材料表面工程技术之转化膜与着色技术(ppt 30页)
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表面工程学化学转化膜技术ppt课件
§1 氧化处理
影响氧化膜成膜速度、厚度、致密性的因素：
①氢氧化钠：浓度 δ 膜层疏松、多孔 浓度 δ 防护能力差
②氧化剂：浓度 氧化速度 膜层致密、牢固 浓度 氧化速度 膜层厚而疏松
③温度：T δ 膜层质量下降
④氧化液中铁离子含量： 应有一定量的铁离子，可使膜层致密、结合牢固
⑤钢铁中的含碳量：C% Fe3C δ 发黑后→热水清洗→ 干燥→在105~110℃浸油
2021/3/2
精品课件
13
Ch11 化学转化膜技术
二、非铁金属的化学氧化
2、镁合金的化学 氧化
δ 0.5~3µm，膜
层薄、软，作 为底层
§1 氧化处理
2021/3/2
精品课件
14
Ch11 化学转化膜技术
§1 氧化处理
为了提高膜层的耐蚀性，凡经1-3号处理 的膜层都要进行封闭处理：
2021/3/2
2021/3/2
精品课件
8
Ch11 化学转化膜技术
§1 氧化处理
2 钢铁常温化学氧化（常温发黑__节能高效简便、污染小）
1) 钢铁常温发黑机理 置换反应：CuSO4+Fe→FeSO4+Cu
3Cu+3H2SeO3 →2CuSeO3+CuSe+3H2O
2021/3/2
精品课件
9
Ch11 化学转化膜技术精品课件15Ch11 化学转化膜技术
§1 氧化处理
3、铜及铜合金的化学氧化
生成CuO或Cu2O膜层，各种不同颜色的膜层
2021/3/2
精品课件
16
Ch11 化学转化膜技术
第11章 化学转化膜技术
§11.1 氧化处理 §11.2 铝及铝合金的阳极氧化 §11.3 磷化处理 §11.4 铬酸盐处理
表面工程技术ppt课件.ppt
常用的喷涂材料有很多根据需要来设计。
材料的形式主要有：粉末（HVOF、等离子、 爆炸喷涂、火焰喷涂等），线材（火焰喷 涂、电弧喷涂）
材料成分主要有：金属、非金属、陶瓷、 碳化物、自熔合金、复合粉末等
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
（3）金属陶瓷
主要是一些碳化物如WC、SiC、BC这 些材料喷涂时防止分解。一般用金属 作 “胶粘剂” 制成金属陶瓷粉末。如 WC-Co系Cr3C2-NiCr系，具有优良的耐 磨、耐蚀性能。
（4）自粘性喷涂粉末（自熔合金）
如镍包铝、铝包镍等。可以提高涂层 与基体结合强度。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
各种喷涂方法简介
工艺品：提高耐蚀性和美观性。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
1.2表面工程技术分类
1、表面改性技术：通过改变基质材料成分， 达到改善性能的目的。如：渗氮、渗碳处 理。
2、表面处理：不改变材质成分，只改变基 质材料的组织结构及应力，以改善性能。 如：表面淬火，喷丸辊压等。
结合强度 8-20 12-25 可达
>70 60~77
表面处理技术概论-第4章 转化膜技术
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。
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
• 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：
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ne
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）。
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
03第三章转化膜技术
第3章conversion film technology3.1 概述3.2化学转化膜3.3电化学转化膜3.4金属的着色与染色定义概念化学转化膜的性质和用途6一、钢铁的化学氧化原理Z 采用含有氧化剂（亚硝酸钠、硝酸钠、硝酸钾）与氢氧化钠的混合溶液，在一定时间、一定温度下对钢铁材料进行氧化处理，使氢氧化钠、硝酸钠以及亚硝酸钠与金属铁作用，生成铁酸钠和亚铁酸钠，再由铁酸钠与亚铁酸钠相互作用生成四氧化三铁氧化膜。
