第十章 转化膜技术

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(Fe

3

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：H

2

2Al + 3[O] →A12O3

膜的化学溶解过程：

2Al +6H+ →2Al3+ + 3H2↑

Al2O3 + 6H+ →2Al3+ + 3H2O

¾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。