第6章 化学转化膜
-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
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：
化学转化膜
浸油：在105～110℃的机油、锭子油或变压器油中 浸5～10分钟。
（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）
钢铁化学氧化单槽法工艺
溶液组成及工艺条件
1
2
氢氧化钠 亚硝酸钠 重铬酸钾
g/L
550～650
600～700
g/L
150～200
200～250
g/L
25～32
温度 氧化时间
℃ 135～145 130～135
g/L 500～600 700～800 550～650 700～800
g/L 100～150 150～200
g/L
100～150 150～200
℃ 135～140 145～152 130～135 140～150
min 10～20 45～60 15～20 30～60
双槽法:将钢铁部件在两个浓度和工艺条件不同的氧化溶液中进行两 次氧化处理，氧化膜较厚，耐蚀性高，能消除零件表面的红色挂灰。
将形成无数微电池。
电 ✓ 在微阳极区发生铁的溶解：Fe = Fe2+ + 2e 化 ✓ 在有氧化剂的强碱性介质中，溶解的铁发生转化，生成偏铁酸： 学 6Fe2+ + NO2- + 11OH- = 6HFeO2 + H2O + NH3
过 ✓ 在微阴极区偏铁酸被还原:
程
HFeO2 + e = HFeO2-
配方1：可以获得保护性能好的蓝黑色光亮氧化膜，
配方2：可以获得较厚的黑色氧化膜。
化学氧化双槽工艺
1.5
膜厚(m)
双槽法氧 化中钢上 氧化膜的 成长
1.0 0.5
130C
150C
0 15 30 45 60 75 90 时间(min)
化学转化膜
100～150 130～135 15～20
150～200 140～150 30～60
双槽法:将钢铁部件在两个浓度和工艺条件不同的氧化溶液中进行两 次氧化处理，氧化膜较厚，耐蚀性高，能消除零件表面的红色挂灰。
配方1：可以获得保护性能好的蓝黑色光亮氧化膜，
配方2：可以获得较厚的黑色氧化膜。
化学氧化双槽工艺
钢铁表面化学氧化生成的氧化膜是由Fe3O4组成 转化膜的形成：电化学和化学过程。
由于钢铁表面是不均匀的，当将其浸入电解质溶液中时，表面上
将形成无数微电池。
电 在微阳极区发生铁的溶解：Fe = Fe2+ + 2e
化 在有氧化剂的强碱性介质中，溶解的铁发生转化，生成偏铁酸：
学 过
6Fe2+ + NO2- + 11OH- = 6HFeO2 + H2O + NH3
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。
1.5
膜厚(m)
双槽法氧 化中钢上 氧化膜的 成长
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。
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
第六章 化学转化膜
第六章化学转化膜1：铝及铝合金的氧化膜具有蜂窝状结构，着色鼻血在阳极氧化形成以后，封闭之前。
2：孔隙率通常在10%左右，硬质膜的孔隙率可以降至2%~4%。
3：由于氧化膜呈现多孔结构，且微孔的活性较高，所以膜层有很好的吸附性，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，所以氧化膜不适宜于再机械作用下使用，可以作为油脂层的底层。
4：铝及铝合金的阳极氧化工艺：硫酸、铬酸盐、草酸。
不论使用哪种溶液，其浓度、温度、电流密度都是有佳值，一般纯铝及低成分铝合金的氧化膜硬度最高，而且氧化膜均匀一致。
5：在硫酸电解液中阳极氧化处理后，所得的氧化膜厚度有5~20μ吗，它具有强吸附能力，较高的硬度，良好的耐磨性和抗蚀性能，膜层无色透明，极易染成各种美丽的色泽，电能消耗少，操作方便，成本低。
