表格模板-第九章金属表面转化膜技术 精品.ppt

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1、第九章第九章 金属表面转化膜技术金属表面转化膜技术n 金属转化膜的基本特性及用途金属转化膜的基本特性及用途n 化学氧化化学氧化n 阳极氧化阳极氧化n 等离子体微弧氧化等离子体微弧氧化n 钢铁的磷化处理钢铁的磷化处理n 铬酸盐钝化处理铬酸盐钝化处理1. 金属表面转化膜的含义金属表面转化膜的含义n金属表面转化膜技术就是使金属与特定的腐蚀液相接触，金属表面转化膜技术就是使金属与特定的腐蚀液相接触，通过化学或电化学手段，使金属表面形成一层稳定的、致通过化学或电化学手段，使金属表面形成一层稳定的、致密的、附着良好的化合物膜，这种通过化学或电化学处理密的、附着良好的化合物膜，这种通过化学或电化学处理所生成

2、的膜层称为化学转化膜。所生成的膜层称为化学转化膜。n化学转化膜几乎在所有的金属表面都能生成，目前工业上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。应用较多的是铁、铝、锌。9.1 金属表面转化膜的基本特性金属表面转化膜的基本特性n由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜反应而成的，因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。得多。n成膜的典型反应可用下式表示：成膜的典型反应可用下式表示：n式中，式中，M为参加反应的金属或镀层金属；为参加反应的金属或镀层金属；

3、A为介质中的阴离为介质中的阴离子子 2表面转化膜的分类表面转化膜的分类n表面转化膜几乎可以在所有的金属表面生成。表面转化膜几乎可以在所有的金属表面生成。n按转化过程中是否存在外加电流，分为化学转化膜和电化按转化过程中是否存在外加电流，分为化学转化膜和电化学转化膜两类，后者常称为阳极转化膜。学转化膜两类，后者常称为阳极转化膜。n按主要组成物的类型，金属表面转化膜分为氧化物膜（氧按主要组成物的类型，金属表面转化膜分为氧化物膜（氧化）、磷酸盐膜、（磷化）铬酸盐膜（钝化）和草酸盐膜化）、磷酸盐膜、（磷化）铬酸盐膜（钝化）和草酸盐膜等；等；n氧化物膜：氧化物膜：是金属在含有氧化剂的溶液中形成的膜，其是金

4、属在含有氧化剂的溶液中形成的膜，其成膜过程叫氧化。成膜过程叫氧化。n磷酸盐膜：磷酸盐膜：是金属在磷酸盐溶液中形成的膜，其成膜过是金属在磷酸盐溶液中形成的膜，其成膜过程称磷化。程称磷化。n铬酸盐膜：铬酸盐膜：是金属在含有铬酸或铬酸盐的溶液中形成的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。膜，其成膜过程在我国习惯上称钝化。3表面转化膜的应用表面转化膜的应用 金属表面转化膜能提高金属表面的耐蚀性、减摩金属表面转化膜能提高金属表面的耐蚀性、减摩性、耐磨性和装饰性，还能提高有机涂层的附着性、耐磨性和装饰性，还能提高有机涂层的附着性和抗老化性，用作涂装底层。此外，有些表面性和

5、抗老化性，用作涂装底层。此外，有些表面转化膜提高金属表面的绝缘性和防爆性。转化膜提高金属表面的绝缘性和防爆性。防防 锈锈 防锈用化学转化膜主要用于以下两种情况：防锈用化学转化膜主要用于以下两种情况：n 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，转化膜作为底层很薄时即可应用；底层很薄时即可应用；n对部件有较高的防锈要求，部件又不受挠曲、冲击等外对部件有较高的防锈要求，部件又不受挠曲、冲击等外力作用，转化膜要求均匀致密，且以厚者为佳。力作用，转化膜要求均匀致密，且以厚者为佳。 耐耐 磨磨 耐磨用化学转化膜广泛地应用于金属与金属面互相摩擦耐磨用化学转化膜广

6、泛地应用于金属与金属面互相摩擦的部位。的部位。 表面上的磷酸盐膜层具有很小的摩擦系数，因此减少了表面上的磷酸盐膜层具有很小的摩擦系数，因此减少了金属面间的摩擦阻力。这种磷酸盐膜层还具有良好的吸油作金属面间的摩擦阻力。这种磷酸盐膜层还具有良好的吸油作用，在金属接触面间产生了一缓冲层，从化学和机械两个方用，在金属接触面间产生了一缓冲层，从化学和机械两个方面保持了基体，从而减小磨损。面保持了基体，从而减小磨损。涂装底层涂装底层 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。宜、晶粒细小。塑性加工塑性加工 金属材料表面形成磷酸盐膜后再

