第13教学单元金属表面转化膜技术5--阳极氧化膜的着色与封闭
第九章-金属表面转化膜技术
1）钢铁高温化学氧化
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。
20
5～7.5 60～80 60～70 10～15
低温 配方1 配方2 40～60
50～70 50～100 80～100
4～8 3～4.5
0.2～1
3～4 50～90 20～30 30～45
4～6 75～95 15～35 20～40
4）磷化工艺方法及流程
磷化工艺基本方法有浸渍法和喷淋法两种。
浸渍法
2. 钢铁的磷化处理
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。
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。
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。
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？
常见金属表面处理的种类及工艺、作用
金属表面处理的种类及工艺1、表面处理工艺简介：利用现代物理、化学、金属学和热处理等学科的技术来改变零件表面的状况和性质，使之与心部材料作优化组合，以达到预定性能要求的工艺方法，称为表面处理工艺。
表面处理的作用：提高表面耐蚀性和耐磨性，减缓、消除和修复材料表面的变化及损伤；使普通材料获得具有特殊功能的表面；节约能源、降低成本、改善环境。
2、金属表面处理工艺分类：总共可以分为4大类：表面改性技术、表面合金化技术、表面转化膜技术和表面覆膜技术。
一、表面改性技术1、表面淬火表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。
表面淬火的主要方法有火焰淬火和感应加热，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰等。
2、激光表面强化激光表面强化是用聚焦的激光束射向工件表面，在极短时间内将工件表层极薄的材料加热到相变温度或熔点以上的温度，又在极短时间内冷却，使工件表面淬硬强化。
激光表面强化可以分为激光相变强化处理、激光表面合金化处理和激光熔覆处理等。
激光表面强化的热影响区小，变形小，操作方便，主要用于局部强化的零件，如冲裁模、曲轴、凸轮、凸轮轴、花键轴、精密仪器导轨、高速钢刀具、齿轮及内燃机缸套等。
3、喷丸喷丸强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上，犹如无数个小锤锤击金属表面，使零件表层和次表层发生一定的塑性变形而实现强化的一种技术。
作用：提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐蚀性等；用于表面消光、去氧化皮；消除铸、锻、焊件的残余应力等。
4、滚压滚压是在常温下用硬质滚柱或滚轮施压于旋转的工件表面，并沿母线方向移动，使工件表面塑性变形、硬化，以获得准确、光洁和强化的表面或者特定花纹的表面处理工艺。
应用：圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件。
5、拉丝拉丝是指在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸的表面处理方法称为金属拉丝工艺。
第九章-金属表面转化膜技术
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。
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
配方1
重铬酸酐钾 碳酸钠 铬酸酐 肥皂
温度 / ℃ 时间 / Min
30～50 2～4
80～95 5～15
配方2 60～100
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。
磷酸三钠
20～30
重铬酸酐 钾
25～35
温度 /℃ 130～137 130～137 135～145
