第6章 化学转化膜 PPT课件
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性能：5~20μm，暗灰到黑灰色。 微孔结构，结合牢固，良好的吸附、润滑、耐蚀 性，不粘附熔融金属及绝缘性。
作用：涂料的底层，冷加工时润滑层，金属表面保护层， 硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理。
特点：设备简单、操作方便、成本低、生产效率高
2020/7/11
13/28
1、形成机理
含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸
2020/7/11
14/28
2、磷化处理工艺
（1）高温磷化 90~98℃
➢优点：膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快 ➢缺点：工作温度高、能耗大、溶液蒸发量大，结晶粗细不均
（2）中温磷化 50~70℃
➢优点：耐蚀性较好、溶液稳定、速度快，生产效率高 ➢缺点：溶液成分较复杂，调整麻烦
（3）常温磷化 15~35℃
M (H 2PO4 )2 MHPO4 H3PO4 3MHPO4 M 3 (PO4 )2 H3PO4 Fe 2H3PO4 Fe(H 2PO4 )2 H 2
3Fe(H 2PO4 )2 Fe3 (PO4 )2 4H3PO4
磷化层：Fe3(PO4)2, Mn3(PO4)2, Zn3(PO4)2
表面工程
第六章 化学转化膜
主要内容
6.1 概述 6.2 钢铁的化学氧化和磷化处理 6.3 铝及其合金的氧化处理
6.1 概述
1.定义
腐蚀 金属表面、氧化膜、保护作用——金属的钝性 ➢ 化学转化膜：使金属与特定的腐蚀液相接触，在一定
条件下发生化学反应，在金属表面形成一层附着力良 好的难溶的生成物膜层。
➢高温化学氧化（碱性化学氧化） ➢常温化学氧化（酸性化学氧化）
2020/7/11
8/28
（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）
➢ 氢氧化钠和亚硝酸纳水溶液，135～145℃，60～90min → 肥皂液，3～5min → 水洗、干燥及浸油
➢ 表面极薄的Fe3O4、0.5~1.5μm ➢ 提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观
SeO2 H 2O H 2SeO3 CuSO4 Fe FeSO4 Cu
Fe 2H Fe2 H2 3Cu 3H2SeO3 CuSe 2CuSeO3 3H2O
后处理：皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进 行填充处理
2020/7/11
12/28
2．钢铁磷化
定义：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磷酸盐保护膜。
2020/7/11
6/28
➢塑性加工 减少拉拔力及次数、延长拉拔模具寿命
➢绝缘
磷酸盐膜层是电的不良导体
➢装饰
自身的装饰作用、多孔性吸附作用
2020/7/11
7/28
6.2 钢铁的化学氧化和磷化处理
1．钢铁的氧化处理
发蓝或发黑：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
铬酸盐膜、铬酸—磷酸盐膜 特点：氧化膜较薄（0.5~4μm），且多孔、质软，
具有较好的吸附性 用途：有机涂层的底层、耐磨性、耐蚀性稍差
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17/28
（二）阳极氧化Βιβλιοθήκη Baidu电化学氧化处理）
定义：将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中， 在外电流作用下作为阳极，在制件表面上形 成与基体牢固结合的氧化膜层。
28/28
➢按膜的主要组成物类型: 氧化物膜 磷酸盐膜 铬酸盐膜 草酸盐膜
2020/7/11
5/28
4.基本用途
➢防锈 降低金属本身的化学活性
对环境介质的隔离作用
➢耐磨 提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜） ➢涂装底层 作为金属镀层的底层 ➢防电偶腐蚀 增大两金属表面间的接触电阻
降低配偶金属之间的电位差
➢优点：不需加热，节约能源，成本低、溶液稳定 ➢缺点：膜层耐蚀性、结合力差，处理时间长、效率低
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3、后处理
➢填充和封闭处理 重铬酸钾+碳酸钠
➢浸油
90~98℃ 5~10min
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16/28
6.3 铝及其合金的氧化处理
（一）化学氧化
按溶液性质：碱性氧化法、酸性氧化法 按膜层性质：氧化物膜、磷酸盐膜
同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解 2 Al 6H 2 Al 3 3H 2 Al2O3 6H 2 Al 3 3H 2O
氧化膜的生长过程就是其不断生成和不断溶解的过程
2020/7/11
20/28
整个阳极氧化电压—时间曲线大致分三段
➢第一段ab（A段）：无孔层形成，连续、绝缘，0.01~0.1μm ➢第二段bc（B段）：多孔层形成，溶解作用开始，最薄处空穴，
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9/28
