化学转化膜课堂
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-化学转化膜(课堂PPT)
化学氧化机理
氧 化 膜
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
的 晶析出，在钢铁表面形成晶核，
形 晶核逐渐长大，形成一层连续致密的黑色氧化膜。
成
在形成Fe3O4的同时，部分铁酸钠发生水解变为氢氧化铁(含
挂 水氧化铁)
1.0 0.5
130C
150C
0 15 30 45 60 75 90 时间(min)
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 钢铁的化学氧化和磷化处理 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
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。
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。
1.2 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
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。
《化学转化膜》课件
利用固体离子交换成膜原理，使溶液
中的离子质量浓度在膜两侧产生质量 传递，形成膜。
5
自组装法
利用分子亲疏性的差异，形成层状自 组装结构，最终形成膜。
化学转化膜的性能及评价
选择性
化学转化膜的选择性可以根据 所需的分离过程进行定制。
通量
化学转化膜的通量是指单位时 间内，在膜的单位面积上通过 的溶液的体积。
未来发展趋势
1 高通量化学转化膜
的开发
2 绿色环保的化学转
化膜
高通量化学转化膜将会 带来更高效的反应过程。
绿色环保的化学转化膜 将会为环保和可持续发 展做出贡献。
3 低成本的化学转化膜
低成本的化学转化膜将 大幅降低分离过程的成 本。
总结
化学转化膜是什么
化学转化膜是一种利用膜 的特殊性质，在化学反应 中起隔离、浓缩、分离、 纯化等作用的膜。
《化学转化膜》PPT课件
本课程将介绍化学转化膜的定义、分类、制备方法、性能及评价、应用以及 未来的发展趋势。了解化学转化膜的基本知识和应用场景，可以为您提供参 考。
什么是化学转化膜
定义
化学转化膜是指利用膜的特殊性质，在化学反应中起隔离、浓缩、分离、纯化等作用的膜。
分类
化学转化膜可分为纳滤膜、超滤膜、反渗透膜、电渗析膜等几类。
化学转化膜的制备方法
化学转化膜的制备方法有 聚合物溶液浆液一体化法、 相转移法、氧化电解法、 离子交换膜法、自组装法。
化学转化膜的性能及 评价
化学转化膜的性能及评价 包括选择性、通量、稳定 性等。
化学转化膜的应用
化学转化膜广泛应用于电渗析、压力萃取、 反渗透、电解质膜燃料电池、水处理等领域。
化学转化膜未来的发展趋势
第7章 化学转化膜
第7章 化学转化膜化学转化膜是金属或镀层金属表层原子与水溶液介质中的阴离子相互反应，在金属表面形成含有自身成分附着性好的化合物膜。
成膜的典型反应式如下：z m n m M nAM A nze -+→+ （7-1）式中，M 为与介质反应的金属或镀层金属；A z-为介质中价态为z 的阴离子。
转化膜是表层的基底金属直接与介质阴离子反应，形成基底金属化合物（M m A n ）。
可见化学转化膜实际上是一种受控的金属腐蚀过程。
上述反应式中，电子可视为反应产物，转化膜的形成可以是金属与介质界面间的化学反应，也可以是施加外电源进行的电化学反应。
前者为化学法，后者为电化学法（阳极氧化）。
化学法时反应式产生的电子将传递给介质中的氧化剂。
电化学法时所产生的电子将传递给与外电源相接的阳极，以阳极电流形式脱离反应体系。
实际上，化学转化膜形膜过程相当复杂，存在着伴生或二次反应。
因此得到的转化膜的实际组成往往也不是按上式反应生成典型的化合物膜。
例如，钢铁件在磷酸盐溶液中进行磷化处理时，所得到磷化膜的主要组成是二次反应生成的产物，即锌和锰的磷酸盐。
尽管如此，考虑到化学转化膜形成过程的复杂性，以及二次反应产物也是金属基底自身转化的诱导才生成的，所以一般不再严格进行区分，都称为化学转化膜。
转化膜的形成方法大多是化学法，也可以用电化学法。
化学法是将金属在溶液中浸渍，通过化学反应形成转化膜，也可将溶液喷射于工件表面，通过化学反应成膜。
转化膜按它的组成物分为氧化物膜、硫化物膜、铬酸盐膜、磷酸盐膜和草酸盐膜。