时间 /min
15
60～90
60～90
备注
氧化速度 铁含量较高， 通用氧化
快，
有利于提高 液
膜致密， 氧化膜性能
但光亮
性差
双槽法
第一槽 第二槽
550～650 750～850 100～150 150～200
2. 钢铁的磷化处理
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。
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
《阳极氧化封闭技术》课件
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THANKS
封闭技术的目的
提高金属的耐腐蚀性和耐候性
通过封闭技术，可以在金属表面形成一层保护膜，有效防止金属表面受到腐蚀 和氧化，提高金属的使用寿命。
保持金属的外观和光泽
封闭技术可以保护金属表面不受外界环境的影响，保持金属的外观和光泽，使 金属制品更加美观。
封闭技术的应用场景
建筑行业
在建筑行业中，许多金属材料需 要经过封闭处理，如铝合金门窗 、钢结构等，以提高其耐腐蚀性
《阳极氧化封闭技 术》PPT课件
目 录
• 引言 • 阳极氧化技术概述 • 封闭技术的重要性 • 阳极氧化封闭技术详解 • 封闭技术的优缺点分析 • 封闭技术案例分享 • 结论与展望
01
引言
主题简介
阳极氧化封闭技术
应用领域
是一种金属表面处理技术，通过阳极 氧化在金属表面形成一层氧化膜，以 提高金属的耐腐蚀性和美观度。
04
阳极氧化封闭技术在环保方面具有较大的优势，如无毒、无害、无刺 激性气味等，符合绿色化学的发展趋势。
研究展望
探索阳极氧化膜的多功能化，如耐磨、抗疲劳 、抗紫外线等性能，以满足更多领域的应用需
求。
加强阳极氧化封闭技术的工业化应用研究，推动其在 航空、航天、汽车、建筑等领域的广泛应用。
进一步研究新型封闭剂的组成和制备方法，以 提高阳极氧化膜的耐腐蚀性能和绝缘性能。
提高阳极氧化膜的耐候性和耐磨性，使其在 更广泛的环境条件下保持稳定。
06
封闭技术案例分享
案例一：某铝制家具的封闭处理
总结词
有效保护，色泽持久
详细描述
铝制家具经过阳极氧化封闭处理后，能够有效抵抗日常使用中的刮擦和腐蚀，保 持家具表面色泽持久，为家居环境增添美感。
阳极氧化培训
08-2005 FH
电镀工艺学10-136
5
2．铬酸阳极氧化膜 ． 铬酸阳极氧化膜不透明，具有乳白色、浅灰色至深灰色的外观， 铬酸阳极氧化膜不透明，具有乳白色、浅灰色至深灰色的外观，膜层 较薄，仅有2～ 较薄，仅有 ～5µm，对氧化零件的尺寸变化小，可保持原来的精度和表 ，对氧化零件的尺寸变化小， 面粗糙度，适用于精密零件氧化。膜层致密性好，孔隙率低， 面粗糙度，适用于精密零件氧化。膜层致密性好，孔隙率低，不封闭即 可使用。 可使用。 在相同条件下，铬酸氧化膜的耐蚀性优于硫酸氧化膜。膜层质软， 在相同条件下，铬酸氧化膜的耐蚀性优于硫酸氧化膜。膜层质软，弹 性好，对铝合金的疲劳性能影响小， 性好，对铝合金的疲劳性能影响小，适合长寿命和要求保持较高疲劳强 度的零件应用，但其耐磨性低于硫酸氧化膜。 度的零件应用，但其耐磨性低于硫酸氧化膜。铬酸液对铝的腐蚀性比其 他溶液小，适用于有窄缝的和铆接的零件；以及气孔率较高的铸件。 他溶液小，适用于有窄缝的和铆接的零件；以及气孔率较高的铸件。膜 的电绝缘性较好，可以防止铝与其他金属接触时发生电偶腐蚀。 的电绝缘性较好，可以防止铝与其他金属接触时发生电偶腐蚀。氧化膜 具有较好的粘结性能，是涂料的良好底层， 具有较好的粘结性能，是涂料的良好底层，适用于需胶接的零件及蜂窝 结构面板。铬酸氧化法还可用来检查晶粒度， 结构面板。铬酸氧化法还可用来检查晶粒度，显现一般探伤方法不能发 现的微小冶金缺陷。 现的微小冶金缺陷。 铬酸阳极氧化不适用于含铜量大于5％或含硅量大于7％的铝合金， 铬酸阳极氧化不适用于含铜量大于 ％或含硅量大于 ％的铝合金，也 不宜用于合金元素总含量超过7.5％的铝合金，否则容易发生腐蚀现象。 不宜用于合金元素总含量超过 ％的铝合金，否则容易发生腐蚀现象。
08-2005 FH 电镀工艺学10-136 10