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热水洗
10/28
（2）常温化学氧化（酸性化学氧化）
➢特点：氧化速度快、膜层抗蚀性好，节能、高 效、成本低，操作简单，环境污染小
➢表面膜的主要成分：CuSe（硒化铜） ➢发黑溶液：CuSO4, SeO2
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11/28
➢发黑溶液：CuSO4, SeO2
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3/28
2.基本原理
➢有基体金属的直接参与 反应生成、结合力大 ——受控的金属腐蚀过程
➢Biextex 和 Weber提出反应式
mM nAz M m An nZe
其中：M—表面金属，AZ- —介质中价态为z的阴离子
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4/28
3.分类
➢按获得方法：化学法 电化学法
电压下降10~15%
➢第三段cd（C段）：多孔层增厚
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21/28
2、阳极氧化工艺
➢ 硫酸阳极氧化 ➢ 铬酸阳极氧化 ➢ 草酸阳极氧化 ➢ 硼酸阳极氧化 浓度、温度、电流密度都有最佳值
2020/7/11
22/28
3、着色处理
1）无机颜料着色 机理：物理吸附，即无机颜料吸附于膜层微孔的表
特点：厚度5~20μm，有较高硬度、耐蚀性、耐 热和绝缘性，多孔，有很好的吸附能力
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19/28
1、氧化膜的形成与生长
中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极，仅起导电作用
阳极反应： H2O 2e O 2H
2 Al 3O Al2O3 阴极反应： 2H 2e H 2
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25/28
（3）重铬酸盐封闭法
原理：填充及水化双重封闭作用 ✓较高温度下生成碱式铬酸铝及重铬酸铝沉淀于膜孔， ✓热溶液使氧化膜产生水化
（4）填充封闭法
有机物质 如：透明清漆、熔融石蜡，各种树脂及干性油等。
2020/7/11
26/28
2020/7/11
27/28
谢谢！
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面进行填充
2）有机染料着色 机理：物理吸附、化学吸附与化学反应相结合
3）电解着色 机理：在含有重金属盐的电解液中进行电解
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23/28
4、氧化膜的封闭处理
孔隙率高，吸附性强，易污染
（1）沸水和蒸气封闭法
原理：较高温度下无水氧化铝的水化作用
Al2O3 nH2O Al2O3 • nH2O
γ-Al2O3→ 一水化合物 体积增加33% 三水化合物 体积增加310%
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24/28
（2）水解盐封闭法
原理：钴盐、镍盐的极稀溶液被氧化膜吸附后，发生 水解
Ni2 2H2O Ni(OH )2 2H Co2 2H2O Co(OH )2 2H
Ni(OH)2, Co(OH)2沉积在氧化膜的微孔中，将孔封闭
作用：涂料的底层，冷加工时润滑层，金属表面保护层， 硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理。
特点：设备简单、操作方便、成本低、生产效率高
2020/7/11
13/28
1、形成机理
含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸
2020/7/11
14/28
2、磷化处理工艺
（1）高温磷化 90~98℃
➢优点：膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快 ➢缺点：工作温度高、能耗大、溶液蒸发量大，结晶粗细不均
（2）中温磷化 50~70℃
➢优点：耐蚀性较好、溶液稳定、速度快，生产效率高 ➢缺点：溶液成分较复杂，调整麻烦
（3）常温磷化 15~35℃
M (H 2PO4 )2 MHPO4 H3PO4 3MHPO4 M 3 (PO4 )2 H3PO4 Fe 2H3PO4 Fe(H 2PO4 )2 H 2
3Fe(H 2PO4 )2 Fe3 (PO4 )2 4H3PO4
磷化层：Fe3(PO4)2, Mn3(PO4)2, Zn3(PO4)2
表面工程
第六章 化学转化膜
主要内容
6.1 概述 6.2 钢铁的化学氧化和磷化处理 6.3 铝及其合金的氧化处理
6.1 概述
1.定义
腐蚀 金属表面、氧化膜、保护作用——金属的钝性 ➢ 化学转化膜：使金属与特定的腐蚀液相接触，在一定
条件下发生化学反应，在金属表面形成一层附着力良 好的难溶的生成物膜层。
➢高温化学氧化（碱性化学氧化） ➢常温化学氧化（酸性化学氧化）
2020/7/11
8/28
（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）
➢ 氢氧化钠和亚硝酸纳水溶液，135～145℃，60～90min → 肥皂液，3～5min → 水洗、干燥及浸油
➢ 表面极薄的Fe3O4、0.5~1.5μm ➢ 提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观