电化学氧化法（阳极氧化法）是指工件作为阳极，在电解液中电化学处理，在金属表面形成10~20μm 稳定的转化膜的过程，也称电化学转化膜。
阳极氧化法可以大大提高铝及铝合金耐蚀耐磨性；可以改善外观，作为装饰用。
还能提高金属的热绝缘性和表层电阻，同时也可以作为油漆的底层。
转化膜用途十分广泛，可以分为：涂装底材用转化膜，塑性加工用转化膜，耐磨损用转化膜，防锈用转化膜，绝缘用转化膜和其他功用转化膜（如搪瓷底材用转化膜、装饰用转化膜）。
初中化学翻转课堂教案
初中化学翻转课堂教案
课题：金属和非金属
一、课前准备
1. 提前准备好课堂教学视频或PPT资料。
2. 分发预习资料，让学生在家学习金属和非金属的相关知识。
3. 确保学生在学习过程中能够主动思考和提出问题。
二、课堂引入
1. 通过观看视频或介绍PPT概述金属和非金属的性质和特点。
2. 引导学生讨论金属和非金属的区别，引起学生的兴趣。
三、学习任务
1. 让学生观看相关视频或PPT，了解金属和非金属的性质和用途。
2. 学生在观看过程中可以记录下自己的疑问和想法。
四、实践活动
1. 分组讨论金属和非金属的实际应用，并展示给全班观看。
2. 带领学生进行简单的实验，比如观察金属和非金属的反应等。
五、总结反思
1. 让学生重新回顾本节课的要点，总结金属和非金属的主要性质。
2. 收集学生的反馈意见，了解他们对这节课的理解和感受。
六、作业布置
1. 布置作业，让学生对金属和非金属进行总结性的复习。
2. 提醒学生在学习过程中遇到问题要及时向老师请教。
以上是化学翻转课堂的教案范本，希望老师们能够根据实际情况进行适当调整和修改，以提高教学效果。
祝教学顺利！。
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
表面技术概论化学转化膜
置于电解池(如以硫酸溶液作为电解液)中，通上直流 电，这时可以观察到在阳极上和阴极上都有气体 析出。阳极析出氧气，阴极析出氢气。 阳极上析出的氧大部分与铝作用生成了Al2O3(氧化膜)。
第三十六页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
氧化膜的生成是两个不同过程同时进行的结果：
一个是电化学过程，它产生氧并与铝作用生成Al2O3， 另一个是化学过程，生成的Al2O3膜被电解液溶解成 为多孔层。
第三十八页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
3．阳极氧化膜的封闭 氧化膜多孔，活性高，吸附性很强，容易被污染或被腐
蚀介质侵入，氧化后的膜层要通过封孔才能达到最好的耐蚀 效果。
封孔一般是使膜层在热水(95℃以上)中水化，使 Al2O3，成为Al2O3·H2O后体积膨胀，使膜孔堵塞， 膜层失去活性，从而大大提高耐蚀性。
5．柔韧性 膜的脆性直接随厚度增加而增加，膜的性质类似晶体，
稍加弯曲便趋于破裂，但在一定范围内它们都是有弹性的， 裂纹极细，除非剧烈变形，不会显著影响膜的保护性能。在 较高温度下，使用交流电进行氧化可获得弹性较好的膜层。
第四十三页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
6．耐蚀性 阳极氧化膜对制件具有防护性能。
二、化学转化膜----磷化膜
1.磷化膜:由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而形成 的。
2.钢铁磷化膜形成基本原理
磷化膜的形成： 金属浸入热的稀磷酸溶液中，会生成一层磷酸亚铁(锌、
铝等)膜。
第十页，编辑于星期五：二十二点 五十三分。
第十一页，编辑于星期五：二十二点 五十三分。
磷化膜可在很多金属表面上形成，而以钢铁磷化处理应用 最广。
根据不同用途，阳极氧化膜可赋予表面防护、装饰性、 耐磨性、绝缘、隔热、光学性能等。
第三十六页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
氧化膜的生成是两个不同过程同时进行的结果：
一个是电化学过程，它产生氧并与铝作用生成Al2O3， 另一个是化学过程，生成的Al2O3膜被电解液溶解成 为多孔层。
第三十八页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
3．阳极氧化膜的封闭 氧化膜多孔，活性高，吸附性很强，容易被污染或被腐
蚀介质侵入，氧化后的膜层要通过封孔才能达到最好的耐蚀 效果。
封孔一般是使膜层在热水(95℃以上)中水化，使 Al2O3，成为Al2O3·H2O后体积膨胀，使膜孔堵塞， 膜层失去活性，从而大大提高耐蚀性。
