；可以将医疗器械表面经过转化膜处理后，提高其润湿性和附着力，从而减少使用过程中的误差和失灵。
- 1 -。
第十章转化膜技术
第十章转化膜技术第十章转化膜技术1转化膜技术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氧化物膜磷酸盐膜金属着色膜铬酸盐膜转化膜同金属上别的覆盖层不同，它的生成必须有基体金属的直接参与，且自身转化为成膜产物，因此，膜层与基体具有很好的结合力。
通过化学作用在金属表面形成转化膜的过程称为化学转化；通过电化学作用形成转化膜的过程称为电化学转化，也叫阳极转化。
2钢铁的氧化钢铁在潮湿大气中，表面易形成铁锈。
由于它非常疏松并且易吸湿，因而促使潮湿的大气继续对钢铁进行腐蚀，直至破坏。
如果在钢铁表面上形成一层致密的磁性氧化铁(Fe3O4)薄膜，就能使钢铁具有一定的抗大气腐蚀能力，阻止钢铁表面生锈，还能起到表面装饰的作用。
为了对钢铁零件表面进行装饰防护，常采用在含氧化剂的浓碱溶液中进行化学处理的工艺，比使用其他方法更易实施————“碱性氧化”。
3高温碱性氧化工艺：将工件浸入含氧化剂的浓苛性钠溶液中，高温下进行氧化处理。
碱浓度高、温度高、能耗大、时间长、生产效率低。
常温发黑(发蓝)工艺：采用发黑剂，形成不溶性的化合物沉积于钢铁表面，形成黑色膜层。
节能、效率高、成本低。
钢铁件的氧化处理工艺简单，成本低，氧化过程不析氢，厚度一般为0.6-1.5 μm，常用在一般防护装饰领域。
56金属的磷化金属件经过一定的化学处理后，使金属件表面形成一层以难溶性磷酸盐为主要成分的化学转化膜。
磷化膜不耐热，不耐水，不耐酸碱，不导电，不导热，多孔结构。
工艺稳定可靠、成本相对低廉、操作简单。
能够大幅度提高金属表面上有机涂层的附着力和耐腐蚀性。
7磷化的分类：(1)根据磷化膜的成分不同：磷酸锌系、磷酸锰系、磷酸锌锰系、磷酸锌钙系、磷酸铁系等。
(2)根据磷化温度不同：高温磷化(80℃以上)、中温磷化(60 ～75℃) 、低温磷化(35℃～55℃) 、常温磷化(15 ～35℃)。
(3)按磷化方式不同：喷淋式、浸渍式、喷浸结合式、涂刷式。
(4)按磷化膜层的单位面积质量的不同：重量级(7.5g/m2 以上) 、中量级(4.5-7.5g/m2) 、轻量级(1.1-4.5g/m2) 、特轻量级(0.1-1.1g/m2)。
化学转化膜技术
4 转化膜的基本用途
①防锈 ②耐磨 ③涂装底层 ④塑性加工 ⑤绝缘等功能性膜 ⑥装饰
5 镁合金表面化学转化膜的研究
镁合金是一种最轻的工程结构金属材料，具有 密度小、比强度高、良好的导电能力和电磁屏 蔽性能、减振和阻尼性能好且容易回收利用等 特点。镁合金可应用于汽车、航空航天以及 3C 产品(家用电器、计算机、通信电子器件)等 领域。 镁合金的耐蚀问题长期以来严重地制约了镁合 金的开发和广泛应用。因此，开展镁合金防腐 蚀研究，提高其耐蚀性具有重要的意义。
根据形成膜时所采用的介质，又可将化学 转化膜为以下几类：
（l）氧化物膜：是金属在含有氧化剂的溶液中 形成的膜，其成膜过程叫氧化。 （2）磷酸盐膜：是金属在磷酸盐溶液中形成的 膜，其成膜过程称磷化。 （3）铬酸盐膜：是金属在含有铬酸或铬酸盐的 溶液中形成的膜，其成膜过程在我国习惯上称钝 化。
化学转化膜几乎在所有的金属表面都能生成， 目前工业上应用较多的是铁、铝、锌。
化学成膜处理的机理是金属与特定的腐蚀 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。
由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜 反应而成的，因而膜与基体的结合力比电镀 层和化学镀层这些外加膜层大得多。 成膜的典型反应可用下式表示：
