第八章 化学转化膜技术
锌合金压铸件表面处理
锌合金压铸件表面处理1. 简介锌合金压铸件是一种常见的金属零件，具有很高的强度和耐腐蚀性。
然而，其表面通常需要进行处理以提高外观和性能。
本文将详细介绍锌合金压铸件表面处理的方法和技术。
2. 表面处理方法2.1 机械处理机械处理是锌合金压铸件表面处理的基本方法之一。
它包括去毛刺、抛光和打磨等步骤。
去毛刺可以通过机械切削或研磨来完成，以去除零件表面的毛刺和尖锐边缘。
抛光和打磨则可以提高零件表面的光洁度和平整度。
2.2 化学处理化学处理是锌合金压铸件表面处理的另一种常用方法。
它主要包括酸洗、电镀和化学转化膜等过程。
酸洗可以去除锌合金表面的氧化物和污垢，提供一个干净的表面用于后续处理。
电镀可以在锌合金表面形成一层金属镀层，提高其外观和耐腐蚀性。
化学转化膜则可以在锌合金表面形成一层化学转化膜，提高其耐磨性和耐腐蚀性。
2.3 热处理热处理是一种常用的锌合金压铸件表面处理方法。
它包括热处理和热喷涂两种方式。
热处理可以改变锌合金的组织结构和性能，提高其硬度和强度。
热喷涂则可以在锌合金表面形成一层涂层，提高其耐磨性和耐腐蚀性。
3. 表面处理技术3.1 硅溶胶处理硅溶胶处理是一种常用的锌合金压铸件表面处理技术。
它通过在锌合金表面形成一层硅溶胶膜来提高其耐腐蚀性和耐磨性。
硅溶胶处理可以在常温下进行，具有成本低、工艺简单和效果显著的优点。
3.2 电化学抛光电化学抛光是一种通过电化学方法去除锌合金表面的氧化物和污垢的技术。
它可以提高锌合金表面的光洁度和平整度，使其具有更好的外观和耐腐蚀性。
3.3 电镀技术电镀技术是一种常用的锌合金压铸件表面处理技术。
它可以在锌合金表面形成一层金属镀层，如镍、铬或锌等，以提高其外观和耐腐蚀性。
电镀技术可以根据需要选择不同的金属镀层，以满足不同的要求。
3.4 化学转化膜技术化学转化膜技术是一种通过化学反应在锌合金表面形成一层转化膜的技术。
转化膜可以提高锌合金表面的耐磨性和耐腐蚀性，同时保持其原有的外观。
铝及铝合金的化学转化膜处理
铝及铝合金的化学转化膜处理
铝及铝合金的化学转化膜处理是一种表面处理技术，主要通过化学反应在铝及铝合金表面形成一层转化膜。
这层膜的外观和性质类似于金属的氧化物或氢氧化物，可以显著提高金属的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以赋予金属其他特殊性能，如绝缘性、导热性、美观性等。
化学转化膜处理的过程通常包括以下几个步骤：
前处理：这一步主要是清洁金属表面，去除油污、锈迹、杂质等，以保证转化膜的附着力和均匀性。
常用的清洁方法有机械法、化学法和电化学法等。
转化处理：在清洁的金属表面放入特定的化学溶液中，通过化学反应在表面形成一层转化膜。
这个过程通常需要一定的温度和时间，以促进化学反应的进行。
后处理：转化处理完成后，需要对金属表面进行清洗和干燥，以保证转化膜的质量和稳定性。
铝及铝合金的化学转化膜处理有多种类型，其中最为常见的是阳极氧化和化学氧化。
阳极氧化是一种通过外加电流使铝或铝合金表面的氧化膜增厚的方法，生成的氧化膜厚度可达数十至数百微米。
化学氧化则是通过化学反应在铝或铝合金表面形成一层氧化膜，通常生成的氧化膜较薄，约为0.5至4微米。
总之，铝及铝合金的化学转化膜处理是一种有效的表面处理技术，可以显著提高金属的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以赋予金属其他特殊性能。
这种处理方法广泛应用于航空、汽车、建筑、家电等领域。
金属表面处理对材料的防蛀性能的改善
金属表面处理对材料的防蛀性能的改善金属材料的蛀蚀问题一直是材料科学领域中的一大挑战。
蛀蚀不仅会导致金属材料的性能下降，还会对金属结构的安全性造成威胁。
因此，研究金属表面处理对材料的防蛀性能的改善具有重要的实际意义。