化学转化膜和阳极氧化
化学转化膜和阳极氧化阳极氧化是一种常见的表面处理技术，用于增强金属材料的耐腐蚀性和硬度。
它通过在金属表面形成一层致密的氧化膜来实现。
而化学转化膜则是一种通过化学反应形成的膜，用于改变金属表面的性质和功能。
化学转化膜和阳极氧化在不同的应用领域中发挥着重要的作用。
例如，在汽车工业中，阳极氧化广泛应用于铝合金零件的表面处理，以提高其耐腐蚀性和硬度。
而化学转化膜则常用于电化学电池和电子器件中，用于改善金属与电解质之间的界面特性，提高器件的性能。
在阳极氧化过程中，金属材料作为阳极，通过通电使其氧化并形成氧化膜。
这种氧化膜通常具有良好的耐腐蚀性和硬度，能有效地保护金属表面。
在氧化过程中，各种因素如电压、电解液成分和处理时间等都会对氧化膜的性质产生影响。
因此，通过调整这些参数，可以获得不同性能的氧化膜，以满足不同应用的需求。
化学转化膜的形成过程与阳极氧化有所不同，它通常是通过在金属表面进行一系列的化学反应来实现。
这些化学反应可以改变金属表面的化学成分和结构，从而改变其性质和功能。
例如，通过在铁表面进行化学转化反应，可以形成一层致密的磷化膜，提高金属的耐磨性和耐蚀性。
而在铝合金表面进行化学转化反应，则可以形成一层陶瓷膜，提高金属的耐蚀性和附着力。
化学转化膜和阳极氧化的应用不仅局限于金属材料，还可以扩展到其他材料。
例如，通过在聚合物表面进行化学转化反应，可以形成一层致密的陶瓷膜，提高聚合物的耐磨性和耐蚀性。
而在玻璃表面进行阳极氧化，则可以形成一层具有特殊光学性质的氧化膜，用于光学器件和显示器件。
化学转化膜和阳极氧化是两种常见的表面处理技术，它们通过改变材料表面的性质和功能，提高材料的性能和应用范围。
这两种技术在不同领域中发挥着重要作用，并不断得到改进和应用扩展。
随着科学技术的不断进步，我们相信这两种技术将在未来的材料科学和工程中发挥更大的作用，为人类创造更加美好的生活。
电镀工艺课件 转化膜(金属的氧化、磷化、着色)
• 氧化膜的特点 • 溶液配制 • 工艺流程 • 钝化处理和浸油处理 • 钢铁的常温发黑工艺 • 不合格氧化膜的退除
一、概述
钢铁的氧化处理：通常是在含有氧化剂 （硝酸钠或亚硝酸钠）的氢氧化钠溶液 中，接近沸点的温度下进行的。它使制 品表面生成一层均匀的蓝黑到黑色的磁 性氧化膜（四氧化三铁）转化膜。金属 上的转化膜（四氧化三铁）是由氧化物 从金属/溶液界面液相区的饱和溶液中结 晶析出的。钢铁的氧化也称发黑或发蓝。
• 镁及其合金转化膜。
§10.2 铝及其合金的氧化、着色
➢铝及其合金的氧化 ➢铝及其合金的着色 ➢阳极氧化膜的封闭 ➢阳极氧化膜的耐蚀性检测 ➢不合格阳极氧化膜的退除
一、铝及其合金的氧化
自然氧化膜：极薄，0.01~0.02微米， 非晶，疏松多孔，不均匀，抗蚀能力 差，易污染
铝及其合金的氧化
化学氧化 阳极氧化
+++ +++
氧化膜孔中的电渗液流示意图
二、铝及其合金的氧化膜的着色
着色
化学染色法 电解着色法
化学染色 法
• 概念：使有机染料或无机染料通 过化学吸附、物理吸附作用被吸 附在膜层的孔隙内，使氧化膜呈 现不同色彩。
• 特点：膜的颜色容易被擦掉，耐 光性差，色艳
电解着色 法
• 概念：是把经过阳极氧化的制件 浸入含有重金属盐的电解液中， 通过交流电的作用，发生电化学 反应，使进入氧化膜微孔中的重 金属离子被还原为金属原子，沉 积于孔底阻挡层上而着色。
转化膜的应用
• 铝的阳极氧化膜； • 铝、锌、镉上的铬酸盐膜； • 钢铁上的磷酸盐膜； • 钢铁上的发蓝膜等。
转化膜的应用
• 此外，还有如普通钢上的草酸盐膜，可 作为涂装时的前处理层。它能有效地保 护基体不受亚硫酸腐蚀；
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。
阳极氧化膜的着色与封闭
阳极氧化膜的着色与封闭现代电镀网4月18日讯：阳极氧化后得到的新鲜氧化膜，可以及时进行着色处理，既美化了氧化膜表面，又能增加抗蚀能力。
纯铝、铝镁合金和铝锰合金的氧化膜，易于染成各种不同的颜色，铝铜和铝硅合金的氧化膜发暗，只能染成深色。