6：影响氧化膜质量的因素：硫酸浓度（取决于溶液与生长速度之比；浓度较高的硫酸溶液，膜的硬度、耐磨性能均较差）；温度；电流密度；杂质（电解液中Al3+主要来源于阳极的溶解，当Al3+含量增加时，往往会使制件表面出现白点或斑状白块，并使膜的吸附性能下降，造成染色困难）7：不锈钢的着色并非涂了一层有色，而是一层无色透明氧化膜，对光的干涉而致，着色前用冷水仔细冲洗氧化膜。
8：着色必须在阳极氧化后立即进行，着色前应将氧化膜用冷水仔细清洗干净，经阳极氧化后的铝及其合金制品，不论着色与否都要进行封闭处理，以防止氧化膜的污染，并能提高氧化膜的耐蚀性和绝缘特性。
9：电解着色：电解着色是把经阳极氧化的铝及其合金放入含金属盐的电解液中进行电解，通过电化学反应，使进入氧化膜微孔中的重金属离子还原为金属原子，沉积于孔底无孔层上而着色。
10：电解着色特点：耐磨性、耐晒性、耐热性、耐蚀性、色泽稳定持久。
11：蒸汽封闭法：阳极氧化膜的蒸汽封闭原理与热水封闭法相同，它是在压力容器中进行的，饱和蒸汽的温度可在100~200℃之间，较高的蒸汽压可以获得较好的封闭效果。
电镀与表面处理作业指导书
电镀与表面处理作业指导书第1章电镀与表面处理基础 (3)1.1 电镀原理概述 (3)1.2 表面处理的目的与意义 (4)1.3 电镀与表面处理技术的发展与应用 (4)第2章电镀前的预处理 (5)2.1 表面清洗 (5)2.1.1 目的 (5)2.1.2 方法 (5)2.1.3 工艺流程 (5)2.2 表面整平 (5)2.2.1 目的 (5)2.2.2 方法 (5)2.2.3 工艺流程 (5)2.3 表面活化和抛光 (6)2.3.1 目的 (6)2.3.2 方法 (6)2.3.3 工艺流程 (6)第3章常见金属电镀工艺 (6)3.1 镀锌 (6)3.1.1 工艺概述 (6)3.1.2 工艺流程 (6)3.1.3 工艺参数 (6)3.2 镀铜 (6)3.2.1 工艺概述 (6)3.2.2 工艺流程 (7)3.2.3 工艺参数 (7)3.3 镀镍 (7)3.3.1 工艺概述 (7)3.3.2 工艺流程 (7)3.3.3 工艺参数 (7)3.4 镀铬 (7)3.4.1 工艺概述 (7)3.4.2 工艺流程 (7)3.4.3 工艺参数 (8)第4章特殊电镀工艺 (8)4.1 金合金电镀 (8)4.1.1 概述 (8)4.1.2 工艺流程 (8)4.1.3 注意事项 (8)4.2 钛电镀 (8)4.2.1 概述 (8)4.2.2 工艺流程 (8)4.2.3 注意事项 (9)4.3 铑电镀 (9)4.3.1 概述 (9)4.3.2 工艺流程 (9)4.3.3 注意事项 (9)4.4 稀土电镀 (9)4.4.1 概述 (9)4.4.2 工艺流程 (9)4.4.3 注意事项 (9)第5章表面处理技术 (10)5.1 化学转化膜 (10)5.1.1 概述 (10)5.1.2 化学转化膜的类型 (10)5.1.3 化学转化膜制备工艺 (10)5.2 阳极氧化 (10)5.2.1 概述 (10)5.2.2 阳极氧化膜的类型 (10)5.2.3 阳极氧化工艺 (10)5.3 喷涂与喷漆 (11)5.3.1 概述 (11)5.3.2 喷涂与喷漆的类型 (11)5.3.3 喷涂与喷漆工艺 (11)5.4 粘接与密封 (11)5.4.1 概述 (11)5.4.2 粘接与密封的类型 (11)5.4.3 粘接与密封工艺 (11)第6章电镀与表面处理质量控制 (12)6.1 电镀与表面处理质量控制指标 (12)6.1.1 外观质量 (12)6.1.2 结合力 (12)6.1.3 耐腐蚀性 (12)6.1.4 晶粒度 (12)6.1.5 镀层厚度 (12)6.2 检测方法与设备 (12)6.2.1 外观质量检测 (12)6.2.2 结合力检测 (12)6.2.3 耐腐蚀性检测 (12)6.2.4 晶粒度检测 (12)6.2.5 镀层厚度检测 (13)6.3 质量控制措施 (13)6.3.1 原材料控制 (13)6.3.2 工艺参数控制 (13)6.3.3 设备维护与管理 (13)6.3.4 操作人员培训与管理 (13)6.3.5 质量检验与记录 (13)第7章电镀与表面处理过程中的环境保护与安全 (13)7.1 污染防治技术 (13)7.1.1 污染源控制 (13)7.1.2 污染物治理 (13)7.1.3 清洁生产 (13)7.2 废水处理与资源回收 (14)7.2.1 废水分类与处理 (14)7.2.2 资源回收 (14)7.2.3 废水处理设施运维 (14)7.3 安全生产与预防 (14)7.3.1 安全管理制度 (14)7.3.2 安全防护设施 (14)7.3.3 预防与应急处理 (14)7.3.4 员工培训与教育 (14)第8章电镀与表面处理设备维护与管理 (14)8.1 设备选型与配置 (14)8.1.1 设备选型原则 (14)8.1.2 设备配置 (15)8.2 设备维护与保养 (15)8.2.1 维护保养原则 (15)8.2.2 维护保养内容 (15)8.3 设备故障排除与维修 (15)8.3.1 故障排除 (15)8.3.2 维修方法 (15)8.3.3 维修注意事项 (16)第9章电镀与表面处理在特定行业的应用 (16)9.1 汽车行业的应用 (16)9.2 电子行业的应用 (16)9.3 家电行业的应用 (16)9.4 航空航天领域的应用 (16)第10章电镀与表面处理技术的发展趋势与展望 (17)10.1 绿色电镀与表面处理技术 (17)10.2 智能化与自动化 (17)10.3 新材料在电镀与表面处理中的应用 (17)10.4 未来发展展望与挑战 (17)第1章电镀与表面处理基础1.1 电镀原理概述电镀是一种借助电流在电解质溶液中使金属离子还原并沉积在导体表面的过程。
金属的化学处理(化学转化膜)
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。 属；A为 介质中的阴离子
根据形成膜时所采用的介质，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。
表面上的磷酸盐膜层具有很小的摩擦系 数，因此减少了金属面间的摩擦阻力。这种 磷酸盐膜层还具有良好的吸油作用，在金属 接触面间产生了一缓冲层，从化学和机械两 个方面保持了基体，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。
④塑性加工
金属材料表面形成磷酸盐膜后再进行塑性加工， 例如进行钢管、钢丝等冷拉伸，是磷酸盐膜层最 新的应用领域之一。采用这种方法对钢材进行拉 拔时可以减小拉拔力，延长拉拔模具寿命，减少 拉拔次数。该法在挤出工艺、深拉延工艺等各种 冷加工方面均有广泛的应用。
（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。
4 金属的化学处理
化学转化膜技术
化学转化膜的填充处理
化学转化膜的填充处理溶液氧化能力主要依赖PH值，当PH值在2.5~3.5之间的时候镁合金生成金色均质膜。
当PH值大于3.6的时候膜的质量开始变差，又不容易上色而且产生灰色沉渣。
当PH值大于5的时候镁合金根本不能成膜。
因此，调整溶液的时候，组分含量调到正常值以后，必须要用三价铬调整PH达到标准值。
化学转化膜的填充处理化学氧化膜的膜薄，强度低，耐蚀性差，一般很少单独使用，为了提高其耐蚀性需要进行填充处理。
尤其是装饰性氧化膜，还必须进行着色处理，这样可以改善膜的性能，提高其防护性和外观的美化。
膜质量的控制对比较薄一些的无机膜从外观用肉眼进行检查。
根据处理工艺转化膜应该具有以下颜色：草黄色-褐色、深褐色-黑色、草黄色-褐色、金黄色-深灰色、金黄色-黑色。
膜应该是完整的，仅在与夹具接触的地方没有膜是允许的。
膜下基体不能有腐蚀。
由于旧膜的存在引起的晕色和斑痕不算作缺陷。
采用滴液法对膜质量进行抽查检测。
对于零件表面无机膜很薄的情况，滴液法不适合用于对全氧化流程的控制。
因为膜薄在生产过程中非常容易被机械划伤，无法进行控制。
方法适合用在公差精度要求为1~2级的铸件和变形镁合金件，或者两者组合件的氧化处理。
适合应与变形镁合金中半成品的氧化处理。
膜耐蚀性比其他方法稍低一些，但是滞留在零件上的溶液不会沿着变焦滴落，这对零件自动化输送非常重要，这种处理液比其他的要便宜。
