铝合金的氧化处理

根据形成膜时所采用的介质，可将化 学转化膜为以下几类：
• 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。 • 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。 • 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。
• 按转化过程中是否存在外加电流，分为化 学转化膜和电化学转化膜两类，后者常称 为阳极转化膜。
溶液组成/（g/L） 硫酸铜 亚硒酸 磷酸 有机酸 硝酸 磷酸二氢钾 对苯二酚 添加剂 pH值
配方1 1～3 2～3 2～4 1～1.5
配方2 1～3 3～5
配方3 2～4 3～5 3～5
34～40（ml/L）
3～5 5～10
2～3 10～15 2～3
2～4 适量 1～3 2～4 1.5-2.5
综合知识模块三
15～25
50
氟化钠
乙二胺四乙酸 游离酸度 /点① 总酸度/点 温度/℃ 时间/ min 3.5～5 36～50 94～98 15～20 6～9 40～58 88～95 8～15 1～2 3～7 90～120 55～65 20 5～7.5 60～80 60～70 10～15
3～4.5
3～4 50～90 20～30 30～45 4～6 75～95 15～35 20～40
金属的磷化
能力知识点1
金属的磷化概述
• 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 结晶型磷酸盐保护膜的方法，叫做金属的磷 酸盐处理，简称磷化。 • 磷化膜厚度一般在1～50μm，具有微孔结构， 膜的颜色一般由浅灰到黑灰色，有时也可呈 彩虹色。
• 磷化膜层为微孔结构，与基体结合牢固，经钝化 或封闭后具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性、 不粘附熔融金属（锡、铝、锌）及较高的电绝缘 性等，广泛用于汽车、船舶、航空航天、机械制 造及家电等工业生产中，如用作涂料涂装的底层、 金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及硅 钢片的绝缘处理、压铸模具的防粘处理等。
氧化速度 铁含量较高， 通用氧化 快，膜致 有利于提高 液 密，但光 氧化膜性能 亮性差
双槽氧化法，从第1槽 取出后不经清洗直接进 入第2槽，可获蓝黑色 光亮氧化膜
• 钢铁高温氧化时，可能会形成一些红色沉 淀物附在氧化膜表面，成为红色挂灰，或 称“红霜”，这是钢铁氧化过程中常见的 故障，应尽量避免，关键是要严格控制氢 氧化钠的浓度和工艺温度，使其不能过高。 • 不合格氧化膜经脱脂后,在10%～15%HCl (体积分数)或H2SO4中浸蚀数秒或数十秒即 可退除,然后可再重新氧化。
• 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：
• 式中，M为参加反应的金属或镀层金属；A为 介质中的阴离子
2．表面转化膜的分类
• 按主要组成物的类型，金属表面转化膜分 为氧化物膜（氧化）、磷酸盐膜、（磷化） 铬酸盐膜（钝化）和草酸盐膜等；
二、磷化工艺方法及流程
1．磷化工艺方法
磷化工艺基本方法有浸渍法和喷淋法两种。 • 浸渍法 适用于高、中、低温磷化工艺，可处理任何 形状的工件。特点是设备简单，仅需要磷化槽和 相应的加热设备。最好用不锈钢或橡胶衬里的槽 子，不锈钢加热管道应放在槽两侧。 • 喷淋法 、 适用于中、低温磷化工艺，可处理大面积工 件，如汽车、电冰箱、洗衣机壳体。特点是处理 时间短，成膜反应速度快，生产效率高。
• 涂装底层是磷化的最大用途所在，约占磷化总工业 用途的60%～70%，如汽车行业的电泳涂装。磷化 膜作为涂漆前的底层，能提高漆膜附着力和整个涂 层体系的耐腐蚀能力。磷化处理得当，可是漆膜附 着力提高2～3倍，整体耐腐蚀性提高1～2倍。
能力知识点2
钢铁的磷化处理
一、钢铁磷化工艺