本文将从专业角度分析金属表面处理对材料的防蛀性能的改善。
1. 金属蛀蚀的机理金属蛀蚀是金属材料在特定环境下发生的一种电化学反应。
金属材料中的活泼金属原子在电化学反应中失去电子，形成阳离子，同时吸引阴离子，形成蛀蚀产物。
这个过程会在金属表面形成一个蛀蚀电池，导致金属材料的不断腐蚀。
2. 表面处理对防蛀性能的改善金属表面处理可以通过改变金属表面的化学成分和物理性质来提高金属材料的防蛀性能。
以下是几种常见的金属表面处理方法对防蛀性能的改善：2.1 镀层处理镀层处理是在金属表面沉积一层耐腐蚀的金属或非金属材料，以形成保护层，防止腐蚀介质与金属基体直接接触。
常用的镀层材料包括镀锌、镀铬、镀镍、陶瓷涂层等。
镀层处理可以有效地隔绝腐蚀介质，减少金属表面的蛀蚀速率。
2.2 阳极氧化处理阳极氧化处理是一种在金属表面形成氧化膜的方法。
在阳极氧化过程中，金属表面产生一层致密的氧化物保护膜，可以阻止腐蚀介质进一步渗透到金属内部。
这种处理方法适用于铝、钛等金属材料，可以显著提高其防蛀性能。
2.3 磷化处理磷化处理是在金属表面形成一层磷酸盐保护膜的方法。
磷化处理可以增加金属表面的疏水性，减少腐蚀介质的吸附，从而提高金属材料的防蛀性能。
磷化处理适用于铁、锌等金属材料。
2.4 涂层处理涂层处理是在金属表面涂覆一层抗腐蚀涂料，形成保护层，隔绝腐蚀介质。
常用的涂层材料包括环氧树脂、聚氨酯、氟碳涂料等。
涂层处理可以有效地防止腐蚀介质直接接触金属基体，提高金属材料的防蛀性能。
3. 结论金属表面处理是一种有效的手段来改善金属材料的防蛀性能。
通过选择合适的表面处理方法，可以有效地隔绝腐蚀介质，减少金属表面的蛀蚀速率，提高金属结构的安全性。
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)
金属表面的化学转化膜
1.防锈功能
转化膜一方面降低金属本身的化学活性，提高了在环境介质 转化膜一方面降低金属本身的化学活性， 中的热力学稳定性，另一方面对环境介质的隔离作用。 中的热力学稳定性，另一方面对环境介质的隔离作用。作防 锈用的化学转化膜主要用于以下二种情况： 锈用的化学转化膜主要用于以下二种情况： ①对部件有一般的防锈要求：如涂防锈油等，转化膜作为 对部件有一般的防锈要求：如涂防锈油等， 底层很薄时即可应用。 底层很薄时即可应用。 对部件有较高的防锈要求，部件减少冲击等外力作用： ②对部件有较高的防锈要求，部件减少冲击等外力作用： 转化膜要求均匀致密，且以厚者为佳. 转化膜要求均匀致密，且以厚者为佳
2.耐磨 耐磨
耐磨用化学转化膜广泛用于金属与金属面互相摩擦 的部位。 主要作用是： ①提高硬度； ②减少摩擦阻力（如表面上的磷酸盐膜层具有很小 的摩擦系数）； ③吸油：如磷酸盐膜层具有良好的吸油能力，在金 属接触面间产生了一缓冲层，从化学和机械两方面 保护了基体,有各种色彩，如锌镀层 经过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。有的化学转化 膜由于多孔，可以进行染色，如铝及其合 金制品经过阳极化处理后可以染上各种色 彩。
金属表面的化学转化膜能起到防护作用的原因： 金属表面的化学转化膜能起到防护作用的原因：
降低了金属本身的化学活性， （1）.降低了金属本身的化学活性，使金属的 ） 降低了金属本身的化学活性 热力学稳定性提高 将金属与环境介质隔离开。 （2）.将金属与环境介质隔离开。 ） 将金属与环境介质隔离开 因此，按用途分为防护性转化膜、 因此，按用途分为防护性转化膜、减摩或 耐磨转化膜、装饰性转化膜、绝缘性转化膜、 耐磨转化膜、装饰性转化膜、绝缘性转化膜、 涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜。 涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜。