(1)整体着色将铝及铝合金放入含有机物(如甲酚、苯磺酸、磺基水杨酸等)的电解液中进行阳极着色处理，在阳极氧化的同时也被着色，微小的颗粒分散于膜孔的内壁，由于入射光的散射产生不同的色彩。
微小颗粒来自基体金属或电解液中有机物的分解产物，颜色的深浅与膜的厚度有直接关系。
该工艺因需要高的阳极电流密度和高的电压，所以能量消耗大。
(2)电解着色铝及铝合金经过阳极氧化后，再放人含有镍盐、钻盐、锡盐或铜盐等溶液中进行交流电解，使膜孔底部沉积上金属镍、钴、锡或铜等而呈现出不同的色彩。
该工艺具有工艺简单、能耗低、着色均匀、生产效率高等特点。
表7—4列举了铝及铝合金的电解着色工艺。
电解着色一般采用交流电源，用比铝电位较正的金属(如不锈钢、石墨等)作为另一表7-4铝及铝合金的电解着色工艺电极。
(3)有机染料着色由于氧化膜具有多孔性和强的吸附能力因而可以染上不同的颜色。
最适宜直接着色的氧化膜是从硫酸溶液中得到的阳极氧化膜，它使大多数铝及铝合金形成无色透明膜，有适宜的厚度、孔隙率和吸附性。
草酸阳极氧化工艺较硫酸工艺价格高，得到黄色膜。
当膜层超过50μm即得到自然的黄色或棕色。
铬酸阳极氧化工艺由于膜薄、孔隙少，而且它本身是灰色的，一般不宜着色。
着色对氧化膜的要求是膜厚适宜、有足够的孔隙和良好的吸附能力、无外伤和污染。
表7—5列出铝及铝合金有机染料着色工艺。
表7-5铝及铝合金有机染料着色工艺(4)无机盐着色无机盐着色主要依靠物理吸附作用，盐分子进入孔隙发生化学反应而得到有色物质。
限于无机盐的色种较少，色调也不够鲜艳，现应用不多。
无机盐着色工艺见表7-6。
铝及铝合金阳极氧化后经彻底清洗，先在溶液(1)中浸渍，水洗后再浸入溶液(2)中，这样交替进行2～4次即可。
第五单元金属表面转化膜技术
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
第五单元金属表面转化膜技术
溶液组成 /（g/L） 和工艺条
件
配方1
单槽法 配方2
第五单元金属表面转化膜技术
• 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。
• 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。
第五单元金属表面转化膜技术
• 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
第五单元金属表面转化膜技术
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。
第五单元金属表面转化膜技术
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，
第五单元金属表面转化膜技术
• 绝缘等功能性膜 磷酸盐膜层是电的不良导体，所以
阳极氧化膜PPT课件
.
9
性能特点及影响因素
铝合金阳极氧化工艺
电解液种类
•硫酸阳极氧化 •铬酸阳极氧化 •草酸阳极氧化
氧化膜的性能
•普通阳极氧化 •硬质阳极氧化 •瓷质阳极氧化
.
10
硫酸阳极氧化
• 目前95％以上的阳 极氧化是在硫酸中 进行的，阳极氧化 如果没有特别指明， 通常是指硫酸阳极 氧化。
.
11
铝及铝合金硫酸阳极氧化的溶液配方及工艺条件
.
7
第二阶段：多孔层形成阶段
•bc段，在膜最薄的地方将首先被溶解出空穴来，电 解液就可以通过这些空穴到达铝的新鲜表面，电化 学反应得以继续进行，电阻减小，电压随之下降 （下降幅度为最高值的10～15%），膜上出现多孔 层。
.
8
第三阶段：多孔层增厚
•cd段，这时电压平稳而缓慢的上升，这时无孔层不断被 溶解成多孔层，新的无孔层友在生长，这样多孔层就在 不断增厚，当生成速度与溶解速度达到动态平衡时，膜 的厚度就不再增加，这时反应就应该停止了。
.
3
1 2
反应机理 性能特点及影响因素
3
工程上的应用
.
4
铝阳极氧化的反应机理
• 阳极：铝或铝合金制品 阴极：在电解溶液中化学稳定性高 的材料
• 铝阳极氧化的原理实质上就是水电 解的原理。 – 在阴极上
– 在阳极上
.
5
铝阳极氧化膜生成曲线
电压/V
24
AB
C
22
20
8 4
20
30
40
50
60
时间/s
28
.