上述机理中不出现氢在微阴极上析出的还原反应，因此可以解释高强度钢在强碱性中化学氧化不会发生氢脆的现象化学氧化膜的性质工艺方法常见工艺配方皂化（后处理）：肥皂30~50g/l,80~90℃,2~8min工艺流程：工艺方法工艺方法一、钢铁的化学氧化工艺方法工艺方法14工艺方法大帮助工艺流程：15常温化学发黑液配方及工艺条件常温化学发黑常见缺陷17二、铝及铝合金化学氧化Z 溶液成分：几乎都是碳酸钠为基本成分，添加碱金属的铬酸盐、硅酸盐、磷酸盐等Z 转化膜的成分：铝的水合化合物AlOOH 或Al2O3.H2O 等Z 工艺方法工艺流程特点及应用Z 化学氧化膜获得的氧化膜较薄、多孔、质软，力学性能和抗蚀性能均不如阳极氧化膜。
但在海水、过氧化氢、碱金属的硫酸盐、钙和锌的氯化物的溶液中，以定义：铬酸盐膜的组成和结构铬酸盐处理工艺22三、铬酸盐膜（钝化膜）影响铬酸盐膜质量的因素Z 三价铬的影响：三价铬有利于形成较厚的膜Z Cr 6+与SO42-的质量之比的影响：直接影响膜的颜色和厚度Z PH 值：PH 值达最佳时，才能得到较厚的铬酸盐膜Z 溶液温度：温度升高，膜的生成重量增加Z 干燥温度：低于50℃下干燥钢铁的磷化处理434242)(3)(PO H PO Me MeHPO PO H MeHPO PO H Me +===+===磷化膜的性质磷化膜的性质磷化膜的性能及应用磷化处理的方法一般工艺流程：脱脂→水洗→酸洗→水洗→磷化处磷化处理的溶液及工艺条件概念Z 概念221H e H →++阴极反应：电解液通电后发生电解阳极反应：↑+→−−O O H e OH 22442生成的部分新生（原子）氧与阳极铝反应，生成无水氧化铝热量O Al e O Al +→+++32363232一、铝及其合金的阳极氧化氧化膜的生长规律Z 无孔层形成：阳极氧化开始，表面即形成了一层厚度为0.01~0.1μm 的连续、致密、高绝缘性的氧化膜Z 多孔层形成：继续通电，氧化膜较薄处首先被击穿，形成多孔层Z 多孔层增厚：氧化超过一定时间，电压降至C 点，氧化膜的生成与溶解维持在一个基本恒定的值下进行，无孔层厚度不变，多孔层增厚铝合金阳极氧化方法硫酸法阳极氧化工艺影响氧化膜质量的因素影响氧化膜质量的因素影响氧化膜质量的因素阳极氧化膜的特性oxidation)原理42二、微弧阳极氧化原理Z 普通阳极氧化处于法拉第区，微弧氧化处于火花放电区中Z 当阳极氧化电压超过某一值时，表面初始生成的绝缘氧化膜补击穿，产生微区弧光放电，形成瞬间的超高温区域（200~800℃），在该区内氧化物或基底金属被熔融甚至气化，在与电解液接触反应中，熔融物激冷而形成非金属陶瓷层。
材料表面工程技术之转化膜与着色技术PPT课件( 30页)
转化膜与着色技术
§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
§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
材料表面工程技术课件
通过化学或物理方法，改 善塑料表面的润湿性、粘 结性和装饰性。
功能材料表面改性实例
高分子材料表面改性
通过化学或物理方法，改变高分子材料的表面能、极性和 润湿性，提高其与其它材料的粘结性和相容性。
石墨烯表面修饰
通过化学反应，在石墨烯表面引入官能团或其它基团，改 变其物理和化学性质，实现其在传感器、电池等领域的应 用。
通过电解作用在材料表面附着一层金属膜的技术
详细描述
电镀技术利用电解原理，在材料表面附着一层金属膜，以提高材料的耐腐蚀性 、耐磨性和装饰性。电镀技术广泛应用于汽车、电子、建筑和航空航天等领域 。
化学镀技术
总结词
通过化学反应在材料表面沉积金属或合金的技术
详细描述
化学镀技术利用化学反应在材料表面沉积一层金属或合金，以提高材料的耐腐蚀 性、耐磨性和导电性。化学镀技术广泛应用于电子、生物医学和装饰等领域。
生物材料表面改性
通过物理或化学方法，改变生物材料的表面性质，使其具 有更好的生物相容性和功能性，如组织工程、药物传递和 生物检测等领域的应用。
05
材料表面工程技术展望
新材料表面工程技术的发展趋势
纳米表面工程技术
利用纳米技术提高材料表 面的耐磨、耐腐蚀和抗疲 劳等性能，满足高精度、 高性能的应用需求。
化学气相沉积技术
总结词
通过化学反应将气态物质转化为固态物质沉积在材料表面的技术
详细描述
化学气相沉积技术利用化学反应将气态物质转化为固态物质，并沉积在材料表面，形成一层薄膜。化 学气相沉积技术广泛应用于电子、光学和生物医学等领域。
03
材料表面改性技术
表面合金化技术