方法四生成的膜为氟酸盐-铬酸盐转化膜。
因为氢氟酸溶液在方法四种用请氟酸盐替代，生成的膜也具有足够的保护性能。
方法四适用于氧化处理合金精度要求为1~2级零件，也适合用于镁合金和钢、黄铜、青铜、镀锌及镀镉件组合件的氧化处理。
不推荐和铝件组合在一起进行氧化处理。
方法五十通用型的，适合用在所有工业镁合金，不管是铸造的还是变形镁合金均可以采用这种方法进行氧化处理。
处理温度为室温，这是它的主要优点。
1升溶液在首次需要用醋酸调整之前，可以处理0.46平方米的镁合金，在第一次开始需要调整明矾和K2CR2O7之前，可以处理0.82平方米。
化学转化膜
化學轉化膜承認：檢印：作成：化學轉化膜是金屬表面物質參與化學或電化學反應所形成的膜層，它有良好的附著性。
常用的化學轉化膜有：磷化膜、氧化膜、陽極膜、鈍化膜。
一、磷化膜（發黑）磷酸鹽膜，也稱為磷化膜。
鋼鐵以磷酸鹽處理的成膜過程，即磷化，俗稱發黑.磷化膜為多孔的晶體結構,有磷酸鋅型膜和磷酸錳型膜，磷化處理方法有浸液法和噴液法。
鋼鐵磷化處理的工藝流程①①表中“+”表示需要，“－”表示不需要，“±”表示視情況可要可不要。
②封閉處理在70~90℃的重鉻酸鉀溶液（50~80 g/l）中進行，處理時間為10~15 min。
③據處理目的決定，可用油漆、油料或潤滑劑。
塗油或塗漆，應在磷化後24 h內進行。
④經噴砂後形成的磷化膜質量最佳，但磷化需在噴砂後6 h內進行。
二、氧化膜（發藍）氧化物膜，也稱氧化膜。
鋼鐵經氧化處理的成膜過程俗稱發藍。
發藍膜是一種磷性氧化物，通常膜厚約0.5~1.5 μm，抗蝕性較差，不宜用於戶外，但塗覆油，蠟劃清漆後，防護性及摩擦性能均可改善。
鋼鐵的發藍採用在沸騰的濃溶液中浸漬處理，分單槽、雙槽兩種不同方法。
三、陽極膜陽極氧化膜，也稱陽極膜。
鋁和鋁合金經氧化處理的成膜過程，稱為陽極化。
它是在電解液中以鋁零件為陽極經電解形成的。
普通陽極氧化膜（軟膜）用於防護、裝飾、電絕緣、防接觸腐蝕和無損探傷等。
鋁和鋁合金陽極氧化用的溶液組成和特點四、鈍化膜鉻酸鹽膜，也稱鈍化膜。
銅和銅合金在鉻酸或重鉻酸酸鹽溶液中的處理進程，俗稱鈍化。
鈍化膜很薄，具有防護性，可防止表面因硫化物作用而發暗。
鈍化溶液配方和工作條件是：重氧酸鈉Na2Cr2P7·2H2O 100~150 g/l硫酸（1.83）5~10 g/l氯化鈉4~7 g/l溫度室溫時間3~8 s。
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。
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
受转化金属
锆、钽、锗
钛合金
◆
镁合金
◆◆
铝和铝合金 ◆ ◆
铜和铜合金 ◆ ◆
◆ ◆ ◆ ◆◆ ◆◆
处理方法
A.电化学法 (阳极化)
B. 化学法 1. 化学氧化
转化膜类 型
氧化物膜
草酸盐膜
钢 锌和锌合金 镉 铬 锡 银
◆ ◆◆◆ ◆ ◆◆ ◆ ◆ ◆ ◆
2. 草酸盐处理 3. 磷酸盐处理 4. 铬酸盐处理
g/L ℃ A/dm2 V min
直流法
1 150～200
15～25 0.8～1.5 18～25 20～40
2 160～170
0～3 0.4～6 16～20
60
交流法
100～150 15～25 2～4 18～30 20～40
直流法1号工艺和交流法适用于一般铝及铝合金的防护-装饰性氧化， 直流法的2号工艺适用于纯铝和铝镁合金制品的装饰性氧化。
Al2O3 + 3H2O
氧化膜溶解 铝的溶解 铝酸钠的水解，
生成硬铝石，非常有害， 应避免。
出
碱蚀之后铝表面上仍残留有不溶于碱的铜、锰、硅、铁等合金元 素，俗称“硅灰”，必须除去；同时中和铝表面的碱性。
光
• 对于一般工业纯铝及铝合金，采用30～50%(vol)
的硝酸溶液。
• 高硅铝合金和铸铝合金，采用HNO3 HF = 1 3的 混合酸。
特 • 硫酸阳极化工艺可以得到厚度5～20m、无色透明
的氧化膜，膜的硬度较高，吸附能力强，易于染色；
靠近金属铝的内层为密膜层(阻
挡层)，厚度0.01～0.05m，电阻
