表面处理技术概论-第4章 转化膜技术

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
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。
⑷ 作为绝缘层：阳极氧化膜具有很高的绝缘电阻和 击穿电压，可以用作电解电容器的电介质或电器 制品的绝缘层。
⑸ 作为喷漆底层：阳极氧化膜具有多孔性和良好的 吸附特性，作为喷漆或其他有机覆盖层的底层， 可以提高漆或其他有机物膜与基体的结合力。
⑹ 作为电镀底层：利用阳极氧化膜的多孔性，可以 提高金属镀层与基体的结合力。
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 离子反应而在金属表面上生成的膜层。
mM nAx M mAn xne
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）。
4.2 阳极氧化
阳极氧化的主要用途包括以下几点：
⑴ 作为防护层：阳极氧化膜在空气中有足够的稳 定性，能够大大提高铝制品表面的耐蚀性能。
⑵ 作为防护-装饰层：在硫酸溶液中进行阳极氧 化得到的膜具有较高的透明度，经着色处理后能 得到各种鲜艳的色彩，在特殊工艺条件下还可以 得到具有瓷质外观的氧化层。
⑶ 作为耐磨层：阳极氧化膜具有很高的硬度，可 以提高制品表面的耐磨性。
• 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：
• 由此可见，化学转化膜的形成实际上 可以看作是受控的金属腐蚀的过程。
• 电子是视为反应产物来表征的。化学 转化膜的形成既可是金属/介质界面间 的纯化学反应，也可以是在施加外电 源的条件下所进行的电化学反应。
4.1.1 转化膜的分类
• 按是否存在外加电流分类：化学转化膜与电化学转化膜 • 按膜的主要组成物分类：氧化物膜；铬酸盐膜、磷酸盐膜
2H++2e-→H2↑ 同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解：
2Al+6H+→2Al3++3H2↑
A12O3+6H+→2A13++3H2O 因此,氧化膜的生长与溶解同时进行，只是在 氧化的不同阶段两者的速度不同，当膜的 生长速度和溶解速度相等时，膜的厚度才 达到定值。
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％。
第四章 转化膜技术
目录
• 4.1 转化膜技术简介 • 4.2 阳极氧化 • 4.3 微弧氧化 • 4.4 化学氧化 • 4.5 金属的磷化 • 4.6 金属的铬酸盐钝化 • 4.7 着色处理技术 • 思考题
• 4.1 转化膜技术简介
• 4.1.1 转化膜的分类
• 4.1.2 化学转化膜常用处理方法 • 4.1.3 防护性能 • 4.1.4 表面转化膜用途
适用于几何形状简单、表面腐 蚀程度较轻的大批量零件
适用于大尺寸工件局部处理或 小批零件以及转化膜局部修理
4.1.3 防护性能
• 主要是依靠将化学性质活泼的金属单质转化为化 学性质不活泼的金属化合物，如氧化物、铬酸盐、 磷酸盐等，提高金属在环境中的热力学稳定性。
一般来说，化学转化膜的防护效果取决于下列几个因素。 ①被处理基体金属的本质。 ②转化膜的类型、组成和结构。 ③膜层的处理质量，如与基体金属的结合力、孔隙率等。 ④使用的环境。
4.2.1 铝及铝合金的阳极氧化
• 铝阳极氧化是将铝及其合金置于相应电解液（如硫酸、铬 酸、草酸等）ຫໍສະໝຸດ Baidu作为阳极，在特定条件和外加电流作用下， 进行电解。
⑴ 原理
铝是两性金属，铝表面氧化物膜的生成既与点位有关，也与 溶液的pH值有关。
一般认为，铝和铝合金在碱性和酸性两种电 解液里都能进行阳极氧化，最常用的是酸性电解 液， 工业上铝及铝合金的进行阳极氧化时，所用 的电解液一般为中等溶解能力的酸性溶液，如硫 酸、铬酸、草酸等，铅作为阴极，仅起导电作用。
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
可处理各类零件，尤其适用 于几何形状复杂的零件。常用 于铝合金的化学氧化、钢铁氧 化或磷化、锌材钝化等
适用于铝、镁、钛及其合金阳 极氧化处理。可获得各种性能 的化学转化膜
4.1.2 化学转化膜常用处理方法
化学转化膜常用方法、特点及适用范围
方法 浸渍法 阳极化法 喷淋法 刷涂法
特点
工艺简单易控制，由预处理、转化处 理、后处理等多种工序组合而成。投 资与生产成本较低、生产效率较低、 不易自动化
阳极氧化膜比一般化学氧化膜性能更 优越。需外加电源设备，电解磷化可 加速成膜过程
及草酸盐膜等 • 按界面反应类型：转化膜与伪转化膜两类 • 按基体金属种类：钢铁转化膜、铝材转化膜、锌材转化膜、
铜材转化膜及镁材转化膜 • 按用途分：涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜、除锈用
转化膜、装饰性转化膜、减摩或耐磨性转化膜及绝缘性转 化膜等 • 按形成膜层时所采用的介质分：氧化物膜 －氧化 ；磷酸 盐膜 －磷化 ；铬酸盐膜 －钝化