• 钢铁磷化膜主要用于耐蚀防护、油漆涂装 的底层和冷变形加工时的润滑层，膜厚度 一般在5～20μm。 • 目前用于生产的钢铁磷化工艺按磷化温度 可分为高温磷化、中温磷化和常温磷化三 种，目前钢铁磷化技术主要朝中低温磷化 方向发展。
• 涂装底层是磷化的最大用途所在，约占磷化总工业用途的 60%～70%，如汽车行业的电泳涂装。磷化膜作为涂漆前 的底层，能提高漆膜附着力和整个涂层体系的耐腐蚀能力。 磷化处理得当，可是漆膜附着力提高2～3倍，整体耐腐蚀 性提高1～2倍。 • 磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。 磷化技术的发展方向是薄膜化、综合化、降低污染、节省 能源。尤其是降低污染是研究的重点方向，包括生物可降 解表面活性剂技术、无磷脱脂剂、双氧水无污染促进剂等。
3．磷化后处理
• 钢铁件磷化后应根据工件用途进行后处理， 以提高磷化膜的防护能力。一般情况下， 磷化后应对磷化膜进行填充和封闭处理。
磷化膜填充处理工艺规范
溶液组成/（g/L） 与工艺条件
重铬酸酐钾 碳酸钠 铬酸酐 肥皂 温度 / ℃ 时间 / Min 80～95 5～15 80～95 3～10 30～50 80～95 3～5 70～90 3～5
3．表面转化膜的应用
• 金属表面转化膜能提高金属表面的耐蚀性、 减摩性、耐磨性和装饰性，还能提高有机 涂层的附着性和抗老化性，用作涂装底层。 此外，有些表面转化膜提高金属表面的绝 缘性和防爆性。
防 锈
防锈用化学转化膜主要用于以下两种情况： • 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；
2.钢铁磷化工艺流程
一般钢铁工件的磷化工艺流程为: 预处理 → 磷化 → 后处理，具体为： • 化学脱脂→热水洗→冷水洗→酸洗→冷水 洗→磷化→冷水洗→磷化后处理→冷水洗 →去离子水洗→干燥。 • 工件在磷化前若经喷砂处理，则磷化膜质 量会更好。喷砂过的工件为防止重新锈蚀， 应在6h内进行磷化处理。
第一槽 第二槽
600～700
200～250
600～700
55～65 20～30
550～650
150～200
550～650
100～150
750～850
150～200
重铬酸酐 钾
温度 /℃ 时间 /min 备注
25～35
130～137 15 130～137 60～90 135～145 60～90 130～135 10～20 140～150 40～50
• 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。 • 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。
• 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。 这种绝缘层的特点是占空系数小， 耐热性良好，而且在冲裁加工时可减少 工具的磨损等。
综合知识模块二
钢铁的发蓝处理
能力知识点1
钢铁发蓝的实质和应用
一、发蓝实质和用途
• 发蓝是钢铁的化学氧化过程，也称发黑。是指将 钢铁在含有氧化剂的溶液中，保持一定时间，在 其表面生成一层均匀的、以磁性Fe3O4为主要成 分的氧化膜的过程。 • 钢铁发蓝后氧化膜的色泽取决于工件表面的状态、 材料成分以及发蓝处理时的操作条件，一般为蓝 黑到黑色。碳质量分数较高的钢铁氧化膜呈灰褐 色或黑褐色。发蓝处理后膜层厚度在0.5～1.5μm， 对零件的尺寸和精度无显著影响。
• 对部件有较高的防锈要求，部件又不受挠 曲、冲击等外力作用，转化膜要求均匀致 密，且以厚者为佳。
耐
磨
耐磨用化学转化膜广泛地应用于金属与 金属面互相摩擦的部位。 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。
• 钢铁工件通过化学氧化处理得到的氧化膜 虽然能提高耐蚀性，但其防护性仍然较差, 所以氧化后还需进行皂化处理、浸油或在 铬酸酐盐溶液里进行填充处理。 • 钢铁的高温化学氧化工序多，质量控制较 难。同时由于工艺温度高，使用的强酸、 强碱挥发造成生产条件较差，对环境污染 很大。