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。
材料表面工程技术练习题(答案)
材料表面工程技术练习题（答案）一、解释名词1.喷丸强化技术:利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗压力腐蚀能力的表面工程技术。
2.干法热浸渗:先将经常规方法脱脂除锈清洗后的清洁工件或钢材进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属溶液中，保温数分钟后抽出，水冷。
3.粘结底层:某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。
4.溅射镀膜:用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法。
(在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。
)5.分子束外延:在超高真空环境中，将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到温度适宜的衬底表面上，在合适的条件下就能沉积出所需要的外延层。
6.激光合金化技术:激光合金化就是利用激光束将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。
换言之，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。
7.物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其粒子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。
8.真空蒸镀:在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。
9.热喷涂工艺:热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。
10.气相沉积:气相沉积技术也是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。
气相沉积技术一般可分为两大类:物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)。
铝合金表面化学转化膜制备技术的研究进展为的课题介绍
铝合金表面化学转化膜制备技术的研究进展为的课题介绍摘要本文对铝合金表面化学转化膜制备技术的研究进展进行了综述。
首先介绍了铝合金的应用领域和表面处理的重要性，然后详细讨论了不同制备方法对表面化学转化膜的形成和性能的影响，并总结了其特点和优势。
接着，重点介绍了几种常用的表面化学转化膜制备技术，包括阳极氧化、化学转化法、浸渍法和溶胶-凝胶法，并对它们的原理、工艺条件和应用进行了详细描述。
最后，展望了未来铝合金表面化学转化膜制备技术的发展方向和应用前景。
1.引言铝合金是一种重要的结构材料，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，由于其本身的易氧化性和低耐蚀性，铝合金在使用过程中容易受到氧化、腐蚀等损害，降低了其性能和寿命。
为了增强铝合金的耐蚀性和耐磨性，改善其表面性能成为了一个重要的研究方向。
化学转化膜作为一种有效的表面处理方法，可以形成均匀、致密、具有一定厚度的膜层，能够提高铝合金的耐蚀性、耐磨性和附着力。
2.表面化学转化膜的形成和性能影响因素表面化学转化膜的形成和性能受多种因素影响，包括铝合金种类、表面处理方法、处理液组成、处理参数等。
不同的因素会对膜层的形貌、成分、厚度和性能产生不同的影响。