5．柔韧性 膜的脆性直接随厚度增加而增加，膜的性质类似晶体，
稍加弯曲便趋于破裂，但在一定范围内它们都是有弹性的， 裂纹极细，除非剧烈变形，不会显著影响膜的保护性能。在 较高温度下，使用交流电进行氧化可获得弹性较好的膜层。
第四十三页，编辑于星期五：二十二点 五十三 分。
6．耐蚀性 阳极氧化膜对制件具有防护性能。
二、化学转化膜----磷化膜
1.磷化膜:由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而形成 的。
2.钢铁磷化膜形成基本原理
磷化膜的形成： 金属浸入热的稀磷酸溶液中，会生成一层磷酸亚铁(锌、
铝等)膜。
第十页，编辑于星期五：二十二点 五十三分。
第十一页，编辑于星期五：二十二点 五十三分。
磷化膜可在很多金属表面上形成，而以钢铁磷化处理应用 最广。
根据不同用途，阳极氧化膜可赋予表面防护、装饰性、 耐磨性、绝缘、隔热、光学性能等。
表面工程学化学转化膜技术省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件
2024/3/1
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Ch11 化学转化膜技术
二、非铁金属化学氧化 2、镁合金化学氧
化
δ 0.5~3µm，膜
层薄、软，作为 底层
2024/3/1
§1 氧化处理
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Ch11 化学转化膜技术
§1 氧化处理
为了提升膜层耐蚀性，凡经1-3号处理膜层 都要进行封闭处理：
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浸油（吸附性好）耐蚀性大大提升
用途：精密仪器、光学仪器、武器、机械设备
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Ch11 化学转化膜技术
钢铁化学氧化：
§1 氧化处理
1）高温氧化机理（化学＋电化学过程）
①化学反应机理（三个阶段）
生成亚铁酸钠： 3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3 生成铁酸钠：
⑤搅拌
防止局部升温和成份不均，确保膜层质量
⑥合金成份
其它成份增加，膜层质量下降
Al-Mg 当Mg>5%时，需用热处理使Mg均匀化，不然 影响膜层透明度
Al-Mg-Si Si% 膜层无色透明灰色紫色黑色 Al-Cu-Mg-Mn Cu% 膜硬度 孔隙率增加，疏松
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Ch11 化学转化膜技术
Cl－ 蚀刻 SO42＋ 膜层不透明，缩短电解液使用寿命 Cr3+ 使氧化膜暗而无光
3)电压
0~15min内，电压0~40V，每次升压小于5V/ 次，到40V后保持到氧化结束。
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Ch11 化学转化膜技术
3、草酸阳极氧化
§2 铝及铝合金阳极氧化
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
化学转化膜技术
此种使用的处理剂称为成膜型处理剂， 其使用实例是磷酸锌、磷酸锰剂
4 转化膜的基本用途
①防锈 ②耐磨 ③涂装底层 ④塑性加工 ⑤绝缘等功能性膜 ⑥装饰
5 镁合金表面化学转化膜的研究
镁合金是一种最轻的工程结构金属材料，具有 密度小、比强度高、良好的导电能力和电磁屏 蔽性能、减振和阻尼性能好且容易回收利用等 特点。镁合金可应用于汽车、航空航天以及 3C 产品(家用电器、计算机、通信电子器件)等 领域。 镁合金的耐蚀问题长期以来严重地制约了镁合 金的开发和广泛应用。因此，开展镁合金防腐 蚀研究，提高其耐蚀性具有重要的意义。
根据形成膜时所采用的介质，又可将化学 转化膜为以下几类：
（l）氧化物膜：是金属在含有氧化剂的溶液中 形成的膜，其成膜过程叫氧化。 （2）磷酸盐膜：是金属在磷酸盐溶液中形成的 膜，其成膜过程称磷化。 （3）铬酸盐膜：是金属在含有铬酸或铬酸盐的 溶液中形成的膜，其成膜过程在我国习惯上称钝 化。
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。
化学成膜处理的机理是金属与特定的腐蚀 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。