表面合金化技术是通过在材料表面添加合金元素，改变材料表面的成分和结构，从 而提高材料表面的性能。
功能材料表面改性实例
高分子材料表面改性
通过化学或物理方法，改变高分子材料的表面能、极性和 润湿性，提高其与其它材料的粘结性和相容性。
石墨烯表面修饰
通过化学反应，在石墨烯表面引入官能团或其它基团，改 变其物理和化学性质，实现其在传感器、电池等领域的应 用。
通过电解作用在材料表面附着一层金属膜的技术
详细描述
电镀技术利用电解原理，在材料表面附着一层金属膜，以提高材料的耐腐蚀性 、耐磨性和装饰性。电镀技术广泛应用于汽车、电子、建筑和航空航天等领域 。
化学镀技术
总结词
通过化学反应在材料表面沉积金属或合金的技术
详细描述
化学镀技术利用化学反应在材料表面沉积一层金属或合金，以提高材料的耐腐蚀 性、耐磨性和导电性。化学镀技术广泛应用于电子、生物医学和装饰等领域。
生物材料表面改性
通过物理或化学方法，改变生物材料的表面性质，使其具 有更好的生物相容性和功能性，如组织工程、药物传递和 生物检测等领域的应用。
05
材料表面工程技术展望
新材料表面工程技术的发展趋势
纳米表面工程技术
利用纳米技术提高材料表 面的耐磨、耐腐蚀和抗疲 劳等性能，满足高精度、 高性能的应用需求。
化学气相沉积技术
总结词
通过化学反应将气态物质转化为固态物质沉积在材料表面的技术
详细描述
化学气相沉积技术利用化学反应将气态物质转化为固态物质，并沉积在材料表面，形成一层薄膜。化 学气相沉积技术广泛应用于电子、光学和生物医学等领域。
03
材料表面改性技术
表面合金化技术
表面合金化技术是通过在材料表面添加合金元素，改变材料表面的成分和结构，从 而提高材料表面的性能。
第八章 化学转化膜技术
钢铁高温氧化的反应机理
钢铁化学氧化
铁在热碱溶液和氧化剂——亚铁酸钠
3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3↑ 亚铁酸钠——铁酸钠
6Na2FeO2 +NaNO2+5H2O = 3Na2Fe2O4+ 7NaOH +NH3↑ 铁酸钠与亚铁酸钠相互作用生成四氧化三铁 Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+ 4NaOH
质量浓度 /g•L-1 50~100 10~50 10~50 10~100 50~100
100~200 50~100 12~25
温度 /℃ 室温
室温
室温
室温
时间 /min 5~10
生成的 有色盐 铁氰化钾
5~10 普鲁士蓝
5~10 铬酸铅
5~10 氧化钴
有机颜料着色
铝合金着色
物理吸附和化学反应共同作用 ➢ 氧化铝与染料分子上的磺基形成共介键。 ➢ 氧化铝与染料分子上的酚基形成氢键。 ➢ 氧化铝与染料分子形成络合物。
铝合金着色
物理吸附作用：无机颜料分子吸附于膜微孔。
无机颜料着色用颜料有两种：经过阳极氧化 的金属在两种颜料中交替浸渍，直至两种颜 料反应生成需要的颜色为止。
色调不鲜艳，与基体结合力差，但耐晒性好。
铝合金着色
无机颜料着色工艺
颜色 红色 蓝色 黄色 黑色
溶液 组成 醋酸钴 铁氰化钾 亚铁氰化钾 氯化铁 铬酸钾 醋酸铅 醋酸钴 高锰酸钾
金属Cu与H2SeO3发生氧化还原反应,生成黑色 的硒化铜膜,同时伴随副反应,生成CuSeO3及 FeSeO3: 3Cu + 3H2SeO3 →CuSe ↓+2CuSeO3 + 3H2O
材料表面工程技术课件
面的功能性，广泛应用于电子、纺织、生物医学等领域。
等离子体表面处理工艺
03
包括等离子体类型选择、处理时间、功率等参数控制，对处理
效果和材料性能具有重要影响。
05
材料表面工程技术应用案例
航空航天领域的应用案例
பைடு நூலகம்
涂层技术
采用等离子喷涂、超音速喷涂等技术，制备耐高温、抗氧 化、抗腐蚀等性能的涂层，提高航空航天材料的使用寿命 和安全性。
表面强化技术
应用离子注入、激光表面处理等强化技术，提高航空航天 材料的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，增强其承载能力和使 用寿命。
特种焊接技术
采用电子束焊接、激光焊接等特种焊接技术，实现航空航 天材料的高强度、高质量连接，确保其结构完整性和安全 性。
汽车工业的应用案例
01
电镀技术
应用镀锌、镀铬等电镀技术，提高汽车零件的耐腐蚀性和美观性，延长
，降低对环境和人体的危害。
循环经济与可持续发展
03
推广循环经济和可持续发展的理念，实现材料表面工
程技术的绿色化、低碳化。