17
影响因素
•（5）搅拌的影响，搅拌能促使溶液对流，使温 度均匀，使工件不会因局部过热而产生气囊使膜 的质量下降。
化学转化膜和阳极氧化
化学转化膜和阳极氧化
化学转化膜和阳极氧化是两种表面处理技术，广泛应用于金属材料的保护和装饰。
以下是它们各自的特点和工作原理：
一、化学转化膜
化学转化膜是通过化学反应在金属表面形成一层固态薄膜，这层膜具有防腐、耐磨、装饰等作用。
转化膜的形成通常是通过将金属浸入含有氧化剂的溶液中，在一定温度和压力下进行反应而形成的。
转化膜的厚度通常在微米级，常见的化学转化膜有氧化铁膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜等。
化学转化膜技术具有操作简单、成本低、环保等优点，广泛应用于钢铁、铝、镁等金属的防腐和装饰。
同时，化学转化膜也具有一定的局限性，例如对一些高耐蚀要求的场合可能无法满足要求，需要在转化膜表面再进行涂装等处理。
二、阳极氧化
阳极氧化是一种利用电化学方法在金属表面形成氧化膜的过程。
在该过程中，金属作为阳极在电解液中被氧化，生成一层固态氧化物薄膜。
这层氧化膜具有防腐、耐磨、绝缘等性能，同时还可以赋予金属表面独特的外观和质感。
阳极氧化的方法有多种，如硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、磷酸阳极氧化等。
阳极氧化的膜层厚度可以根据需要进行调整，通常在微米至几十微米的范围内。
阳极氧化技术广泛应用于铝、镁、钛等轻金属的防腐和装饰，尤其在航空航天、汽车、建筑等领域得到广泛应用。
综上所述，化学转化膜和阳极氧化都是重要的表面处理技术，具有各自的特点和应用范围。
在实际应用中，应根据具体需求选择合适的表面处理技术，以达到最佳的保护和装饰效果。
金属表面着色技术
金属表面着色技术一般情况下，金属基体本身颜色单一，不能满足零部件不同部位不同颜色的需要。
大多情况下，同一零部件的不同部位颜色要求也不一致。
例如同种材质的金属管和手机外壳要求具有不同的色彩，如何实现这一目的，这一切都来源于金属表面着色技术。
图6-21所示为着色后的金属管（图6-21a）和手机外壳（图6-21b）。
本节主要介绍各种金属的着色技术。
图6-21 着色后的金属管和手机外壳一、概述金属表面着色是金属通过化学浸渍、电化学方法和热处理方法等在金属表面形成一层带有某种颜色，并且具有一定耐蚀能力的化合物膜层。
这种膜层中生成的化合物通常是具有较高化学稳定性的氧化物、硫化物、氢氧化物和金属盐类。
钢铁及有色金属表面都可以实施着色技术。
图6-22所示为着色后的各种零部件。
金属表面着色技术常用的方法有化学着色技术和电解着色技术两大类。
化学着色技术有两种着色原理：一是依靠膜层的吸附作用，膜层中存在空隙，可以吸附颜料或有色粒子；二是依靠金属表面与溶液的化学反应，生成有色产物沉积在金属表面，使金属表面具有预定色彩。
其优点是不需耗电，对设备要求不高，操作简单，成本低，可获得多种鲜艳颜色，装饰性强。
但是其缺点是获得的表面颜色稳定性差，存在一定色差，且在使用中易掉色和褪色，一般用于室内装潢和外观要求不高的设备仪器。
图6-22 着色后的各种零部件电解着色技术是将被着色金属置于电解液中，通过电解的方式将溶液中的金属离子还原成的单质或其化合物后再吸附于被着色金属表面的氧化层底部。
被吸附的物质对光线的干涉作用，产生显色效果，因此电解着色技术所着颜色不是被吸附物质的颜色。
电解着色技术颜色可控性好，得到的颜色鲜艳，装饰性极强，使用时不易掉色，应用十分广泛。
二、铝及铝合金的着色处理铝具有银白色的金属光泽，密度为2.7g/cm3，拥有很多优良的性能而被广泛应用于建筑、交通运输业、工程、机械制造、电气工程、国防等领域。
铝及铝合金在自然条件下生成的氧化膜很薄，不能有效耐大气腐蚀，更不能耐稀酸、稀碱的腐蚀，也不能直接着色。
工程材料及成形技术基础(第三版)教学课件13
2.铝的氧化过程 5.1.2 磷化处理
定义: 工艺过程:★ 应用:
第五章 金属材料表面改性处理
钢铁工件发蓝处理工艺过程
化学除油
水洗
酸洗
水洗
氧化
水洗
补充处理
水洗
吹干
检验★
影响因素:碱浓度、温度、工件含碳量
钢铁工件发蓝处理工艺过程
溶液组成及质量浓度 温度/℃ 时间/min
第五章 金属材料表面改性处理
镀铬的刷镀液的组成和工艺条件
组成和工艺条件
硝酸铬Cr(NO3) 氨水NH4OH 水合肼 草酸 丁二酸
F-53 PH值 阳极
质量浓度 /g.L-1
380~420 110 30~40 180~220 160~180 0.05 6.8~7.5 石墨
第五章 金属材料表面改性处理
涂料一般由成膜材料、颜料、溶剂、助剂四部分组成。 方法：浸涂法 、空气喷涂法 、静电喷涂法 、电泳涂装法 、 粉末涂装法
第五章 金属材料表面改性处理
浸涂法
浸涂法是将工件浸入漆槽中进行涂装的方法，自动浸 涂是将工件置放在悬链上，借悬链沿轨道的运动自动浸 入漆槽中涂漆。
特点：工艺简单、省工省料、，便于实现自动化，常 用于大批量生产的流水线上。
溶液
NaOH 50g/L、K2SO5 10g/L K2S 10~50g/L
Na2S2O3 120g/L、 Pb（C2H3O2）2 40g/L Pb（C2H3O2）2 15~30g/L、
Na2S2O3 60g/L、 HC2H3O2 30mL/L Fe（NO3）2。6H2O 7.4g/L Na2S2O3 44.7g/L
30~50
《阳极氧化封闭技术》课件
所使用的各种化学品尽可 能环保，节能减排，并协 助用户完成环保检测，减 少环境污染和资源的浪费。
优势和应用案例
材料性优越
阳极氧化封闭技术让金属表面形 成氧化层，具有耐磨、抗腐蚀、 防滑等特点，增强了金属基础材 料的性能。
使用寿命长
经过处理的金属材料能够长期使 用而无需对其进行维护，减少维 护成本。
封闭技术的应用领域
航空航天
需要高强度、耐蚀、轻质的钛合金件，要求件 表面表面光滑，具备更高的氧化封闭技术需要
医疗设备
耐腐蚀、高耗材餐具、心脏起搏器等医学器械 需要具备较高的表面物理性能，氧化封闭技术 是必选的处理方法
军事领域
军用电子装备等需要抗干扰的产品，氧化封闭 技术可以提升其可靠性和耐用性
机械加工
钢铁非铁基金属件以及各种精度配件的氧化封 闭处理，能够增强表面硬度和延缓材料老化， 提高使用寿命。
主要步骤和操作流程
前期准备
将待处理的金属表面去污、去 油、去锈，使得金属表面干净， 有利于后续处理。
制定处理方案
根据不同金属、不同处理要求， 制定适合该金属的阳极氧化封 闭技术处理方案，制定详细操 作流程，确保处理顺利进行。
行业标准问题
不同的行业对于阳极氧化封闭技术的实 施标准有所不同，为保证质量及改进操 作，可加强企业的标准管理工作。
选取合适的封闭方法，使得氧 化膜表面形成完全封闭的层， 保证氧化膜的性能和质量
稳定系统质量
对整个设备进行调试，并保证 设备保养和维护到位，以免影 响设备工作。
实施封闭技术的注意事项
1 处理金属选择
选择合适的金属作为处理 对象，从而保证阳极氧化 效果和封闭结果。
2 密闭封闭
3 关注环保标准
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染料名称
质量浓度/（g/L）
温度/℃
时间/ min
pH值
红色
1．茜素红（R）
2．酸性大红（GR）
3．活性艳红
4．铝红（GLW）
5～10
6～8
2～5
3～5
60～70
室温
70～80
室温
10～20
2～15
5～10
4.5～5.5
5～6
蓝色
1．直接耐晒蓝
2．活性艳蓝
3．酸性蓝
3～5
5
2～5
15～30
室温
60～70
15～20
1～5
2～15
4.5～5.5
4.5～5.5
4.5～5.5
金黄色
1．茜素黄（S）
茜素红（R）
2．活性艳橙
3．铝黄（GLW）
0.3
0.5
0.5
2.5
70～80
70～80
室温
1～3
5～15
2～5
5～6
5～5.5
黑色
1．酸性黑（ATT）
2．酸性元青