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：
6 转化膜技术的发展动向
当前，世界上有关金属的化学成膜技术发展非常 迅速，每月发表的有关专利文献就达数十篇之多。 从目前看，化学成膜技术今后的主要发展动向是：
（1）化学表面处理技术必须与新的涂装技术的发展相适应，即开发和 研制适合于新型涂 料和涂装方式的化学处理剂； （2）开发研制对金属件无需清理即可形成保护转化膜的化学处理剂； （3）开发研制不产生污染的化学处理剂； （4）开发研制能简化工艺、缩短流程的化学处理剂； （5）开发研制应用于大型构件的化学处理剂； （6）开发具有更致密、保护性能更好的转化膜； （7）开发具有更高硬度、更耐磨的转化膜； （8）开发具有特殊功能的转化膜。
4 转化膜的基本用途
①防锈 ②耐磨 ③涂装底层 ④塑性加工 ⑤绝缘等功能性膜 ⑥装饰
5 镁合金表面化学转化膜的研究
镁合金是一种最轻的工程结构金属材料，具有 密度小、比强度高、良好的导电能力和电磁屏 蔽性能、减振和阻尼性能好且容易回收利用等 特点。镁合金可应用于汽车、航空航天以及 3C 产品(家用电器、计算机、通信电子器件)等 领域。 镁合金的耐蚀问题长期以来严重地制约了镁合 金的开发和广泛应用。因此，开展镁合金防腐 蚀研究，提高其耐蚀性具有重要的意义。
根据形成膜时所采用的介质，又可将化学 转化膜为以下几类：
（l）氧化物膜：是金属在含有氧化剂的溶液中 形成的膜，其成膜过程叫氧化。 （2）磷酸盐膜：是金属在磷酸盐溶液中形成的 膜，其成膜过程称磷化。 （3）铬酸盐膜：是金属在含有铬酸或铬酸盐的 溶液中形成的膜，其成膜过程在我国习惯上称钝 化。
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。
化学成膜处理的机理是金属与特定的腐蚀 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。
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：
6 转化膜技术的发展动向
当前，世界上有关金属的化学成膜技术发展非常 迅速，每月发表的有关专利文献就达数十篇之多。 从目前看，化学成膜技术今后的主要发展动向是：
（1）化学表面处理技术必须与新的涂装技术的发展相适应，即开发和 研制适合于新型涂 料和涂装方式的化学处理剂； （2）开发研制对金属件无需清理即可形成保护转化膜的化学处理剂； （3）开发研制不产生污染的化学处理剂； （4）开发研制能简化工艺、缩短流程的化学处理剂； （5）开发研制应用于大型构件的化学处理剂； （6）开发具有更致密、保护性能更好的转化膜； （7）开发具有更高硬度、更耐磨的转化膜； （8）开发具有特殊功能的转化膜。
第六节化学转化膜
硫酸浓度：硫酸的质量浓度高，膜的化学溶解速度加快，所生成的
膜薄且软，空隙多，吸附力强，染色性能好；降低硫酸的质量 浓度，则氧化膜生长速度较快，而空隙率较低．硬度较高，耐 磨性和反光性良好。 温度：当温度在10-20℃之间时，所生成的氧化膜多孔，吸附性能 好，并富有弹性，适宜染色，但膜的硬度较低，耐磨性较差。 如果温度高于26 ℃ ，则氧化膜变疏松且硬度低，温度低于10 ℃ ，氧化膜的厚度增大，硬度高，耐磨性好，但空隙率较低。
第七节 电泳涂漆
定义：电泳涂漆是靠分散在水中的胶体状涂料粒子的电泳作 用，到达被涂工件表面放电而沉积形成漆膜的方法。 特点：与刷涂、喷涂相比，具有涂漆均匀、涂料利用率高、 适宜大规模自动化生产、污染少、几乎无火灾危险性 等优点。电泳涂漆广泛应用在汽车、机电、轻工、国 防等方面。
电泳漆
组成：由水溶性树脂、色料、填料、助溶剂配制而成 电泳漆分为阳极电泳漆和阴极电泳漆两种。 阳极电泳漆用阴离子型树脂，工件为阳极， 阴极电泳漆用阳离子型树脂，工件为阴极。
离子中和电荷，胶粒因中和失
(阳极)
(阴极)
稳析出并附着在电极表面上。
阴极电泳漆的电沉积反应： 2H2O＋2ｅ P －H ＋OH
带电胶粒
P+－H
OH-
+
H+
P －H
+
P
OH-
P P P
-
P
2OH ＋H2 ↑
-
-
+
P↓＋ H2O
树脂沉积
4.电渗：
电渗是分散介质向带电粒子泳动相 反方向运动的现象。刚沉积的漆膜 是含水量高的半渗透膜，在电场力
• ⑤绝缘等功能性膜
• 磷酸盐膜层是电的不良导体，所以很早就用它作 为硅钢板绝缘层。
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过 ? 在微阴极区偏铁酸被还原:
程
HFeO 2
+
e
=