率高达109m，显微硬度可达
15000MPa。
孔壁
第六节化学转化膜
硫酸浓度：硫酸的质量浓度高，膜的化学溶解速度加快，所生成的
膜薄且软，空隙多，吸附力强，染色性能好；降低硫酸的质量 浓度，则氧化膜生长速度较快，而空隙率较低．硬度较高，耐 磨性和反光性良好。 温度：当温度在10-20℃之间时，所生成的氧化膜多孔，吸附性能 好，并富有弹性，适宜染色，但膜的硬度较低，耐磨性较差。 如果温度高于26 ℃ ，则氧化膜变疏松且硬度低，温度低于10 ℃ ，氧化膜的厚度增大，硬度高，耐磨性好，但空隙率较低。
第七节 电泳涂漆
定义：电泳涂漆是靠分散在水中的胶体状涂料粒子的电泳作 用，到达被涂工件表面放电而沉积形成漆膜的方法。 特点：与刷涂、喷涂相比，具有涂漆均匀、涂料利用率高、 适宜大规模自动化生产、污染少、几乎无火灾危险性 等优点。电泳涂漆广泛应用在汽车、机电、轻工、国 防等方面。
电泳漆
组成：由水溶性树脂、色料、填料、助溶剂配制而成 电泳漆分为阳极电泳漆和阴极电泳漆两种。 阳极电泳漆用阴离子型树脂，工件为阳极， 阴极电泳漆用阳离子型树脂，工件为阴极。
离子中和电荷，胶粒因中和失
(阳极)
(阴极)
稳析出并附着在电极表面上。
阴极电泳漆的电沉积反应： 2H2O＋2ｅ P －H ＋OH
带电胶粒
P+－H
OH-
+
H+
P －H
+
P
OH-
P P P
-
P
2OH ＋H2 ↑
-
-
+
P↓＋ H2O
树脂沉积
4.电渗：
电渗是分散介质向带电粒子泳动相 反方向运动的现象。刚沉积的漆膜 是含水量高的半渗透膜，在电场力
• ⑤绝缘等功能性膜
• 磷酸盐膜层是电的不良导体，所以很早就用它作 为硅钢板绝缘层。
转化膜
2.钢铁常温化学氧化(酸性化学氧化)
◇ 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：
<7>装饰：依靠自身的装饰外观，或者靠他的多孔性质能够 吸附各种美观的色料，常用于日常用品等的装饰上。
1. 4转化膜的主要施工方法
• 浸渍法 • 喷淋法 • 刷涂法 • 滚涂法
浸渍法
• 蒸气喷枪法
●
三氯乙Hale Waihona Puke 综合处 理法刷 镀 法 滚镀法
2转化膜
□ □ □ □ □
2.1
钢铁的化学氧化处理和磷化处理
*按形成机理分为： 化学转化膜（无外加电流） 电化学转化膜（有外加电流） 按膜的主要组成物分为： 氧化物膜：金属在含有氧化剂的溶液中形成的膜，其成膜过程 叫氧化； 磷酸盐膜：金属在磷酸盐溶液中形成的膜，其成膜过程称磷化； 铬酸盐膜：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； 草酸盐膜：钢铁材料在含有草酸盐溶液中处理得到的草酸盐膜 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
2.4.1铝及铝合金的化学氧化处理
• 化学氧化是在一定的温度下，通过化学反应，使 铝离子和氧化溶液中的氧相互作用，形成一层致 密的氧化膜。 • 铝及铝合金的化学氧化处理设备简单，操作方便， 生产效率高，不消耗电能，适用范围广。 （1）铝及铝合金化学氧化的工艺按其溶液性质可 分为碱性氧化法和酸性氧化法两大类。 （2）按膜层性质可分为:氧化物膜、磷酸盐膜、铬 酸盐膜、铬酸－磷酸盐膜。
化学转化膜
化学转化膜
【原创版】
目录
1.化学转化膜的定义与分类
2.化学转化膜的形成原理
3.化学转化膜的应用领域
4.化学转化膜的优势与局限性
正文
化学转化膜是一种通过化学反应在材料表面形成的薄膜，它具有特定的物理、化学和生物学性能。
根据膜的成分和结构，化学转化膜可分为无机膜、有机膜和复合膜等。
化学转化膜的形成原理主要是通过表面化学反应，如吸附、化学键合、共价键合等。
这些反应使得膜材料表面的化学性质发生变化，从而形成具有特定功能的膜。
化学转化膜在许多领域都有广泛的应用，如环境保护、生物医学、能源等。
在环境保护方面，化学转化膜可用于水处理、废气处理等；在生物医学领域，化学转化膜可用于药物载体、组织工程等；在能源领域，化学转化膜可用于太阳能电池、燃料电池等。