6 转化膜技术的发展动向
当前，世界上有关金属的化学成膜技术发展非常 迅速，每月发表的有关专利文献就达数十篇之多。 从目前看，化学成膜技术今后的主要发展动向是：
（1）化学表面处理技术必须与新的涂装技术的发展相适应，即开发和 研制适合于新型涂 料和涂装方式的化学处理剂； （2）开发研制对金属件无需清理即可形成保护转化膜的化学处理剂； （3）开发研制不产生污染的化学处理剂； （4）开发研制能简化工艺、缩短流程的化学处理剂； （5）开发研制应用于大型构件的化学处理剂； （6）开发具有更致密、保护性能更好的转化膜； （7）开发具有更高硬度、更耐磨的转化膜； （8）开发具有特殊功能的转化膜。
转化膜与镀层技术
转化膜与镀层技术转化膜与镀层技术是一种常用的表面处理技术，被广泛应用于不同行业的产品制造中。
它们的出现，有效地提高了产品的表面性能和功能，使其具备更长的使用寿命和更好的外观质量。
一、转化膜技术转化膜技术是通过在金属表面形成一层转化膜，来改变其物理和化学性质的方法。
转化膜层是由金属基体与周围环境中的物质反应生成的，形成一层非金属化合物的保护层。
这层转化膜能够有效地阻隔金属与外界氧气、腐蚀介质的接触，起到防腐蚀、耐磨、隔热以及改善金属的导电性能等功能。
转化膜技术广泛应用于金属制品的生产中，例如汽车、航空器、建筑材料等。
其中最常见的例子是钢材表面的转化膜处理。
利用酸洗和氧化处理，可在钢材表面形成一层致密的铁氧化物层，有效地提高了钢材的抗腐蚀性能。
此外，转化膜技术还可以在铝合金、镁合金、锌合金等金属表面形成防腐层，提高其耐腐蚀性能。
二、镀层技术镀层技术是以电解或化学还原的方式，在金属表面形成一层金属或非金属材料的薄膜，以增加金属制品的耐腐蚀性、耐磨性和美观性等性能。
常见的镀层有镀铬、镀锌、镀镍、镀银等。
镀层技术有很多优点，首先是提高了金属制品的耐腐蚀性能。
通过在金属表面镀上一层具有较高耐腐蚀性的金属材料，能有效地保护金属基体，延长产品的使用寿命。
其次，镀层技术可以提高金属制品的外观质量，使其具备更好的光泽和装饰效果。
此外，镀层还可以改变金属本身的物理性质，如提高导电性能、增加金属的硬度等。
镀层技术广泛应用于汽车、家电、电子器件等行业中。
以汽车行业为例，镀铬技术被广泛应用于汽车的外观装饰，如镀铬前格栅、镀铬车门把手等。
通过镀铬处理，可以使汽车具备更好的外观质量，并提高抗腐蚀性能，延长使用寿命。
此外，镀锌技术在金属制品防腐方面也有广泛应用，如食品加工设备、建筑材料等。
总结起来，转化膜与镀层技术是通过在金属表面形成一层薄膜来改善金属的性能与功能。
转化膜技术通过反应生成一层非金属化合物的保护层，具备防腐蚀、耐磨、隔热、导电等功能。
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第十章转化膜技术氧化物膜磷酸盐膜铬酸盐膜转化膜技术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金属着色膜转化膜同金属上别的覆盖层不同，它的生成必须有基体金属的直接参与，且自身转化为成膜产物，因此，膜层与基体具有很好的结合力。
通过化学作用在金属表面形成转化膜的过程称为化学转化；通过电化学作用形成转化膜的过程称为电化学转化，也叫阳极转化。
钢铁的氧化钢铁在潮湿大气中，表面易形成铁锈。
由于它非常疏松并且易吸湿，因而促使潮湿的大气继续对钢铁进行腐蚀，直至破坏。
如果在钢铁表面上形成一层致密的磁O4)薄膜，就能使钢铁具有一定的抗大气腐性氧化铁(Fe3蚀能力，阻止钢铁表面生锈，还能起到表面装饰的作用。
为了对钢铁零件表面进行装饰防护，常采用在含氧化剂的浓碱溶液中进行化学处理的工艺，比使用其他方法更易实施————“碱性氧化”。