在制备工艺上，需要考虑溶液浓度、处理时间、温度等因素。
通过优化制备工艺条件，可以得到具有良好性能的表面化学转化膜。
3.阳极氧化法阳极氧化是一种常用的表面化学转化膜制备技术。
它通过电解处理，在阳极上形成氧化膜。
这种方法制备的膜层致密、均匀，可以提高铝合金表面的耐蚀性和耐磨性。
本节主要介绍了阳极氧化的原理、工艺步骤、工艺参数和应用。
4.化学转化法化学转化法是一种在化学反应条件下形成膜层的表面处理方法。
通过在特定的处理液中浸泡铝合金，可以使其产生化学反应，形成具有一定厚度的膜层。
本节介绍了几种常用的化学转化法，包括硫酸法、硫酸铝法和磷酸法，并分析了它们的原理、工艺条件和应用。
5.浸渍法浸渍法是一种简单、易行的表面化学转化膜制备技术。
化学材料的表面处理研究
化学材料的表面处理研究作者：郭真睿来源：《科学与财富》2018年第32期摘要：化学材料的表面处理是指使用各种方式方法，将物体表面的化学性质进行更改，提高材料的基本物理性能和化学性能，提高化学材料在实际工作中的使用性能。
目前我国对于化学材料的表面处理技术研究更加深入，发现了更多更有效的化学材料的表面处理技术。
本文从几个方面探讨了化学材料的表面处理技术的特征和优势。
关键词：化学材料；表面处理；化学研究引言化学材料表面处理技术是需要通过物理技术或者化学技术将物品的表面在化学层面上进行转变，例如使用惰性金属镀层。
在我国日常的生产生活过程中，需要使用大量经过镀层的物品。
所以化学材料的表面处理是我国化学研究中的重点。
目前我国实行的化学表材料表面处理技术主要有七种，本文对这七种材料的表面处理技术进行了探讨。
1 化学材料的表面处理技术1.1 金刚石薄膜涂层技术金刚石镀膜涂层技术是化学材料的表面积处理技术中最为坚硬耐磨的涂层，也是目前化学材料表面处理技术中研究的重点。
金刚石具有非常良好的化学性，具有强度大、硬度高的物理性质，具有低亲和性和低活动性的化学特征。
所以在电子元件、工具等设备中进行金刚石薄膜涂层，可以有效提高工具的硬度，有效提高整体设备的硬度和使用寿命。
目前的金刚石薄膜镀层技术主要是通过让金刚石薄膜或者类金刚石膜薄生产分离出离子态碳，再通过涂抹的方式让物体上面附着晶体化的离子碳，从而实现将金刚石薄膜镀层到表面。
目前常用的金刚石类物品是石墨，利用石墨也可以有效降低金刚石薄膜镀层技术的经济成本。
但是目前我国的金刚石薄膜镀层技术相对于其他国家来说，技术并不成熟。
所以还需要更多的实验和研究来提供更多更有效的金刚石薄膜镀层技术，让我国跟上世界发展的步伐。
1.2 化学镀技术化学镀技术是一项非常成熟且应用十分广泛的化学材料，表面处理技术。
化学镀技术主要是通过化学中的氧化还原反应，利用氧化还原反应的特殊性质，将镀层均匀平整的附着到工具上。
材料表面技术
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（8）耐蚀镀： ①镀Zn，如镀Zn钢板；还可电镀Zn合金，如Zn-Ni（13％）， Ni4Zn3金属间化合物。 ②镀Sn，美丽的光泽，对含果实类耐有机酸耐蚀能力很好，对 Sn的钎焊性能好，用于食品罐头盒、无线电接插件及引线等 元件。 ③镀Ni，常存在孔隙，需多层电镀，用于汽车、仪表等。 ④镀Cu，用于多层电镀的底层或中间层。 ⑤镀Mn，用于海水中混凝土钢筋。
材料表面技术§1 材料表面技术述§2 电镀和化学镀§3 化学转化膜技术
§4 表面涂敷技术 §5 气相沉积技术 §6 高能束表面技术简介
§1 材料表面技术概述
表面工程是利用物理的、化学的、物理化学的以及机械 的等工艺方法，使工件表面获得可要求的成分、组织和性能， 以提高产量质量的工程。始于20世纪80年代 。 主要包括： （1）热处理，表面淬火、化学热处理等，以提高表面强度、硬度、
（10）复合镀：在金属基体上分布一些高硬度氧化物、碳化物 质点，常以Ni、Co为主体金属，如化学镀Ni-P、Ni-B为主体 金属，分散硬颗粒是SiC等，Ni-P-SiC复合镀层的耐磨性比镀 Ni层高70％，已用于汽车发动机。