HFeO
2
?
随之，HFeO
2与HFeO
-
2
相互作用，并脱水生成磁性氧化铁
2HFeO 2
+
HFeO
2
=
Fe3O4
+
OH -
+
H2O
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 + NaNO 3 + 7NaOH = 4Na 2FeO 2 + 2H 2O + NH 3 ?
化学氧化机理
氧 化 膜
? 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
的 晶析出，在钢铁表面形成晶核，
形 ?晶核逐渐长大，形成一层连续致密的 黑色氧化膜。
成
?在形成Fe3O4的同时，部分铁酸钠发生水解变为氢氧化铁 (含
挂 水氧化铁)
? 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 = Fe 2+ + 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 - = 6HFeO 2 + H2O + NH 3
?氧化膜主要由Fe3O4组成，膜厚一般为0.5～1.5 ?m。 ?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。
化学氧化机理
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 钢铁的化学氧化和磷化处理 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
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。
后 90℃，浸泡1～2分钟。
处 理
? (2) 钝化处理：50～80g/L的重铬酸钾(K2Cr2O7)
溶液，70～80℃，浸泡5～10分钟。
? 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
g/L
550～650
600～700
g/L
150～200
200～250
重铬酸钾
g/L
25～32
温度 氧化时间
℃
135～145
130～135
min
15～60
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。
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。
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
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பைடு நூலகம்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。
其反应一般式可以写成
mM + nA z- = 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。
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 ◆ ◆
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
程
2Na 2FeO 2 + NaNO 3 + H2O = Na 2Fe2O4 + NaNO 2 + 2NaOH
? 铁酸钠 (Na2Fe2O4)与亚铁酸钠 (Na2FeO 2)相互作用生成磁性 氧化铁
Na2Fe 2O4 + Na 2FeO 2 +2H2O = Fe 3O4 + 4NaOH
钢铁化学氧化双槽工艺
溶液组成及工艺条件
氢氧化钠 亚硝酸钠 硝酸钠 温度 氧化时
g /L g /L g /L
℃ m in
配方1 第一槽 第二槽 500～600 700～800 100～150 150～200
135～140 145～152 10～20 45～60
配方2 第一槽 第二槽 550～650 700～800
灰
Na2Fe2O4 + (m+1)H 2O = Fe 2O3·mH 2O + 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。
化学氧化机理
?为了提高化学氧化膜的抗蚀能力，氧化后应进行填
充处理。 氧 化 方法是：
膜 的
? (1) 皂化处理：30～50g/L的肥皂水溶液，80～
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。