3．苯胺黑
10
10～12
5～10
室温
60～70
60～70
铁氰化钾
蓝色
亚铁氰化钾
氯化铁
10～50
10～100
室温
5～10
普鲁士蓝
黄色
铬酸钾
醋酸铅
50～100
100～200
室温
5～10
铬酸铅
黑色
醋酸钴
高锰酸钾
50～100
12～25
室温
5～10
氧杂，一般认为有物理吸附和化学反应。有机染料着色色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。
阳极氧化膜的着色按着色体处于膜层的部位分为自然着色、吸附着色和电解着色三种方法。
1.自然着色
自然着色又称整体着色，其主要特点是成膜带色，即在一定的电解液和电解条件下，将金属进行阳极氧化处理时，由于电解质溶液、合金材料的成分及合金组织结构状态不同，直接产生有颜色的氧化膜。自然着色是由于光线被膜层选择吸收了某些特定波长，剩余波长部分被反射并产生干涉所引起的。不同合金元素、不同合金组织以及不同的电解质溶液和电解条件都会引起颜色的改变。
p H值6～7
此法处理过的氧化膜呈黄色，耐蚀性较好。适用于以防护为目的的铝合金阳极氧化后的封闭，不适用于以装饰为目的着色氧化膜的封闭。
3.水解封闭法
水解封闭法目前在国内应用较广泛，主要应用在染色后氧化膜封闭，此法克服了热水封孔法的许多缺点。
水解封闭的原理是易水解的钴盐与镍盐被氧化膜吸附后，在阳极氧化膜微细孔内发生水解，产生氢氧化物沉淀将孔封闭。在封闭处理过程中，发生如下的的反应：
电解着色工艺具有成本低、颜色耐晒、不易退等特点，是目前应用最广泛的着色方法，表5-14是电解着色的工艺规范，所用电压越高，电解时间越长，得到的颜色越深。其中，硫酸亚锡加硫酸的锡盐电解着色工艺应用最广泛，锡盐电解着色溶液主要含硫酸亚锡、硫酸、锡盐稳定剂、着色分散剂等，着色美观，重现性好，溶液抗杂质能力强，易于维护管理。
无机染色所获得的颜色稳定性高，不易退色，能经受阳光的长期暴晒。用高锰酸钾溶液，可以染出棕色，用铁盐溶液可以染出金黄色。无机染色，颜色的种类较少，均匀性较差，目前正逐步被电解着色工艺替代。
颜色
组成
质量浓度/（g/L）
温度/℃
时间/ min
生成的有色盐
红色
醋酸钴
铁氰化钾
50～100
10～50
室温
5～10
新课内容:
铝及铝合金经阳极氧化处理后，在其表面生成了一层多孔的阳极氧化膜，阳极氧化膜是最理想的着色载体，经过着色和封闭后，可以获得各种不同的颜色，并能提高膜层的耐蚀性、耐磨性。
目前，在工业上广泛地采用阳极氧化或化学氧化的方法，在铝及铝合金制件表面生成一层氧化膜，以达到防护-装饰的目的。
一、阳极氧化膜的着色
2Al2O3+3K2Cr2O7+5H2O= 2AlOHCrO4+2AlOHCr2O7+6KOH
生成的碱式铬酸铝及碱式重铬酸铝和热水分子与氧化铝生成的一水合氧化铝及三水合氧化铝一起封闭了氧化膜的微孔。
封闭液的配方和工艺条件如下：
重铬酸钾5 0～70 g／L；
温度90～95℃；
时间1 5～25 min；
封闭的方法有热水闭法、水蒸气封闭法、重铬酸盐封闭法、水解封闭法和填充封闭法。
a)未封闭b)已封闭
铝及铝合金阳极氧化膜的封闭
1.热水封闭法
新鲜的阳极氧化膜在沸水或接近沸点的热水中处理一定的时间后，失去活性，不再吸附染料，已染上的颜色不易退去，这一过程就是热水封闭，也称封孔。
热水封闭法的原理是利用无定形的Al203的水化作用：
吸附着色时，染料吸附在阳极氧化膜多孔层的最外1/3或1/2处；而电解着色是金属微粒沉积在阳极氧化膜多孔层的底部。随机分布的金属微粒对光线的反射，得到棕色，随着沉积金属微粒的增加，颜色由稻草黄到棕色，直至黑色。所以，由电解着色工艺得到的彩色氧化膜具有良好的耐磨性、耐晒性、耐热性、耐蚀性和色泽稳定持久等优点，目前在建筑装饰用铝型材上得到了广泛应用。
2.吸附着色法
吸附着色法是将生成了氧化膜层的工件浸入加有无机盐或有机染料的溶液中，无机盐或有机染料首先被多孔膜吸附在表面上，然后向微孔内部扩散、渗透，最后堆积在微孔中，使膜层染上颜色。