电镀应用
硬币的设计
§2 电镀和化学镀
第五套人民币硬币 1元硬币 白铜、钢芯镀镍 5角硬币 黄铜、钢芯镀铜 1角硬币 不锈钢
电镀实验演示视频
电镀生产实例视频 1 2
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（1）镀Mo显著提高发动机QT缸体的耐磨性。 （2）汽油机铸铝活塞裙部外表面镀Sn。 （3）活塞环用合金ZT，第一道环镀Cr，第二道环镀Sn或P化。 （4）拉伸钢质零件，毛坯表面需镀Cu或P化，使毛坯表面形成 一层隔离层，能储存润滑剂，具有自润性能。 （5）电镀黄铜（仿金电镀），如Cu-Zn、Sn-Cu-Zn，可能到 18K～24K黄颜色仿金电镀层，可用于：灯饰、日用五金制品；汽 车轮胎子午线钢丝的电镀，提高橡胶与钢丝的结合强度；节约Au， 在镀Au前先镀黄铜。 （6）减摩镀—轴承电镀，电镀软金属如Sn、Pb、In等，在摩擦 表面上改善磨合性能。
转化膜
85～100
95～100
90～95
时间/MIN
5～8
8～10
8～10
表1－2 铝及铝合金酸性铬酸盐化学氧化溶液配方及工艺条件
组成物的质
量浓度
/G·L-1
1
配方编号 2
磷酸
10～15 50～60
铬酐
1～2
20～25
氟化钠
3～5
氟化氢氨
3～3.5
磷酸氢二氨
2～2.5
硼酸
0.6～1.2
铁氰化钾
重铬酸钾
温度/℃
3Cu + 3H2SeO3 ---> CuSe + 2CuSeO3 + 3H2O
3.氧化膜的后处理 钢铁工件通过化学氧化处理,得到的氧化膜其防
护性仍然较差,所以氧化后还需进行皂化处理、浸油 或在铬酸盐溶液里进行填充处理。
4.不合格氧化膜的退除 不合格氧化膜经脱脂后,在10～15％(体积分数)
的HCl或H2SO4中浸蚀数秒或数十秒即可退除,然后 可再重新氧化。
根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分 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。
1.钢铁高温化学氧化(碱性化学氧化)
<1>高温化学氧化是传统的发黑方法，一般是在强 碱溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸钠）， 在140ºC左右的温度下处理15～90分钟，生成以 Fe3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.5～ 1.5微米，最厚可达2.5微米。氧化膜具有较好的 吸附性，氧化膜很薄。对零件尺寸和精度几乎没 有影响。
化学反应机理为：
3Fe＋NaNO2＋5NaOH－－>3Na2FeO2＋H2O＋NH3
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。
【整理】化学转化膜
1. 化学氧化 2. 铬酸盐处理 3. 磷酸盐处理 4 .无铬化学转化技术
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。
其反应一般式可以写成
mM + nAz- = MmAn + nze
化学转化膜的组成 并不总是象这样简 单的典型化合物
磷铬膜或无铬膜难以实现。
成 分
重铬酸钠、重铬酸钾、氟化钠、铬酐、氢氟酸、硅酸钠等，
还要有一定比例的三价铬，有的还有有机物如聚酯、丙烯酸酯、 聚氟乙烯等。
颜
黄色
色
绿色
无色
10
不同铬化处理工艺的主要成份
黄色铬化
铬酸盐 无机酸 (硝酸) 氟化物
绿色铬化
铬酸盐 磷酸 氟化物
无色铬化
铬酸 氟化物
促进剂
Technical Service Meeting, Part 1 / 2/8/2020
