转化膜与着色技术

选择适当的溶液可以得到具有一定防护价值的化学氧化膜。
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工业上的化学氧化处理采用碱性溶液加适当的抑制剂。 M.B.V法 碱性化学氧化膜层组成(体积分数)为：
75％Al203·H20+25％Cr203·H20
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8.6 电化学氧化
电化学氧化习惯称为阳极氧化，普遍用于轻金属材料的表面处理。
特点： 成本低，设备简单，处理方便，使用范围广泛。
适用范围： 铝、铜、钢铁、锌、锡、镉等金属及其合金。
目的： 获得不同性能、不同颜色的氧化膜。
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一、钢铁的化学氧化
俗称发蓝处理，发黑处理 膜的主要成分为Fe304 氧化膜防护性能较差，需通过用肥皂或重铬酸钾溶液处理，或者
进行涂油处理。 常用于机械零件、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。
重要技术特征：
基体金属发生溶解、参与反应
形成难溶的化合物膜层
不改变金属外观（外形）
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2、转化膜的性质和用途
(1)用于防护和装饰转 (2)提高涂膜与基体的结合力 (3)耐磨减摩 (4)适用于冷成形加工 (5)电绝缘性
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3、转化膜技术的分类
按形成机理： 化学转化膜-磷化膜、铬酸盐钝化膜、草酸盐膜、化学氧化膜 电化学转化-阳极氧化膜
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一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ钢铁磷化膜形成基本原理
1、磷化膜的形成 一般是在磷酸盐溶液中进行。
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反应过程(假转化型磷化)：
第一阶段：
第二阶段： 主要过程：
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假转化型磷化： 磷化膜的金属离子主要由溶液提供。
转化型磷化：(铁系磷化) 磷化膜的金属离子主要由基体转化提供。
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轻金属材料重量轻、导电导热性好，但耐腐蚀性差(容易产生晶间 腐蚀)，耐磨性比较低。
通过阳极氧化处理，可在其表面生成一层厚度达几十到数百微米 的氧化膜。
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。
铝及其合金的阳极氧化技术开发最早、应用最广。
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一、电化学氧化机理
反应过程：
直流电
电化学过程：生成Al2O3
化学过程：溶解形成多孔层
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氧化膜的生长过程及规律：
(1)曲线AB段：通电后数秒钟内，在铝 表面形成连续、无孔的氧化铝膜(阻挡层， 其硬度比多孔层高)，电压急剧上升；
(2)曲线BC段：随电压上升和溶解作用增 大，膜层局部被溶解或被击穿，产生了孔穴， 氧化膜的电阻下降，电压随之下降，使反应 继续进行；
8 转化膜与着色技术
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教学目的和要求
学习磷化、化学氧化、电化学氧化等转化膜 技术的基本原理，重要转化膜的基本特性及用 途。
重点：铝合金阳极氧化。
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前言
表面转化膜与着色技术是材料表面工程技术中的重要分支之一，具 有长久的历史，应用非常广泛。
表面转化膜与着色技术的主要用途： 防护 提高基体与涂层间的结合力 表面装饰性 表面特殊性能
2、成膜过程及加速作用
影响成膜的因素： 温度 表面粗糙度 溶液成分 搅拌
加速作用： 加入氧化剂 加入电位比铁高的金属离子 超声波
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二、钢铁磷化工艺
1、预处理
表面调整(表调)： 机械方法 化学方法(钛盐活化)
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2、磷化
(1)厚膜磷化 （通常）较长时间高温磷化 用途：
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三、阳极氧化工艺
1、预处理（P164） 脱脂、碱蚀
2、氧化 增加电压及电流密度、降低溶液(槽液)温度及浓度，可增加膜的生
长速率（膜厚）。
(1)防护装饰性的阳极氧化 膜厚：8-20μm
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8.1 转化膜的基本特性及用途
1、转化膜的形成方法
定义：
通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金 属外观(形状及几何尺寸)的一类技术。
形成方法：
将金属工件浸渍于处理溶液中，通过化学或电化学反应，使被处理金属表 面发生溶解并与处理溶液发生反应，在金属表面上形成一层难溶的化合物膜层。
防护 冷作、耐磨、润滑、电绝缘
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(2)薄膜磷化 处理时间较短 用途：
涂装底层 (3)转化型磷化
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3、磷化膜的结构
无定型、结晶型 多层结构，但无明显界面（结合力良好） 多孔结构
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4、磷化膜的性质
磷化膜一般需配合其他表面处理技术。
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8.4 化学氧化
按成分： 氧化膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、草酸盐膜
按用途： 功能性膜：耐磨、减摩、润滑、电绝缘、冷成形加工、涂层基底等 防护性、装饰性膜
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8.2 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。 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。 钢铁磷化膜分类：
按厚度：厚膜、薄膜 按磷化膜的形成方式：假转化型磷化、转化型磷化 按处理溶液成分：锰系、锌系、锌一锰系、锌一钙系磷化 按处理温度：高温、中温、低温和常温(室温)磷化等。
(3)曲线CD段：电压趋于平稳，阻挡层厚度不再变化；随着时间延长，形成 孔隙及孔壁，氧化膜变成导电的多孔层结构；当膜的化学溶解速率等于膜的生 成速率时，膜层便达到一定的极限厚度而不再增加。
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二、铝阳极氧化膜的组成与结构
多孔膜为细胞状结构。 采用铬酸、磷酸、草酸和硫酸得
到的阳极氧化膜，结构完全相同。
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铝是两性金属： 既能溶于酸，生成Al+ 又能溶于碱，生成H2Al03-
在一定的pH值范围内，铝的水合氧化物是稳定的。
铝在大气中会自然形成非晶态的氧化铝膜，厚度为4—5nm。这 层膜不致密，耐腐蚀性差，故需要进行阳极氧化。
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阳极氧化体系： 电解液：硫酸溶液 阳极：铝制品 阴极：其它材料(Sb、Al等)
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碱性氧化法：常用强碱溶液。
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为了得到较厚和耐蚀性较好的膜层，常使用两种溶液对制件进行 两次氧化。第一槽主要是形成晶核，第二槽主要是加厚膜层。
氧化后采用肥皂、重铬酸钾等进行钝化处理，以提高膜层性能。
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二、铝及铝合金的化学氧化
新鲜的铝表面会很快生成一层非晶态的氧化膜，但这层膜厚度一 般只有4～5 nm，防护性低。