化学转化膜具有许多优势，如良好的稳定性、可控的结构和性能、低成本等。
然而，化学转化膜也存在一些局限性，如膜的制备过程相对复杂、膜的耐久性有待提高等。
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氧化膜的生长过程就是其不断生成和不断溶解的过程
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整个阳极氧化电压—时间曲线大致分三段
➢第一段ab（A段）：无孔层形成，连续、绝缘，0.01~0.1μm ➢第二段bc（B段）：多孔层形成，溶解作用开始，最薄处空穴，
表面工程
第六章 化学转化膜
主要内容
6.1 概述 6.2 钢铁的化学氧化和磷化处理 6.3 铝及其合金的氧化处理
6.1 概述
1.定义
腐蚀 金属表面、氧化膜、保护作用——金属的钝性 ➢ 化学转化膜：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。
电压下降10~15%
➢第三段cd（C段）：多孔层增厚
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2、阳极氧化工艺
➢ 硫酸阳极氧化 ➢ 铬酸阳极氧化 ➢ 草酸阳极氧化 ➢ 硼酸阳极氧化 浓度、温度、电流密度都有最佳值
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3、着色处理
1）无机颜料着色 机理：物理吸附，即无机颜料吸附于膜层微孔的表
M (H 2PO4 )2 MHPO4 H3PO4 3MHPO4 M 3 (PO4 )2 H3PO4 Fe 2H3PO4 Fe(H 2PO4 )2 H 2
3Fe(H 2PO4 )2 Fe3 (PO4 )2 4H3PO4
磷化层：Fe3(PO4)2, Mn3(PO4)2, Zn3(PO4)2
面进行填充
2）有机染料着色 机理：物理吸附、化学吸附与化学反应相结合
3）电解着色 机理：在含有重金属盐的电解液中进行电解
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4、氧化膜的封闭处理
孔隙率高，吸附性强，易污染
特点：厚度5~20μm，有较高硬度、耐蚀性、耐 热和绝缘性，多孔，有很好的吸附能力
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1、氧化膜的形成与生长
中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极，仅起导电作用
阳极反应： H2O 2e O 2H
2 Al 3O Al2O3 阴极反应： 2H 2e H 2
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2、磷化处理工艺
（1）高温磷化 90~98℃
➢优点：膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快 ➢缺点：工作温度高、能耗大、溶液蒸发量大，结晶粗细不均
（2）中温磷化 50~70℃
➢优点：耐蚀性较好、溶液稳定、速度快，生产效率高 ➢缺点：溶液成分较复杂，调整麻烦
（3）常温磷化 15~35℃
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，不粘附熔融金属及绝缘性。
作用：涂料的底层，冷加工时润滑层，金属表面保护层， 硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理。
特点：设备简单、操作方便、成本低、生产效率高
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1、形成机理
含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸
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➢塑性加工 减少拉拔力及次数、延长拉拔模具寿命