T < 60 C k20 < 30微 西门子/厘米 (最后一道 水洗)
最高到 67 0C
17
无色铬化膜的特性
转化膜特性: 应用于:
透明, 无色 表面具有金属质感 膜重< 0,2 g/m2
由 Cr(VI), Cr(III)和Al(III)的氢氧化物构成
透明漆，如铝轮毂 电子工业
Technical Service Meeting, Part 1 / 2/8/2020
3 - 10 nm
l 铬化膜:
0,05 - 0,4 微米
0,2 - 2,0 g/m2
(0,4 - 0,8 g/m2 )
l 是由Cr(VI), Cr(III) 和 Al(III)的氢氧化物和氧化物构成
化学转化膜
(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：
2H3PO4 + Fe Fe(H2PO4)2 + H2 (9-4)
由于H2的析出，使得钢与溶液界面处的pH值升高，因此式(9-1)平衡被
b．酸洗：要尽量避免用强酸，一般用磷酸溶液进行酸洗 最合适； c．机械清理：用喷砂或喷丸法清洁的表面质量最好； d．活化：用正磷酸钛溶液(Ti：0.1～0.5 mg/L)的效 果最好。
(2) 磷化方法 厚膜经过浸油脂或蜡，用于防腐蚀；薄膜用于提高漆层的 结合牢度。
a．厚膜磷化：溶液成分比较简单的溶液，其中含有一代磷 酸锌、磷酸锰或磷酸亚铁和少量但数量严格确定的磷酸， 以及可缩短处理时间的添加剂。
(1) 一代磷酸盐或磷酸二氢盐，化学式为M(H2PO4)2， (M为二价金属)；
(2) 二代磷酸盐或磷酸一氢盐，化学式为MHPO4；
(3) 三代磷酸盐或正磷酸盐，化学式为M3(PO4)2。
一代磷酸盐的任何金属盐均溶于水；
二代、三代磷酸盐除碱金属及铵盐外不溶于水。 一代磷酸盐在一定浓度及温度条件下呈现如下的电离平衡： M(H2PO4)2 MHPO4 + H3PO4 3MHPO4 M3(PO4)2 + H3PO4 (9-1) (9-2)
二、化学氧化膜工艺
化学氧化技术成本低、效率高、收效快；不用电源、工艺 稳定、操作方便、设备简单；使用范围广。 1．钢的化学氧化
钢的化学氧化俗称发蓝，该工艺使钢铁表面生成稳定
的氧化物Fe3O4。
发蓝最常用的方法是在强碱溶液里添加氧化剂(如硝酸 钠或亚硝酸钠)，在100℃以上的温度进行处理，先生
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。
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。
记忆金属的表面处理工艺
记忆金属的表面处理工艺概述
记忆金属的表面处理工艺主要包括：
1. 抛光：通过抛光处理，使金属表面形成镜面效果，提高表面光洁度。
2. 喷砂：利用高速砂流的冲击力对金属表面进行清理和粗糙化处理，以增强表面的抗腐蚀能力和装饰效果。
3. 电镀：在金属表面覆盖一层其他金属，以提高耐腐蚀性、耐磨性和装饰性。
常见的电镀工艺包括镀铬、镀锌等。
4. 化学镀：通过化学反应在金属表面形成稳定的化合物镀层，具有均匀、致密、结合力好的特点。
5. 阳极氧化：通过电解氧化在铝或铝合金表面形成氧化铝保护层，具有高硬度、高耐磨性、绝缘性好等特点。
6. 化学转化膜技术：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，以提高耐腐蚀性和装饰性。
7. 涂装：在金属表面涂覆各种涂料，以提高耐腐蚀性、耐磨性和装饰性。
常用的涂料包括油漆、防锈漆等。
以上工艺可根据需要进行组合使用，以达到最佳的表面处理效果。
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8.3 氧化处理
铝在大气中形成4~5nm的氧化膜，不致 密，耐腐蚀性能差。
将铝工件作为阳极，其他材料（如铝、 铅）作为阴极置于电解液中，通直流电， 将发生下列反应：