SeO2 H 2O H 2SeO3 CuSO4 Fe FeSO4 Cu
Fe 2H Fe2 H2 3Cu 3H2SeO3 CuSe 2CuSeO3 3H2O
后处理：皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进 行填充处理
2020/7/11
12/28
2．钢铁磷化
定义：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磷酸盐保护膜。
2020/7/11
6/28
➢塑性加工 减少拉拔力及次数、延长拉拔模具寿命
➢绝缘
磷酸盐膜层是电的不良导体
➢装饰
自身的装饰作用、多孔性吸附作用
2020/7/11
7/28
6.2 钢铁的化学氧化和磷化处理
1．钢铁的氧化处理
发蓝或发黑：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
铬酸盐膜、铬酸—磷酸盐膜 特点：氧化膜较薄（0.5~4μm），且多孔、质软，
具有较好的吸附性 用途：有机涂层的底层、耐磨性、耐蚀性稍差
2020/7/11
17/28
（二）阳极氧化Βιβλιοθήκη Baidu电化学氧化处理）
定义：将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中， 在外电流作用下作为阳极，在制件表面上形 成与基体牢固结合的氧化膜层。
28/28
➢按膜的主要组成物类型: 氧化物膜 磷酸盐膜 铬酸盐膜 草酸盐膜
2020/7/11
5/28
4.基本用途
➢防锈 降低金属本身的化学活性
对环境介质的隔离作用
➢耐磨 提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜） ➢涂装底层 作为金属镀层的底层 ➢防电偶腐蚀 增大两金属表面间的接触电阻
降低配偶金属之间的电位差
➢优点：不需加热，节约能源，成本低、溶液稳定 ➢缺点：膜层耐蚀性、结合力差，处理时间长、效率低
2020/7/11
15/28
3、后处理
➢填充和封闭处理 重铬酸钾+碳酸钠
➢浸油
90~98℃ 5~10min
2020/7/11
16/28
6.3 铝及其合金的氧化处理
（一）化学氧化
按溶液性质：碱性氧化法、酸性氧化法 按膜层性质：氧化物膜、磷酸盐膜
同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解 2 Al 6H 2 Al 3 3H 2 Al2O3 6H 2 Al 3 3H 2O
氧化膜的生长过程就是其不断生成和不断溶解的过程
2020/7/11
20/28
整个阳极氧化电压—时间曲线大致分三段
➢第一段ab（A段）：无孔层形成，连续、绝缘，0.01~0.1μm ➢第二段bc（B段）：多孔层形成，溶解作用开始，最薄处空穴，
2020/7/11
9/28
2020/7/11
热水洗
10/28
（2）常温化学氧化（酸性化学氧化）
➢特点：氧化速度快、膜层抗蚀性好，节能、高 效、成本低，操作简单，环境污染小
➢表面膜的主要成分：CuSe（硒化铜） ➢发黑溶液：CuSO4, SeO2
2020/7/11
11/28
➢发黑溶液：CuSO4, SeO2
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3/28
2.基本原理
➢有基体金属的直接参与 反应生成、结合力大 ——受控的金属腐蚀过程
➢Biextex 和 Weber提出反应式
mM nAz M m An nZe
其中：M—表面金属，AZ- —介质中价态为z的阴离子
2020/7/11
4/28
3.分类
➢按获得方法：化学法 电化学法
电压下降10~15%
➢第三段cd（C段）：多孔层增厚
2020/7/11
21/28
2、阳极氧化工艺
➢ 硫酸阳极氧化 ➢ 铬酸阳极氧化 ➢ 草酸阳极氧化 ➢ 硼酸阳极氧化 浓度、温度、电流密度都有最佳值
2020/7/11
22/28
3、着色处理
1）无机颜料着色 机理：物理吸附，即无机颜料吸附于膜层微孔的表
特点：厚度5~20μm，有较高硬度、耐蚀性、耐 热和绝缘性，多孔，有很好的吸附能力
2020/7/11
18/28
2020/7/11
19/28
1、氧化膜的形成与生长
中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极，仅起导电作用
阳极反应： H2O 2e O 2H
2 Al 3O Al2O3 阴极反应： 2H 2e H 2
2020/7/11
25/28
（3）重铬酸盐封闭法
原理：填充及水化双重封闭作用 ✓较高温度下生成碱式铬酸铝及重铬酸铝沉淀于膜孔， ✓热溶液使氧化膜产生水化
（4）填充封闭法
有机物质 如：透明清漆、熔融石蜡，各种树脂及干性油等。
2020/7/11
26/28
2020/7/11
27/28
谢谢！
2020/7/11
面进行填充
2）有机染料着色 机理：物理吸附、化学吸附与化学反应相结合
3）电解着色 机理：在含有重金属盐的电解液中进行电解
2020/7/11
23/28
4、氧化膜的封闭处理
孔隙率高，吸附性强，易污染
（1）沸水和蒸气封闭法
原理：较高温度下无水氧化铝的水化作用
Al2O3 nH2O Al2O3 • nH2O
γ-Al2O3→ 一水化合物 体积增加33% 三水化合物 体积增加310%
2020/7/11
24/28
（2）水解盐封闭法
原理：钴盐、镍盐的极稀溶液被氧化膜吸附后，发生 水解
Ni2 2H2O Ni(OH )2 2H Co2 2H2O Co(OH )2 2H
Ni(OH)2, Co(OH)2沉积在氧化膜的微孔中，将孔封闭