《化学转化膜》
化学转化膜
化学转化膜
化学转化膜是金属（包括镀层金属）表层原子与介质中的阴离子发生反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，这层化合物隔离层称为化学转化膜。
转化膜的形成既可以是金属—介质之间的纯化学反应，也可以是电化学反应。
化学转化膜具有防护性、装饰性、导电性、抗蚀性、减磨性、密封性等功能，它的防护性能和装饰性能已被广大用户所认识。
随着科技的发展，对材料表面性能的要求越来越高，对表面防护层的性能要求也越来越高。
化学转化膜由于其优异的性能，越来越受到人们的重视。
化学转化膜
(9-5) (9-4)
使反应(9-5)向右移动，并且使Fe的界面处pH值不断上升，溶液中所 生成的不溶性磷酸锌浓度不断增加，最后终于超越了它的溶度积。
由于Fe离子从基体进入溶液中的扩散速率一般比反应的速率低，因 此磷酸锌能够迅速而整齐地沉积在金属表面上，成为致密的膜层。
(3) 钝化的影响：在稀铬酸或铬酸盐溶液(0.01％)里进行后处理，可以 减小磷化膜自由孔隙面积，不仅可提高抗蚀性，还 可改善用漆层的性能。
(4) 温度的影响： 磷酸锌膜晶体结构相当于-磷锌矿[Zn3(PO4)24H2O]， 在105C，140C，163C分别可形成-磷锌矿(斜方晶 系片状体)、-磷锌矿(斜方晶系)以及-磷锌矿(单斜晶 系)结晶。
使用的处理剂称为成膜型处理剂，其使用实例是磷酸锌、 磷酸锰等。
转化膜的基本用途：
①防锈：转化膜作为底层很薄时即可应用；对部件有较高的 防锈要求时，转化膜需均匀致密，且以厚者为佳。
②耐磨：磷酸盐膜层具有很小的摩擦系数和良好的吸油作用。 在金属接触面间产生了一缓冲层，从而减小磨损。
③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。
(9-3)
锰盐主要按(9-1)式电离，锌盐几乎全按(9-3)式电离。
锰系磷酸盐膜生成机理
Mn(H2PO4)22H2O 30g
H2O
1L
在97～99C下加热1h，溶液发生如下电离反应: Mn(H2PO4)2 MnHPO4 + H3PO4
(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：
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)
MIL-DTL-5541F_中文版铝和铝合金的化学转化膜
MIL-DTL-5541F_中文版铝和铝合金的化学转化膜MIL -DTL - 5541F铝和铝合金的化学转化膜1.范围范围。
此规格涉及通过与表面爲铝和铝合金的化学转化材料反应而组成的化学转化膜。
分类。
化学转化膜有如下类型和等级。
类型。
化学转化膜有如下类型（见3. 1）:类型I—包含六价锯的组成物类型II—无六价锯的组成物1.2.2等级。
通过于铝和铝合金化学反应贰组成的材料有如下等级（见6.1和6. 4）等级1A—爲最大限度保护防止喷涂的或者未喷涂处的腐蚀、等级3—爲保护防止需低电性阻值处的腐蚀2.适用文件2.1大意：此部分所列文件在本说明的第三和第四部分都有详细列明。
本部分不包含此说明中其他章节所引用的文件，推荐的附加信息文件以及用作事例的文件。
爲确保此清单的完整性已作出很多努力，文件使用者应注意，必须满足章节3 或4引用文件的要求，不管这些文件有没有在此列明。
2.2政府文件2.2.1规格和标准。
以下规格和标准组成本文件的一部分。
除非特别指定，这些文件的问题引用在恳请或合同中。
联邦标准（这些文件副本可从SAE获得或从网站了解到）2.4优先级别。
如果发生此文件文字部分与此引用的参考相冲突，优先考虑本文件的文字部分。
然而，文件中任何条款都不能超越适用法律及规章，除非获得特殊赦免。
3.要求3.1材料。
如果没有规定材料类型，使用类型I。
除非在合同或订单中有声明，类型I代替类型II,或者类型II代替类型I,都是不允许。
用来生産化学转化膜的材料应就选择类型、等级、形式及申请方法等方面受批准，使其与MIL- DTL-81760相符合并且应已被接受列入适用合格産品清单（见6. 5）。
补充化学物质，如加入浴室中维持其效率的氟化物，应不能减少所应用膜的性能。
3.2清洗。
涂覆前，底部金属应机械或化学清洗，使得冲洗过后获得一个water break-free的表面。
含带研磨料类铁如钢丝网、铁氧化物、红铁粉或者钢丝线在所有清洗操作中均不允许。
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。
汽车用电镀层和化学转化膜_CACJR-5-94
3 术语
主要表面 镀层对于工件的外观和使用性能起主要作用的表面。与ψ20mm 球面接触不上的凹面 和镀后进行涂装的表面，不作为主要表面。
4 有关说明