铝合金阳极氧化
阳极反应： 2H2O-4e→O2↑+ 2Al+3O→ Al2O3
阴极反应： 2H+ +2e→ H2 ↑
电解液中的酸会溶解金属铝和氧化膜： 2Al+6H+ → 2Al3+ + 3H2 ↑
8.2 基本用途
防锈
一般防锈要求，转化膜作为底层，很薄， 外层涂防锈油等。
要求较高的防锈，转化膜要均匀致密， 以厚者为佳。
耐磨减磨
8.2 用途
减磨：磷酸盐膜具有很小的摩擦系数，
具有良好的储油作用，在接触面间产生 一缓冲层，从而减小磨损。
耐 很磨 高：，铝具阳有极很氧好化的耐，磨形性成能Al2。O3膜，硬度 活塞、轴承
成膜的典型反应式： mM+nAz- → MmAn+nze
直接化学反应、不需热处理－与化学热处理区别
分类
8.1 概述
氧化物膜：金属在含有氧化剂溶液中形成 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溶液 中形成的膜，其成膜过程称钝化。
铝合金着色
铝合金阳极氧化后在表面生产一层多孔 氧化膜，通过封孔和着色，可以形成各 种不同的颜色，装饰性并能提高耐腐蚀 性能。
吸附着色（化学着色）
铝合金着色
➢ 浸渍着色（无机、有机染料）
➢ 发色位置：氧化膜孔隙的上部
➢ 发色原因：吸附孔内——扩散——堆 积——离子键、氢键结合（氧化铝）
无机颜料着色
8.3 氧化处理
钢铁的氧化
把钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理， 在表面形成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的 过程，也称为钢铁的“发蓝”或“发黑”。 钢铁的化学氧化可分为：高温化学氧化和 常温化学氧化。
钢铁化学氧化
钢铁高温化学氧化（碱性化学氧化或发蓝）
用含有亚硝酸钠的浓碱性处理液，在 140℃左右温度下处理15~60min，得到以 Fe3O4 为 主 的 氧 化 膜 ， 厚 度 一 般 为 0.5~1.5μm，最厚为2.5 μm。
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。
钢铁高温化学氧化工艺
氧化温度、时间与含碳量关系
钢铁含碳量（%）溶液温度（℃）氧化时间（min）
0.7以上 0.4~0.7 0.1~0.4 合金钢 高速钢
135~138 138~142 140~145 140~145 135~138
15~20 20~24 35~60 50~60 30~40
溶液的维护
15
20
35
20
20
10
5~20
5
25
15
20
17
13
25
氧化膜的封闭处理
无论是否着色，氧化膜都应封孔处理，提 高耐磨性、耐晒性、耐蚀性和绝缘性。 封孔的办法有： （1）热水封闭法 （2）水蒸气封闭法 （3）重铬酸盐封闭法 （4）水解封闭法 （5）填充封闭法
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
铝合金化学氧化
铝在水中会发生以下反应： Al→Al3++3e-
2H2O+ 3e- →2OH - +H2↑ Al3+ + 2OH - →AlOOH+H+
2 H+ + 2e- → H2 ↑ 2AlOOH →•Al2O3•H2O
上述反应生成很薄的膜，要获得厚膜， 必须使膜溶解，生成新膜，结晶生长。
铝合金的阳极氧化
钢铁高温化学氧化机理
Fe3O4在碱性溶液中的溶解度极小，钢铁 表面附近生成的Fe3O4很快就从溶液中析 出，在钢铁表面成核，并不断长大，形 成连续的、致密的黑色氧化膜。
钢铁高温化学氧化机理
在生成Fe3O4的同时，部分铁酸钠可能发 生水解，生成氧化铁水合物。 Na2Fe2O4+ （m+1） H2O =
发黑的结合力和耐磨性能不如发蓝层；但 CuSO4和NaCl点滴试验和盐雾试验表明 其耐腐蚀性能优于发蓝层。