高温碱性氧化工艺：将工件浸入含氧化剂的浓苛性钠溶液中，高温下进行氧化处理。
碱浓度高、温度高、能耗大、时间长、生产效率低。
常温发黑(发蓝)工艺：采用发黑剂，形成不溶性的化合物沉积于钢铁表面，形成黑色膜层。
节能、效率高、成本低。
钢铁件的氧化处理工艺简单，成本低，氧化过程不析氢，厚度一般为0.6-1.5 μm，常用在一般防护装饰领域。
金属的磷化金属件经过一定的化学处理后，使金属件表面形成一层以难溶性磷酸盐为主要成分的化学转化膜。
磷化膜不耐热，不耐水，不耐酸碱，不导电，不导热，多孔结构。
工艺稳定可靠、成本相对低廉、操作简单。
能够大幅度提高金属表面上有机涂层的附着力和耐腐蚀性。
¾磷化的分类：(1)根据磷化膜的成分不同：磷酸锌系、磷酸锰系、磷酸锌锰系、磷酸锌钙系、磷酸铁系等。
(2)根据磷化温度不同：高温磷化(80℃以上)、中温磷化(60～75℃)、低温磷化(35℃～55℃)、常温磷化(15～35℃)。
(3)按磷化方式不同：喷淋式、浸渍式、喷浸结合式、涂刷式。
(4)按磷化膜层的单位面积质量的不同：重量级(7.5g/m2以上)、中量级(4.5-7.5g/m2)、轻量级(1.1-4.5g/m2)、特轻量级(0.1-1.1g/m2)。
¾磷化膜的成分和结构除钢铁件在碱金属或铵的磷酸二氢盐溶液中所形成的磷化膜层是无定形结构外，其他类型的磷化膜层结构均呈结晶状。
膜层的厚度可从lμm～100μm。
膜层的结晶越粗大，膜层越厚。
磷化膜的成份、结构、结晶粗细和膜厚，主要取决于磷化溶液的类型、组成、工作温度、前处理方法、基体材质等因素。
铝及铝合金的阳极氧化1、概述重要的轻金属材料有Al、Mg、Ti及其合金。
优点：重量轻；铝、镁合金的导电导热性强于钢铁，仅次于铜；抛光后具有良好的光反射能力；镁合金质轻；钛合金耐蚀性好、强度高。
缺点：铝、镁及其合金的耐蚀性差；钛及其合金的导电、导热和可焊性差。
铝及铝合金在大气中会与氧生成氧化膜，但膜极薄，耐蚀能力很低。
为了提高铝及铝合金的防护性、装饰性和其他功能性，多数情况下可以采取阳极氧化处理。
铝及铝合金阳极氧化液有酸性液、碱性液和非水液等三大类。
通常采用酸性液。
它可分为硫酸、铬酸、磷酸等无机酸体系，草酸、氨磺酸、丙二酸、磺基水杨酸等有机酸体系，以及无机酸加有机酸的混合酸体系。
工业生产中主要采用硫酸法、铬酸法、草酸法和混合酸法，其中硫酸法应用最为广泛。
2、阳极氧化膜的形成机理¾电极反应铝及铝合金阳极氧化液一般采用中等溶解能力的酸性溶液，如硫酸、草酸等，将铝及铝合金零件作为阳极，铅板（石墨）为阴极，通以直流电。
阴极反应：2H+ + 2e →H2↑O －2e →[O] + 2H+阳极反应：H22Al + 3[O] →A12O3膜的化学溶解过程：2Al +6H+ →2Al3+ + 3H2↑Al2O3 + 6H+ →2Al3+ + 3H2O¾阳极氧化膜的生长过程铝及铝合金在阳极氧化过程中，氧化膜的电化学生成和化学溶解是同时发生的，只有当氧化膜的生成速度大于氧化膜的化学溶解速度时，氧化膜才能生长和加厚。
图铝阳极氧化时间－电位曲线对阳极氧化特性曲线的描述：ab段: (10s左右)，阳极氧化一开始，铝表面立即生成一层致密的连续无孔膜，具有很高绝缘性能的氧化膜，称为无孔层/阻挡层。
bc段: 电解液对氧化膜的溶解作用所导致，电阻减小，槽电压下降。
cd段: (20s后)，溶解、生成趋于平衡，无孔层厚度不变，多孔层孔隙加深，孔壁表面溶解同时被水化，生成Al2O3•xH2O，使氧化膜形成可以导电的多层结构，厚度达到几十到几百个微米，硬度较无孔层低。
¾膜生长过程中的传质---电渗现象孔壁水化氧化膜带负电，吸附在其表面的正电荷离子在电场作用下往外移动，孔中间的电解液往孔内移动。