4.1 产品图上所标注的零件尺寸均为镀前加工尺寸，如果要求镀后保证图纸上所标注的尺
寸，必须在尺寸后加注“镀后”字样。如“
Φ10
0 −0.015
镀后”。
中国第一汽车集团公司 1994—04—08 批准
上的锌电镀层、钢铁上非防护装饰性用途的锌电镀层。 2 引用标准
GB 9799 金属覆盖层 钢铁上的锌电镀层 GB 9800 电镀锌和电镀镉层的铬酸盐转化膜 GB 4955 金属覆盖层厚度测量 阳极溶解库仑方法 GB 4956 磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测量 磁性方法 GB 5270 金属基体上金属覆盖层（电沉积层和化学沉积层）附着强度试验方法 3 术语 3.1 主要表面 指工件上电镀前和电镀后的某此表面。该表面上的镀层对于工件的外观和使用性能 是起主要作用的。 3.2 局部厚度 在工件的主要表面上选定的一面积内，做规定次数的厚度测量，所得测量结果的算 术平均值。 3.3 最小局部厚度 在某工件的主要表面上测到的局部厚度的最低值。 4 基体金属 本标准未规定镀锌之前基体金属的表面状态，电镀生产方和需方应对电镀前基体的 表面状态作出规定或协商认可。由于基体金属表面质量太差而使镀锌层达不到令人满意的 外观和使用性能的要求时，不能认为电镀生产质量不合要求。 5 产品设计文件应明确下列技术要求 a 镀层级别(见第 6 章)； b 注明主要表面，例如用图纸或提供有适当标记的样品说明； c 基体金属的性质、表面状态或表面粗糙度； d 对镀层外观要求的必要说明； e 电镀前后的热处理要求； f 转化膜的类型； g 抽样和检验的要求； h 镀前准备、电镀和镀后处理过程中的任何特殊要求或限制。 6 镀层厚度和镀层级别
镁合金化学转化膜的研究进展
电 镀 与 精 饰
第３ ５ 卷第 ５ 期（ 总２ ４ ２ 期）
・１ ５・
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ３ ８ ４ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ０ ５
镁 合 金 化 学转 化 膜 的研 究进 展
Ｚ ＨＯＵ Ｙｏ ｕ ，ＹＡＯ Ｙｉ ｎ ｇ — Ｗ Ｕ ，Ｗ Ｕ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｚ ｈ ａ ｘ ｉ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｗｅ ｉ — ｘ ｉ ｎ ｇ 。
（ １ ． Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ， Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ． ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ １ ３ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｔ ｉ ｂ ｅ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ．
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｏ ｆ ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｎ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ａ ｔ ｈ ｏ ｍｅ
磷酸酯基钢铁缓蚀剂和化学转化膜的制备及其抗腐蚀性能研究
磷酸酯基钢铁缓蚀剂和化学转化膜的制备及其抗腐蚀性能研究有机磷酸酯分子由亲水性的磷酸基团和疏水性的烃基基团组成,可以依靠磷酸基团在金属表面的吸附形成一层磷酸酯薄膜而对金属基体起到良好的保护作用。
在众多的有机磷酸酯类物质中,植酸这一绿色无污染的多齿金属螯合剂作为缓蚀剂及金属表面化学转化膜成膜材料,被广泛地应用于金属的腐蚀与防护领域。
在近十几年的研究中,人们主要研究了植酸作为铝合金、镁合金、铜及其合金等金属材料的缓蚀剂及化学转化膜成膜材料的一些相关性能,但是对于植酸分子作为缓蚀剂的缓蚀原理、在金属表面的成膜机理及影响其缓蚀效率的因素研究得比较少,而且几乎没有开展对植酸分子进行有目的的改性以提高其对金属材料腐蚀防护性能方面的研究。
本论文首先研究了几种分子结构相似的有机磷酸单酯对铁的缓蚀效果及缓蚀机理,然后选取植酸这一特殊的磷酸酯分子为研究对象,全面详细地研究了植酸作为钢铁材料缓蚀剂在不同腐蚀介质中的缓蚀效率及成膜机理,最后有目的地对植酸分子进行改性,并开展了有关将改性的植酸作为钢铁表面化学转化膜成膜材料及硅烷涂层改性剂等方面的研究。