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材料表面工程技术课件
• 引言 • 材料表面预处理技术 • 材料表面涂层技术 • 材料表面改性技术 • 材料表面工程技术应用案例
• 材料表面工程技术的评估与质量控制 • 材料表面工程技术的未来发展趋势与
展望
01
引言
表面工程技术的定义与重要性
定义
表面工程技术是指通过物理、化学或 机械手段，改变材料表面的结构、成 分和性质，以获得所需表面性能的技 术。
效果。
表面改性效果的评价指标
表面粗糙度 表面硬度 摩擦系数
耐腐蚀性能
采用轮廓仪、干涉仪等仪器测量表面粗糙度，以评估改性处理 对表面光洁度的影响。
电镀工艺课件 转化膜(金属的氧化、磷化、着色)
生成过程
• 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；
• 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；
材料表面工程技术-8转化膜与着色技术
成膜过程及加速所用
磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。难溶性 磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。 磷酸盐的沉积发生在微阴极区， 磷酸盐的沉积发生在微阴极区，而阳极极化处理效果却相 反。 随着温度的上升，速率亦相应增大，最后达到最大值。表 随着温度的上升，速率亦相应增大，最后达到最大值。 面越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。 面越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。溶液性质不 其相界面的扩散系数、 同，其相界面的扩散系数、溶液成分进入晶格时结晶的排 列情况以及催化作用和抑制作用也不同。 列情况以及催化作用和抑制作用也不同。 磷化处理到一定时间以后，成膜速度降低到零， 磷化处理到一定时间以后，成膜速度降低到零，膜的形成 和溶解达到平衡。 和溶解达到平衡。磷化膜的形成并不是在停止放氢时就停 止了，而是在细孔中进一步形成。在停止放氢的一瞬间， 止了，而是在细孔中进一步形成。在停止放氢的一瞬间， 膜的孔隙率仍占金属总面积的3 ~20％， ％，只有在某一时间 膜的孔隙率仍占金属总面积的3％~20％，只有在某一时间 以后(大约10min) 孔隙率才达到0.5 的恒定值。 10min)， 0.5％ 以后(大约10min)，孔隙率才达到0.5％的恒定值。
特点： 特点
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和化学镀膜层大的多。
mM + nA Z − → M m A n + nze
其中： 表面金属 表面金属， 介质中价态为z 其中：M—表面金属，AZ- —介质中价态为z的阴离子
注 ：上述反应式是化学转化膜反应的基本形式，具体的
转化膜形成过程要复杂的多，一般都包含多步化学反应和电 化学反应，也包含多种物理化学变化过程。其反应产物也不 像式中那样单一，而是要复杂的多。
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§2 磷化
磷化膜是由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触 而形成的。以钢铁磷化处理应用最广。
钢铁磷化膜按其厚度
厚膜、薄膜，
根据磷化膜的形成ห้องสมุดไป่ตู้式
假转化型磷化、转化型磷化。
根据其处理溶液成分或温度
锰系、锌系、锌－锰系、锌－钙系磷化 高温(90℃以上)、中温(60-70℃)、低温(30-50℃)和常
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
脱脂浸蚀预处理 表面调整工序 对于非涂装的防护磷化(厚膜)， 表面调整包括机械方法(如擦、刷、喷砂等)和化学
转化膜与着色技术
§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。
特点：
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和化学镀膜层大的多。
用途
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保护和装饰