许多种类的阳极氧化膜，都可以被染料染色，但只有硫酸和草酸阳极氧化膜的染色有工业价值，硫酸阳极氧化膜的染色是其中的绝大部分。
以往铝合金着色大都是青铜色系，近年来电解着古铜色将被钛金色、金黄色、仿不锈钢色、浅红色、香槟色、银灰色等多种浅色调所代替。钛金色鲜活而不妖艳，黄中透红，令人赏心悦目，并具有着色成本较低，增值较高的优点，作为浅色调中的主色调己十分明显。
颜色
组成
质量浓度/（g/L）
温度/℃
时间/ min
交流电压/V
金黄色
Ni2++2H2O→Ni(OH)2↓+H2+
CO2++2H2O→Co(OH)2↓+H2+
生成的氢氧化钴和氢氧化镍沉积在氧化膜大微孔中，将孔封闭。由于少量的氢氧化镍和氢氧化钴几乎是无色透明的，因此它不会影响制品的原有色泽，故此法用于着色氧化膜的封闭。
4.填充封闭法
除上面所述的封闭方法外，阳极氧化膜还可以采用有机物质，如透明清漆、熔融石蜡、各种树脂和干性油进行封闭。例如，用硅油封闭硬质阳极氧化膜，可以提高阳极氧化膜的电绝缘性；用硅脂封闭用于制造无尘表面；用脂肪酸和高温油脂封闭，用于制造红外线反射器，防止波长为4～6μm的红外线吸收损失。
教学准备
准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准备教学心理、准备教学过程、准备教学评价
授课班级
授课日期
月日
月日
月日
月日
月日
教学进程
教学方法及时间分配
复习提问：铝阳极氧化的一般原理？
以一种实验钢为载体，采用任务教学法、案例教学法、引导文教学法、现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。
2学时
导言：
此外，还有许多有机封闭剂被开发出来，在特定的条件下可以选用。
任务总结：
1.阳极氧化膜的三种着色方法
2.阳极氧化膜的四种常用方法
布置任务：1.吸附着色法的原理？
2.阳极氧化膜的封闭有哪几种方法？
注：各栏大小可根据需要进行调整。
热水封闭工艺为热水温度90～110℃，pH值6～7．5，时间1 5～30 min。水蒸气封闭法的原理与热水封闭法相同，但效果要好得多，只是成本较高。
2.重络酸钾封闭法
此法是在具有强氧化性的重铬酸钾溶液中，并在较高的温度下进行的。当经过阳极氧化的铝工件进入溶液时，氧化膜和孔壁的氧化铝与水溶液中的重铬酸钾发生下列化学反应：
吸附着色可以分为无机颜料着色和有机染料着色。
2.1无机颜料着色
无机颜料着色机理主要是物理吸附作用，即无机颜料分子吸附于膜层微孔的表面进行填充。该法着色色调不鲜艳，与基体结合力差，但耐晒较好。
表5-12是无机颜料着色的工艺规范。从表中可见，无机颜料着色所用的染料分为两种，经过阳极氧化的金属要在两种溶液中交替浸渍，直至两种盐在氧化膜中的反应生成物颜料(数量)满足所需的色调为止。
表5-13是有机染料着色的工艺规范。配制染色液的水最好是蒸馏水或去离子水，不能用自来水，因为自来水中的钙、镁等离子会与染料分子配合形成配合物，使染色液报废。
有机染料染色工艺操作简便，染色均匀，几乎可以染出任意颜色，可以采用印刷和多重染色技术，在同一铝合金表面染出多种颜色和花纹，颜色鲜艳装饰性极强。但由于有机染料存在分解退色、耐晒差的问题，所以多用于室内装饰。
硝酸银
硫酸
0.4～10
5～30
20～25
05～1.5
8～20
青铜色
→褐色
→黑色
硫酸亚锡
硫酸
硼酸
20
10
10
15～25
5～20
13～20
紫色
→红褐色
硫酸铜
硫酸镁
硫酸
35
20
8
20
5～20
10
黑色
硫酸钴
硫酸铵
硼酸
25
15
25
20
13
17
二、阳极氧化膜的封闭
由于阳极氧化膜的多孔结构和强吸附性能，表面易被污染，特别是腐蚀介质进入孔内易引起腐蚀。因此阳极氧化膜形成后，无论是否着色都需及时进行封闭处理，封闭氧化膜的孔隙，提高耐蚀性、绝缘性和耐磨性等性能，减弱对杂质或油污的吸附。
第12教学单元
课题：金属表面转化膜技术5—阳极氧化膜的着色与封闭
教学目标
知识目标