本论文的主要研究内容及实验结果如下：(1)不同链长的正烷基磷酸单酯在酸性溶液中对铁缓蚀性能的研究缓蚀剂的缓蚀效率与缓蚀剂的分子结构、亲疏水性、缓蚀剂分子在溶液中的聚集状态有非常密切的关系。
为了更好地了解烷基磷酸酯的缓蚀效率与它们的分子结构、疏水碳链长度及它们在水溶液中的聚集状态之间的关系,文中我们选取正丁基磷酸单酯、正已基磷酸单酯和正辛基磷酸单酯三种结构相似的烷基磷酸酯分子做为缓蚀剂,研究了它们在酸性条件下对铁的缓蚀性能。
文中以五氧化二磷作为磷酸化试剂与合适的正烷基醇发生酯化反应制备了相应的烷基磷酸单酯。
根据它们在水溶液中电导率随浓度的变化趋势可知正己基磷酸单酯和正辛基磷酸单酯具备表面活性剂的性质,它们的临界胶束浓度分别为166 ppm和68 ppm,而正丁基磷酸单酯不具备表面活性剂的性质。
铝合金化学转化膜国产化工艺研究
铝合金化学转化膜国产化工艺研究摘要：本文简述了铝合金化学转化原理，结合厂内进口铝合金化学转化的性能，对参数进行对比，结合大量实验摸索并确定国产铝合金化学转化的性能试验是否高于进口铝合金化学转化的性能，为铝合金化学转化国产化提高有利参考。
关键词：铝合金化学转化1.绪论在航空发动机及传动系统中，为了减重和增加防腐蚀能力，大多数机匣类零件采用铝合金材料，铝合金由于性质活泼，容易与空气中的氧发生反应形成氧化膜，这层氧化膜致密性较差，防护能力也相对较弱。
为了提高铝合金表面的防腐蚀能力，常采用表面处理的方式提高铝合金的耐蚀性，常用的铝合金表面处理方式为阳极化、化学转化处理和涂漆。
我公司的铝合金化学转化采用铝合金化学转化进行处理，铝合金化学转化处理可以单独用作铝合金表面的防护层，也用于阳极化膜层的修补，同时铝合金化学转化处理膜层也作为油漆的底层。
1.课题研究的意义铝合金化学转化处理是通过浸泡或刷涂的方式在铝合金表面形成化学转化膜，这层转化膜具有防止铝合金基体腐蚀、增加漆层与基体结合力的作用。
目前我公司铝合金化学转化处理采用的是美国HENKEL生产的铝合金化学转化1200产品。
由于军工产品国产化研制要求，现采用西安方舟航空科技有限责任公司生产的材料HY-200开展铝合金的化学转化膜工艺试验，确定工艺流程及工艺参数，并对所形成的膜层进行外观、漆层结合力、耐蚀性检查，确定国产材料HY-200的工艺可行性。
1.工艺试验3.1试验材料化学药品：碳酸钠（Na2CO3·10H2O） GB210磷酸三钠（Na3PO4·12H2O） HG/T2517硅酸钠（Na2SiO3） GB/T4209硫酸（H2SO4） GB4554铬酐（CrO3） GB/T1610铝合金化学转化HY-200 Q/CDG06-2009进口铝合金化学转化12003.2试样材料：牌号：铝合金2024耐蚀性和结合力试件规格：120×60×（1～4）数量：35膜重试件规格：70×70×（0.8～1）数量：123.3试件的生产方案我公司采用的铝合金化学转化1200处理工艺，按照Q/1BYJ93《铝合金铝合金化学转化处理工艺规范》进行表面处理及膜层性能检查，膜层性能检查项目包括外观、漆层结合力和耐蚀性，要求如下：外观：铝合金化学转化1200膜层应是带有彩虹的浅金黄色至金黄色的、连续、均匀无条纹的膜层。
铝合金表面无铬化学转化膜的研究_陈东初
铝合金表面无铬化学转化膜的研究陈东初1,2,黄柱周2,李文芳1(1.华南理工大学机械工程学院材料研究所,广东广州516640;2.佛山科技学院理学院,广东佛山528000)[摘 要] 采用钼酸盐、高锰酸盐作为成膜氧化剂,研究了铝合金化学转化膜的处理溶液,优化了溶液配方与工艺参数,在铝合金表面制备出有良好耐蚀性的转化膜。
利用各种测试手段与分析方法,对转化膜的综合性能进行分析,对转化膜的微观形貌与元素组成进行表征。
提出了钼酸盐化学转化膜成膜机理。
[关键词] 铝合金;无铬;化学转化膜[中图分类号]TG 174.45[文献标识码]A[文章编号]1001-3660(2005)06-0038-02Study of Chro m e -free Che m ical Conversion F il m on A l u m i n i u m A ll oyCHEN D ong-chu 1,2,H U ANG Zhu-zhou 2,LI Wen-fang 1(1.Co llege o fM echanical Eng i n eering ,South Ch i n a U niversity o fTechno logy ,Guangzhou 510640,China ;2.Schoo l of Science ,Foshan University ,Foshan 528000,Ch i n a)[Abstract ] I n order to develop an env ironm en-t fri e ndly