铝合金化学氧化
8.3 氧化处理
新鲜铝表面很快会形成氧化膜,厚度一般 只有4~5nm，通过化学氧化，可以得到 0.5~5μm的氧化膜，呈多孔，具有良好 的吸附性，可作为有机涂层的底层。
这种氧化膜的耐磨性能和耐腐蚀性能远 不如阳极氧化膜好。
及操作条件，热处理条件 Si-Al系合金氧化膜 Si固溶：无色；200℃，析出细长Si，呈黄色； 400 ℃，析出大颗粒Si，黑色
电解着色（电解着色二步法）
铝
具有良好的耐磨性、 耐晒性、耐热性、色泽稳定性； 广泛用于建筑装饰用铝型材。
显色原因：沉积金属颗粒直径不均匀，硫酸镍可以 得到粉红色、绿色、紫色和蓝色。
电绝缘性
8.2 用途
磷酸盐膜和阳极氧化膜都是不良导体， 可以用做绝缘体。磷化膜很早就用作硅 钢板绝缘层。
这种绝缘层的特点是占空系数小，耐热 性好。
转化膜应用对象
8.2 用途
几乎在所有的金属表面都能生成，应用较 多的是铁、铝、锌、铜及其合金。 氧化：钢铁、铝合金、镁合金等。 磷化：钢铁。 钝化：不锈钢、铜合金、锌合金等。
5~6
70~80 室温 室温 60~70 60~70
5~15 2~5 3~10 10~15 15~30
5~5.5 4.5~5.5
5~5.5
例：光盘的制作
铝合金着色
绿盘：花菁（Cyanine）：记录灵敏度很高，但 对强光过于敏感，在夏日中午阳光的暴晒下，绿 盘中的花菁染料会发生物理化学变化而使光盘报 废。
着色
8.2 用途
不同的化学膜有不同的颜色；改变化学膜厚 度，也可以改变颜色。 例：不锈钢用铬酸-硫酸溶液处理后可得到不同颜色
获得多孔结构的化学膜，进行着色处理，得 到需要的颜色。
例：铝合金阳极氧化、着色，有些铝合金氧化膜本
身就有颜色
塑性加工
8.2 用途
金属表面进行磷化处理后进行塑性加工，
如：钢管、钢丝等冷拔；可以减小拉拔力， 延长模具寿命，减少拉拔次数。
金盘：酞花青（Phthalocyanine）：酞菁染料具 有较高的稳定性，对室内和室外强光均不敏感， 对刻录机的写入激光功率要求较高。
蓝盘金属化偶氮（AZO）化合物：为了降低绿盘 和金盘的成本，三菱化学公司开发金属化的AZO 有机染料，价格便宜，具有长期保存数据的优点。
铝合金着色
自然发色法
阳极氧化＋着色 一步法 发色原因：膜层选择性吸收光线（七色光互补原理） 发色位置：孔层夹壁中 影响因素：材料成分、溶液种类、氧化膜厚度以
作为挤出工艺、深拉延长工艺的前道工序
塑性加工
一般钢材冷挤压时，由于变形而引起 升 温可达300℃远在磷化膜的热界以下，因此， 磷化膜的抗热粘附着好。
冷挤压工艺中，在一定温度的条件下，磷 化膜与润滑剂（皂液或乳化剂）发生化学 反应，部分脂肪酸皂与磷酸锌Zn3(Po4)2反 应，生成润滑性极强的脂肪酸Zn(RCOO)2， 从而加强了润滑作用。
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
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
特点
钢铁常温化学氧化
发黑比发蓝时间短：由15~60min缩短到 3~8min，生产成本降低一半。
发黑对粗糙表面、未淬火表面特别有效
铝合金着色
电解着色工艺
颜色 金黄色
电解液组成 硝酸根 硫酸
质量浓度/g•L-1 0.4~10 5~30
温度/℃ 电压/V 时间/min 室温 8~12 0.5~1.5
青铜色 硫酸镍 →褐色 硼酸 →黑色 硫酸铵
硫酸镁
紫色 硫酸铜 →红褐色 硫酸镁
硫酸
硫酸钴 黑色 硫酸铵
硼酸
25
25
20 7~15 2~15
色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。
有机染料着色工艺
颜色
溶液组成
茜素红（R） 红色 酸性大红（GR）
活性艳红 铝红（GLW） 直接耐晒蓝 蓝色 活性艳蓝 酸性蓝