7、进行塑性加工，例如进行金属材料表面形成磷酸盐膜后再进行塑性加工，例如进行钢管、钢丝等冷拉伸，是磷酸盐膜层最新的应用领域之一。钢管、钢丝等冷拉伸，是磷酸盐膜层最新的应用领域之一。采用这种方法对钢材进行拉拔时可以减小拉拔力，延长拉采用这种方法对钢材进行拉拔时可以减小拉拔力，延长拉拔模具寿命，减少拉拔次数。该法在挤出工艺、深拉延工拔模具寿命，减少拉拔次数。该法在挤出工艺、深拉延工艺等各种冷加工方面均有广泛的应用。艺等各种冷加工方面均有广泛的应用。绝缘等功能性膜绝缘等功能性膜 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。为硅钢板绝缘层。 这种绝缘

8、层的特点是占空系数小，耐热性良好，而这种绝缘层的特点是占空系数小，耐热性良好，而且在冲裁加工时可减少工具的磨损等。用溶胶一凝胶且在冲裁加工时可减少工具的磨损等。用溶胶一凝胶制得的膜，目前大多是功能性的。制得的膜，目前大多是功能性的。n是指将钢铁在含有氧化剂的溶液中，保持一定时间，在其是指将钢铁在含有氧化剂的溶液中，保持一定时间，在其表面生成一层均匀的、以磁性表面生成一层均匀的、以磁性Fe3O4为主要成分的氧化膜为主要成分的氧化膜的过程，工业上称为钢铁的的过程，工业上称为钢铁的“发蓝发蓝”或或“发黑发黑”。 n钢铁发蓝后氧化膜的色泽取决于工件表面的状态、材料成钢铁发蓝后氧化膜的色泽取决于工件表面

9、的状态、材料成分以及发蓝处理时的操作条件，一般为蓝黑到黑色。碳质分以及发蓝处理时的操作条件，一般为蓝黑到黑色。碳质量分数较高的钢铁氧化膜呈灰褐色或黑褐色。发蓝处理后量分数较高的钢铁氧化膜呈灰褐色或黑褐色。发蓝处理后膜层厚度在膜层厚度在0.51.5m，对零件的尺寸和精度无显著影，对零件的尺寸和精度无显著影响。响。9.2 钢铁的化学氧化钢铁的化学氧化将一把表面光洁、银光闪闪的小刀，放在水中浸一下，再在火上烤。过一会儿看小刀的表面有什么变化？小刀的表面是否蒙上了一层蓝黑色？小试验n钢铁发蓝处理广泛用于机械零件、精密仪表、汽钢铁发蓝处理广泛用于机械零件、精密仪表、汽缸、弹簧、武器和日用品的一般防护和装

10、饰，具缸、弹簧、武器和日用品的一般防护和装饰，具有成本低、工效高、不影响尺寸精度、无氢脆等有成本低、工效高、不影响尺寸精度、无氢脆等特点，但在使用中应定期擦油。特点，但在使用中应定期擦油。n根据处理温度的高低，钢铁的发蓝可分为高温化学氧化法根据处理温度的高低，钢铁的发蓝可分为高温化学氧化法和常温化学氧化法。和常温化学氧化法。n这两种方法所用处理液成分不同，膜的组成不同，成膜机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。理也不同。1. 钢铁发蓝工艺钢铁发蓝工艺 高温化学氧化也称碱性化学氧化，是传统的发蓝方法。一高温化学氧化也称碱性化学氧化，是传统的发蓝方法。一般是在氢氧化钠溶液里

11、添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸般是在氢氧化钠溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸钠），在钠），在140左右的温度下处理左右的温度下处理1590min，生成以，生成以Fe3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.51.5m，最，最厚可达厚可达2.5m。氧化膜具有较好的吸附性，通过浸油或其。氧化膜具有较好的吸附性，通过浸油或其他后处理，氧化膜的耐蚀性可大大提高。他后处理，氧化膜的耐蚀性可大大提高。1）钢铁高温化学氧化）钢铁高温化学氧化钢铁高温氧化的生产工艺流程为：钢铁高温氧化的生产工艺流程为： 有机溶剂脱脂有机溶剂脱脂化学脱脂化学脱脂热水洗热水洗流动水洗流动水洗酸洗（盐酸洗