m ethod to for m a che m ica l conversion fil m on a -l u m iniu m surface w ithout the tox ic hexava lent chro m i u m co m pounds ,a process w it h sod i u m m o lybdate and po -tassi u m per m anganate as the ox i d ants i n the treating so l u ti o n has been i n vesti g ated .So l u ti o n co m ponents andpreparing para m eters have been opti m ized .M icro -structure and co mponents o f the conversi o n fil m have been studied by various m icr o -analysi s m ethods ,and t h e gro w th m echan is m of the che m i c al conversion fil m has a lso been investi g ated .[Key words] A l u m iniu m a ll o y ;Chr o m e -free ;Conversi o n fil m[收稿日期]2005-07-13[作者简介]陈东初(1972-),男,江西崇义人,博士,主要从事应用电化学及材料表面技术研究。
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
受转化金属
锆、钽、锗
钛合金
◆
镁合金
◆◆
铝和铝合金 ◆ ◆
铜和铜合金 ◆ ◆
◆ ◆ ◆ ◆◆ ◆◆
处理方法
A.电化学法 (阳极化)
B. 化学法 1. 化学氧化
转化膜类 型
氧化物膜
草酸盐膜
钢 锌和锌合金 镉 铬 锡 银
◆ ◆◆◆ ◆ ◆◆ ◆ ◆ ◆ ◆
2. 草酸盐处理 3. 磷酸盐处理 4. 铬酸盐处理
g/L ℃ A/dm2 V min
直流法
1 150～200
15～25 0.8～1.5 18～25 20～40
2 160～170
0～3 0.4～6 16～20
60
交流法
100～150 15～25 2～4 18～30 20～40
直流法1号工艺和交流法适用于一般铝及铝合金的防护-装饰性氧化， 直流法的2号工艺适用于纯铝和铝镁合金制品的装饰性氧化。
Al2O3 + 3H2O
氧化膜溶解 铝的溶解 铝酸钠的水解，
生成硬铝石，非常有害， 应避免。
出
碱蚀之后铝表面上仍残留有不溶于碱的铜、锰、硅、铁等合金元 素，俗称“硅灰”，必须除去；同时中和铝表面的碱性。
光
• 对于一般工业纯铝及铝合金，采用30～50%(vol)
的硝酸溶液。
• 高硅铝合金和铸铝合金，采用HNO3 HF = 1 3的 混合酸。
特 • 硫酸阳极化工艺可以得到厚度5～20m、无色透明
的氧化膜，膜的硬度较高，吸附能力强，易于染色；
靠近金属铝的内层为密膜层(阻
挡层)，厚度0.01～0.05m，电阻
率高达109m，显微硬度可达
15000MPa。
孔壁
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浸油：在105～110℃的机油、锭子油或变压器油中 浸5～10分钟。
整理课件
（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
氢氧化钠
g/L
亚硝酸钠
g/L
重铬酸钾
g/L
温度
℃
氧化时间
min
1 550～650 150～200
135～145 15～60
2 600～700 200～250 25～32 130～135
15
单槽法操作简单，使用比较广泛，
配方1：通用氧化液，操作方便，膜层美观光亮，但膜较薄；
配方2：氧化速度快，膜层致密，但光亮度稍差。
缺点：由于在较高温度下才能获得较厚的膜，容易产生红色挂灰。
✓ 在微阴极区偏铁酸被还原:
HFeO2 + e = HFeO2-
✓ 随之，HFeO2与HFeO2- 相互作用，并脱水生成磁性氧化铁
2HFeO2 + HFeO2- = Fe3O4 + OH- + H2O
整理课件
化学氧化机理
钢铁表面在热碱溶液和氧化剂作用下生成亚铁酸钠
4Fe + NaNO3 + 7NaOH = 4Na2FeO2 + 2H2O + NH3
灰
Na2Fe2O4 + (m+1)H2O = Fe2O3·mH2O + 2NaOH
含水氧化铁在较高温度下失去部分水而形成红色沉淀物附在氧
化膜表面，成为红色挂灰而影响氧化膜的质量。
整理课件
化学氧化机理
理氧 化 膜 的 后 处