二、钢铁常温化学氧化
• 钢铁常温发蓝又称酸性化学氧化，是20世 纪80年代以来迅速发展的新技术，与高温 氧化工艺相比，这种新工艺具有氧化速度 快,膜层耐腐蚀性好；节能、高效，成本低， 操作简单，环境污染小等优点。其缺点是 槽液寿命短、不稳定，所以应根据工作量 大小，随用随配；此外氧化膜层附着力也 稍差。
第五单元 金属表面转化膜技术
综合知识模块一
金属表面转化膜概述
能力知识点1
金属表面转化膜的含义、分类和特点
一、金属表面转化膜的含义
• 金属表面转化膜技术就是使金属与特定的腐 蚀液相接触，通过化学或电化学手段，使金 属表面形成一层稳定的、致密的、附着良好 的化合物膜，这种通过化学或电化学处理所 生成的膜层称为化学转化膜。 • 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。
2．中温磷化
• 中温磷化的工作温度为50～70℃，处理时 间10～15 min。优点是磷化速度较快，膜 层的耐蚀性接近高温磷化膜,溶液稳定,磷化 速度快,生产效率高；缺点是溶液成分较复 杂,调整麻烦。 • 中温磷化常用于要求防锈 、减摩的零件； 中温薄膜磷化常用于涂装底层。
3．常（低）温磷化
• 常温磷化一般在15～35℃的温度下进行， 处理时间20～60 min。其优点是不需要加 热,节约能源,成本低,溶液稳定；缺点是对槽 液控制要求严格，膜层耐蚀性及耐热性差, 结合力欠佳,处理时间较长,效率低等。
小试验
将一把表面光洁、银光闪闪 的小刀，放在水中浸一下，再 在火上烤。过一会儿看小刀的 表面有什么变化？小刀的表面 是否蒙上了一层蓝黑色？
一、发蓝的实质和应用
• 钢铁发蓝处理广泛用于机械零件、精 密仪表、汽缸、弹簧、武器和日用品 的一般防护和装饰，具有成本低、工 效高、不影响尺寸精度、无氢脆等特 点，但在使用中应定期擦油。
能力知识点2
钢铁Байду номын сангаас蓝工艺
• 根据处理温度的高低，钢铁的发蓝可分为 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。
一、钢铁高温化学氧化
1．1 高温化学氧化原理
高温化学氧化也称碱性化学氧化，是传统的发蓝 方法。
一般是在氢氧化钠溶液里添加氧化剂（如硝酸钠 和亚硝酸钠），在140℃左右的温度下处理15～ 90min，生成以Fe3O4为主要成分的氧化膜，膜厚 一般为0.5～1.5μm，最厚可达2.5μm。氧化膜具 有较好的吸附性，通过浸油或其他后处理，氧化 膜的耐蚀性可大大提高。
1.2 钢铁高温氧化的生产工艺
• 钢铁高温氧化的生产工艺流程为： 有机溶剂脱脂→化学脱脂→热水洗→流动 水洗→酸洗（盐酸）→流动冷水洗→化学 氧化→回收槽浸洗→流动冷水洗→后处理 →干燥→检验→浸油
溶液组成 /（g/L） 和工艺条 件 氢氧化钠
亚硝酸钠 磷酸三钠
单槽法
配方1 配方2 配方3
双槽法
高 温 溶液组成/（g/L） 及工艺条件 配方1 配方2 磷酸二氢锰铁盐 磷酸二氢锌 硝酸锌 30～40 30～40 55～65
中 温 配方1 40 30～40 120 80～100 配方2
低 温 配方1 40～60 50～70 50～100 80～100 0.2～1 4～8 配方2
硝酸锰
亚硝酸钠 氧化锌
1．高温磷化
• 高温磷化的工作温度为90～98℃，处理时 间10～20min。优点是磷化速度快,膜层较 厚；膜层的耐蚀性、结合力、硬度和耐热 性都比较好；缺点是工作温度高，能耗大, 溶液蒸发量大，成分变化快，常需调整； 膜层容易夹杂沉淀物且结晶粗细不均匀。 • 高温磷化主要用防锈 、耐磨和减摩的零件， 如螺钉、螺母、活塞环、轴承座等。
• 钢铁常温发蓝处理可得到均匀的黑色或蓝 黑色氧化膜，其主要成分是硒化铜 （CuSe），功能与Fe3O4相似。 • 钢铁常温化学氧化的工艺流程也与高温化 学氧化基本相同。 • 目前，常温发蓝溶液在市场有商品供应， 品种型号甚多，其主要成分是硫酸铜 （CuSO4）、二氧化硒，还含有各种催化 剂、缓冲剂、络合剂和辅助材料。