12、（盐酸）酸）流动冷水洗流动冷水洗化学氧化化学氧化回收槽浸洗回收槽浸洗流动冷水洗流动冷水洗后处理后处理干燥干燥检验检验浸油浸油溶液组成溶液组成/（g/L）和工艺条和工艺条件件单槽法单槽法双槽法双槽法配方配方1配方配方2配方配方3第一槽第一槽第二槽第二槽氢氧化钠氢氧化钠600700600700550650550650750850亚硝酸钠亚硝酸钠2002505565150200100150150200磷酸三钠磷酸三钠2030重铬酸酐重铬酸酐钾钾2535温度温度 /130137130137135145130135140150时间时间 /min156090609010204050备注备注氧化速度氧化速度

13、快，快，膜致密，膜致密，但光亮但光亮性差性差铁含量较高，铁含量较高，有利于提高有利于提高氧化膜性能氧化膜性能通用氧化通用氧化液液双槽氧化法，从第双槽氧化法，从第1槽槽取出后不经清洗直接进取出后不经清洗直接进入第入第2槽，可获蓝黑色槽，可获蓝黑色光亮氧化膜光亮氧化膜n 钢铁高温氧化时，可能会形成一些红色沉淀物附在氧化钢铁高温氧化时，可能会形成一些红色沉淀物附在氧化膜表面，成为红色挂灰，或称膜表面，成为红色挂灰，或称“红霜红霜”，这是钢铁氧化过，这是钢铁氧化过程中常见的故障，应尽量避免，关键是要严格控制氢氧化程中常见的故障，应尽量避免，关键是要严格控制氢氧化钠的浓度和工艺温度，使其不能过高。钠的浓

14、度和工艺温度，使其不能过高。n不合格氧化膜经脱脂后不合格氧化膜经脱脂后,在在10%15%HCl (体积分数体积分数)或或H2SO4中浸蚀数秒或数十秒即可退除中浸蚀数秒或数十秒即可退除,然后可再重新氧化。然后可再重新氧化。 n钢铁工件通过化学氧化处理得到的氧化膜虽然能提高耐蚀钢铁工件通过化学氧化处理得到的氧化膜虽然能提高耐蚀性，但其防护性仍然较差性，但其防护性仍然较差,所以氧化后还需进行皂化处理、所以氧化后还需进行皂化处理、浸油或在铬酸酐盐溶液里进行填充处理。浸油或在铬酸酐盐溶液里进行填充处理。n钢铁的高温化学氧化工序多，质量控制较难。同时由于工钢铁的高温化学氧化工序多，质量控制较难。同时由于工

15、艺温度高，使用的强酸、强碱挥发造成生产条件较差，对艺温度高，使用的强酸、强碱挥发造成生产条件较差，对环境污染很大。环境污染很大。 钢铁常温发蓝又称酸性化学氧化，是钢铁常温发蓝又称酸性化学氧化，是20世纪世纪80年代以来年代以来迅速发展的新技术，与高温氧化工艺相比，这种新工艺具迅速发展的新技术，与高温氧化工艺相比，这种新工艺具有氧化速度快，膜层耐腐蚀性好；节能、高效，成本低，有氧化速度快，膜层耐腐蚀性好；节能、高效，成本低，操作简单，环境污染小等优点。其缺点是槽液寿命短、不操作简单，环境污染小等优点。其缺点是槽液寿命短、不稳定，所以应根据工作量大小，随用随配；此外氧化膜层稳定，所以应根据工作量大

16、小，随用随配；此外氧化膜层附着力也稍差。附着力也稍差。2）钢铁常温化学氧化）钢铁常温化学氧化n钢铁常温发蓝处理可得到均匀的黑色或蓝黑色氧化膜，其钢铁常温发蓝处理可得到均匀的黑色或蓝黑色氧化膜，其主要成分是硒化铜（主要成分是硒化铜（CuSe），功能与），功能与Fe3O4相似。相似。n钢铁常温化学氧化的工艺流程也与高温化学氧化基本相同。钢铁常温化学氧化的工艺流程也与高温化学氧化基本相同。n目前，常温发蓝溶液在市场有商品供应，品种型号甚多，目前，常温发蓝溶液在市场有商品供应，品种型号甚多，其主要成分是硫酸铜（其主要成分是硫酸铜（CuSO4）、二氧化硒，还含有各种）、二氧化硒，还含有各种催化剂、缓冲剂、络合剂和辅助材料。催化剂、缓冲剂、络合剂和辅助材料。溶液组成溶液组成/（g/L）配方配方1配方配方2配方配方3硫酸铜硫酸铜131324亚硒酸亚硒酸233535磷酸磷酸2435有机酸有机酸11.5硝酸硝酸3440（ml/L）35磷酸二氢钾磷酸二氢钾510对苯二酚对苯二酚2324添加剂添加剂1015适量适量24 pH值值23131.5-2.5n金属在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属在