负电富Al3＋的液体新鲜的酸溶液电渗过程示意图¾阳极氧化膜的组成和结构铝及铝合金阳极氧化膜由氧化物、水和溶液的阴离子组成，水和阴离子在氧化膜中除游离形态外，还常以键结合的形式存在，这就使膜的化学结构随溶液类型、浓度和电解条件而变得很复杂。
阳极氧化膜由阻挡层和多孔层所组成。
阻挡层是薄而无孔的，多孔层由许多六棱柱体的氧化物单元组成，形似蜂窝状结构。
每个单元的中心有一小孔直通铝表面的阻挡层，孔壁为较致密的氧化物。
3、阳极氧化工艺（1）硫酸阳极氧化工艺在稀硫酸电解液中对铝及其合金进行阳极氧化处理，得到无色的氧化膜。
特点：氧化膜吸附能力强、易于染色、硬度较高，抗蚀性好。
工艺操作简便，溶液稳定、成本低、允许杂质含量范围宽，主要用于铝件的防护和装饰。
影响因素：1. 硫酸浓度2. 温度3. 阳极电流密度4. 氧化时间5. 搅拌6. 电解液中的杂质（2）铬酸阳极氧化工艺特点：膜层薄，2-5μm，抗蚀性不如硫酸阳极氧化膜，不透明，颜色由灰白至深灰，不易着色。
孔隙少，不需封闭。
用途：与有机材料结合好，作油漆底层。
（3）草酸阳极氧化工艺特点：硬度较高，较厚，黄色氧化膜层着色困难，耐蚀性不强，成本高，电解液不稳定。
用途：电气绝缘层和日用表面装饰。
（4）硬质阳极氧化工艺 特点：耐磨，绝缘，耐热，耐蚀。
工艺：硫酸工艺，草酸工艺，高电压、大电流氧化， 注重散热(强制制冷)和搅拌。
硬质膜与普通膜的结构 相似，由阻挡层和多孔层组 成，呈蜂窝状结构。
区别是 硬质膜阻挡层厚度比普通膜 阻挡层厚度约大10倍，硬质 膜的孔壁厚、孔隙率低。
21表 成分及操作条件硫酸硬质阳极氧化工艺规范 1 2 3硫酸H2SO4 (d=1.84)/g· L－1 温度/℃ 电流密度／A·dm－2 电压／V 时间／min200~250 －5~10 2~3 40~90 120~150300~350 －3~12 2.5 40~80 50~80130~180 10~15 2 100 60~180224、阳极氧化膜的着色（1）化学着色 铝阳极氧化膜的多孔层具有很高的化学活性，可以进 行化学着色或染色。
化学着色时色素体吸附于靠近膜表面 的膜孔内，显示出色素体本身的颜色。
化学着色可分为无机盐着色（主要依靠物理吸附）和 有机染料着色（主要依靠化学吸附）两大类。
由于化学着色的色素体处于多孔层的表面部分，故耐 磨性较差，大多数有机染料还易受光的作用而分解褪色， 耐久性差。
23表 溶液 颜色 成 分 1无机盐着色工艺规范 溶液－12 含量／g·L－1含量／g·L 100~200 50~100 10~100 10~50 30~50 10~50 50~100成分色素体黄 橙 棕 金黄 白 蓝 黑醋酸铅 Pb(C2H3O2)2·3H2O 硝酸银AgNO3 硫酸铜CuSO4·5H2O 硅代硅酸钠 Na2S2O3 · 5H2O 醋酸铅Pb(C2H3O2)2 亚铁氰化钾 K4Fe(CN)6 · 3H2O 醋酸钴 Co(C2H3O2)2重铬酸钾 K2Cr2O7 铬酸钾 K2CrO4 铁氰化钾 K3Fe(CN)6 高锰酸钾 KMnO4 硫酸钠 Na2SO4 氯化铁 FeCl3 硫化钠Na2S50~100 5~10 10~15 10~15 10~50 10~100 50~100重铬酸铅 铬酸银 铁氰化铜 氧化锰 硅酸铅 普鲁士蓝 硫化钴24表颜色 染料名称铝坚牢金(RL) 茜素黄 (S) 茜素红(R) 溶靛素金黄(IGK) 溶靛素亮橙(IRK) 活性艳橙 直接耐晒嫩黄(5GL) 活性嫩黄(K－4G) 茜素黄(S) 铝火红(ML) 铝枣红(RL) 直接耐晒桃红(G) 铝紫(CLW) 直接耐晒棕(RTL) 铝红棕(RW) 酸性绿 铝绿(MAL) 直接耐晒蓝 酸性湖蓝(B) 酸性黑(ATT) 酸性粒子元(NBL)有机染料染色工艺规范含量/g·L－13~5 0.3 0.5 