➢绝缘
磷酸盐膜层是电的不良导体
➢装饰
自身的装饰作用、多孔性吸附作用
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6.2 钢铁的化学氧化和磷化处理
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ钢铁的氧化处理
发蓝或发黑：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
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2.基本原理
➢有基体金属的直接参与 反应生成、结合力大 ——受控的金属腐蚀过程
➢Biextex 和 Weber提出反应式
mM nAz M m An nZe
其中：M—表面金属，AZ- —介质中价态为z的阴离子
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3.分类
➢按获得方法：化学法 电化学法
SeO2 H 2O H 2SeO3 CuSO4 Fe FeSO4 Cu
Fe 2H Fe2 H2 3Cu 3H2SeO3 CuSe 2CuSeO3 3H2O
后处理：皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进 行填充处理
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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。
铬酸盐膜、铬酸—磷酸盐膜 特点：氧化膜较薄（0.5~4μm），且多孔、质软，
具有较好的吸附性 用途：有机涂层的底层、耐磨性、耐蚀性稍差
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（二）阳极氧化（电化学氧化处理）
定义：将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中， 在外电流作用下作为阳极，在制件表面上形 成与基体牢固结合的氧化膜层。
➢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）
➢ 氢氧化钠和亚硝酸纳水溶液，135～145℃，60～90min → 肥皂液，3～5min → 水洗、干燥及浸油
➢ 表面极薄的Fe3O4、0.5~1.5μm ➢ 提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观
➢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
降低配偶金属之间的电位差
➢优点：不需加热，节约能源，成本低、溶液稳定 ➢缺点：膜层耐蚀性、结合力差，处理时间长、效率低
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3、后处理
➢填充和封闭处理 重铬酸钾+碳酸钠
➢浸油
90~98℃ 5~10min
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6.3 铝及其合金的氧化处理
（一）化学氧化
按溶液性质：碱性氧化法、酸性氧化法 按膜层性质：氧化物膜、磷酸盐膜
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热水洗
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（2）常温化学氧化（酸性化学氧化）
➢特点：氧化速度快、膜层抗蚀性好，节能、高 效、成本低，操作简单，环境污染小
➢表面膜的主要成分：CuSe（硒化铜） ➢发黑溶液：CuSO4, SeO2
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➢发黑溶液：CuSO4, SeO2