为了提高化学氧化膜的抗蚀能力，氧化后应进行填 充处理。
方法是：
(1) 皂化处理：30～50g/L的肥皂水溶液，80～ 90℃，浸泡1～2分钟。
整理课件
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。
防止电偶腐蚀 化学转化膜电阻大，使较活泼的金属电位正移，异
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
化学转化膜的形成有基体金属的参与，故可以看做金属 的受控腐蚀过程。
整理课件
受转化金属
钛合金
◆
◆
镁合金
◆◆
◆
铝和铝合金 ◆ ◆ ◆ ◆
铜和铜合金 ◆ ◆ ◆ ◆
钢
◆ ◆◆◆◆
锌和锌合金 ◆ ◆
处理方法
A.电化学法 ( 阳极极化 )
B. 化学法 1.化学氧化
转化膜类型
氧化物膜
2.草酸盐处理
草酸盐膜
3.磷酸盐处理
磷酸盐膜
4.铬酸盐处理
各种金属上的化学转化膜及其分类
铬酸盐膜
1.2 化学转化膜的用途
➢防锈 降低金属本身的化学活性
对环境介质的隔离作用 如：铝合金制品阳极化处理、钢铁制品化学氧化处理 化学转化膜一般是与其它防护层联合组成多元的防护层 系统，化学转化膜常作为这个多元系统的底层。 如化学转化膜+油漆涂层的多元防护系统。
氧化膜主要由Fe3O4组成，膜厚一般为0.5～1.5m。 氧化膜的颜色呈灰黑、深黑或蓝黑色，称为发蓝或发黑。
化学氧化膜很薄，对零件的尺寸和精度几 乎没有影响。 化学氧化时不析氢，不会造成零件氢脆。 广泛应用于精密仪器、电子设备、光学仪 器、仪表、弹簧和武器等的防护装饰。
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化学氧化机理
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化学氧化机理
成氧 化 膜 的 形
通过电化学反应和化学反应在钢铁表面附近生成Fe3O4。 由于Fe3O4在浓碱溶液中的溶解度极小，很快就从 溶液中结 晶析出，在钢铁表面形成晶核，
晶核逐渐长大，形成一层连续致密的黑色氧化膜。
在形成Fe3O4的同时，部分铁酸钠发生水解变为氢氧化铁(含水
挂 氧化铁)
表面技术概论
——化学转化膜
山东科技大学材料学院 2015
主要内容
1 概述 2 钢铁的学氧化和磷化处理 3 铝及其合金的氧化处理 4 微弧氧化 5 转化膜技术的发展动向
1.概述
1.1 什么是化学转化膜 1.2 化学转化膜的用途
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1.概述
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。
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。
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。
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化
学 亚铁酸钠进一步与溶液中的氧化剂反应生成铁酸钠
过
2Na2FeO2 + NaNO3 + H2O = Na2Fe2O4 + NaNO2 + 2NaOH
程
铁酸钠(Na2Fe2O4)与亚铁酸钠(Na2FeO2)相互作用生成磁性 氧化铁
Na2Fe2O4 + Na2FeO2 +2H2O = Fe3O4 + 4NaOH
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钢铁化学氧化双槽工艺
溶液组成及工艺条件
配方1
配方2
第一槽 第二槽 第一槽 第二槽
氢氧化钠 亚硝酸钠 硝酸钠 温度 氧化时
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
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。
程电 化 学 过
✓ 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。
✓ 在微阳极区发生铁的溶解：Fe = Fe2+ + 2e
✓ 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：
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。
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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。