0.035 0.1 0.5 8~10 2~5 2~3 3~5 3~5 2~5 3~5 15~20 3~5 5 3~5 3~5 10~15 10~15 10~15温度/℃室温 50~60 室温 50~60 70~80 60~70 60~70 室温 室温 60~75 室温 80~90 室温 60~70 室温 15~30 室温 室温 60~70时间/min5~8 1~3 1~3 5~15 10~15 2~15 10~20 5~10 5~10 1~5 5~10 10~15 5~10 15~20 5~10 15~30 3~8 10~15 10~15pH值5~6 5~6 4.5~5.5金黄橙黄 黄6~7 5~6 5~6 5~6 5~6 6.5~7.5 5~6 5~5.5 5~6 5~5.5 4.5~5.5 5~5.5 25红 紫 棕 绿 蓝 黑（2） 整体着色 铝在特殊溶液中阳极氧化而直接生成有色膜的方法，故 又称为一步电解着色法，或称为自着色阳极氧化。
这类溶液 常含有特殊的有机酸如磷基水杨酸、氨基磺酸、草酸等。
它是利用溶液在电极上发生的电化学反应，使部分产物 夹杂在氧化膜中而显色。
整体着色膜具有良好的耐光性、耐热性、耐蚀性、耐磨 性及耐久性。
广泛应用于建筑材料业，适合室外装饰。
但是 它的色调种类少，色泽也不够鲜艳，能耗大、成本高，故应 用范围受到一定限制。
26（3）电解着色 铝及铝合金经阳极氧化取得氧化膜之后，再在含金属 盐的溶液中进行电解，使金属离子在膜孔底部还原析出而 显色的方法，又称为二次电解着色或二步法电解着色。
电解着色膜具有很好的耐光性、耐候性和耐磨性。
电 解着色的成本比整体着色低得多，且受铝合金成分和状态 的影响较小，所以，在建筑铝型材上应用尤为广泛。
整体着色的色素体分布电解着色的色素体分布27表金属盐 成 分 硫酸镍NiSO4·7H2O 硫酸镁MgSO4·7H2O 硫酸铵(NH4)2·SO4 硼酸H3BO3 硫酸亚锡SnSO4 硫酸H2SO4(d=1.84) 硼酸H3BO3 硫酸亚锡SnSO4 硫酸H2SO4(d=1.84) 稳定剂ADL—DZ 25 20 15 25 20 10 10电解着色工艺规范含量／g ·L－1 温度/℃ 电压／V 时间／min 颜色镍盐207~152~15青铜色15~256~95~10青铜色锡盐10~15 20~25 15~2020~3010~153~10青铜色28表金属盐 成 分 硫酸镍NiSO4·6H2O 硫酸亚锡SnSO4 硼酸H3BO3 硫酸H2SO4(d=1.84) 稳定剂ADL—DZ 硫酸镍NiSO4·6H2O 硫酸亚锡SnSO4 硼酸H3BO3 硫酸H2SO4(d=1.84) 稳定剂ADL—DZ 硫酸铜CuSO4 ·5 H2O 硫酸H2SO4(d=1.84) 添加剂ADL-DH 硝酸银AgNO3 硫酸H2SO4(d=1.84) 添加剂ADL-DJ 高锰酸钾KMnO4 硫酸H2SO4(d=1.84) 添加剂AD-DJ99电解着色工艺规范（续表）含量／g ·L－1 20~30 3~6 20~25 15~20 10~15 35~40 10~12 25~30 20~25 15~20 20～25 8 25 0.5~1.5 15~25 15~25 7~12 20~30 15~25 温度/℃ 电压／V 时间／min 颜 色15~256~95~10青铜色镍锡盐20~3010~153~10黑色铜盐20～408～120.5～5红、紫、 黑色银盐 高锰酸 盐20~305~71~3金黄色15~406~102~4金黄色295、阳极氧化膜的封闭铝及其合金制件经阳极氧化后，具有很高的孔隙 率和吸附性能，很容易被污染和受腐蚀介质的侵蚀， 因此氧化膜无论是否着色，均应及时进行封闭处理， 以提高其抗腐蚀性、耐晒性、耐磨性和绝缘性。