提高涂膜与基体的结合力
耐磨减摩
用于冷成形加工
电绝缘性
分类：
按形成机理分为： 化学转化膜 电化学转化膜 按成分分为 氧化物膜 磷酸盐膜 铬酸盐膜 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
§3 铬酸盐钝化膜
铬酸盐膜形成机理
铬酸盐膜的形成是通过金属－溶液界面上的化学反应， 其中关键反应是金属与六价铬之间的氧化还原。 金属与六价铬之间的氧化还原反应，金属表面溶解， 金属离子进入溶液，六价铬被还原成三价铬。 上述反应消耗了氢，金属表面pH值升高，使凝胶状的 Cr(OH)3，等在表面沉淀，形成钝化膜。 上述凝胶状沉淀物吸附其它成分，如六价铬、水、金 属离子等，构成成分复杂的铬酸盐钝化膜。
用途：主要是涂装底层。
转化型磷化
磷化膜的结构
无定型磷酸盐
结晶型磷酸盐
磷化膜的性质：防护性
金属磷酸盐转化膜质量评定已建立国家标准，见 GB/T11376－1997。
当所用的磷化膜是作为涂装底层时，其质量检验应采 用GB/T 6807－1986《钢铁工件涂漆前磷化处理技术条 件》。
转化膜的膜重测量方法见GB/T 9792－1988《金属材料 上的转化膜，单位面积膜层质量的测定(重量法)》。
Fe与磷酸二氢盐反应。 Me(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2+8H2O
→Me3(PO4)2·4H2O+Me2Fe(PO4)2·4H2O+8H3PO4
成膜过程及加速所用
磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。难溶性 磷酸盐的沉积发生在微阴极区，而阳极极化处理效果却相 反。
随着温度的上升，速率亦相应增大，最后达到最大值。表 面越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。溶液性质不 同，其相界面的扩散系数、溶液成分进入晶格时结晶的排 列情况以及催化作用和抑制作用也不同。
磷化处理到一定时间以后，成膜速度降低到零，膜的形成 和溶解达到平衡。磷化膜的形成并不是在停止放氢时就停 止了，而是在细孔中进一步形成。在停止放氢的一瞬间， 膜的孔隙率仍占金属总面积的3％~20％，只有在某一时间 以后(大约10min)，孔隙率才达到0.5％的恒定值。
为了加快磷化速度，提高磷化膜质量，通 常采用的方法是：
钢铁的化学氧化常用强碱溶液，称为碱性氧化法。即 在较高温度(130℃以上)下，在氢氧化钠溶液中加入氧 化剂(硝酸钠或亚硝酸钠)进行处理。铁反应生成亚铁 酸钠(Na2Fe02)和铁酸钠(Na2FeO4)，然后两者相互作 用，生成磁性氧化铁(Fe3O4)膜。
钝化膜为无定形膜，由不溶型的三价铬化合物和 可溶性的六价铬化合物组成。
不溶型部分具有足够的强度和稳定性，为骨架；
可溶性部分充填在骨架内部；
当钝化膜受到轻度损伤时，露出的基体与膜中的 可溶性部分相互作用，使膜修复。
锌的钝化
预处理：除去工件表面的油、脂、污物、氧化皮。 钝化：钝化最常用的六价铬化合物是铬酸酐、重铬酸
方法(如钛盐、草酸、镍盐、铜盐等)，其中最有效 和最有实用价值的是钛盐活化。
磷化
厚膜磷化
92℃以上，15～60min，膜厚20μm以上，膜重60g/m2。 用途：用于浸油、防护油或蜡及染黑后作防护用。
薄膜磷化
温度一般为20～90℃，时间短（0.5～3min），厚度1～ 5μm，膜重范围浸渍磷化为2～5g/m2，喷林为1～3g/m2。
钢铁的化学氧化
钢铁的化学氧化俗称发蓝处理，膜的主要成分是 Fe3O4。根据制件的表面状态、材料成分和氧化处理 工艺规范的不同，可获得蓝黑色和黑色的氧化膜。
应用：机械零件、精密仪器与仪表、武器和日用品的 防护与装饰。
氧化在碱性溶液中进行，氧化后没有氢脆影响，像弹 簧钢、细钢丝及薄钢片件也常用氧化膜作为防护层。
温(室温)磷化等。
钢铁磷化膜形成基本机理
磷化膜的形成
(1) Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2（pH值升高） (2) Me(H2PO4)2→MeHPO4+H3PO4
3Me(H2PO4)2 →Me3(PO4)2+4H3PO4 使可溶性磷酸二氢盐向不溶性磷酸盐转化，沉积成膜。
Fe+ Me(H2PO4)2 →FeHPO4+MeHPO4+H2 Fe+ Me(H2PO4)2 →Me2Fe(PO4)2+H2