第六章 化学转化膜

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1、第六章化学转化膜1.概述2.铝及其合金的阳极化3.钢铁的化学氧化4.钢铁的磷酸盐处理5.铬酸盐钝化1.概述1.1什么是化学转化膜1.2化学转化膜的用途化学转化膜其反应一般式可以写成式中M为金属原子，Az-是介质中的阴离子，MmAn是不溶性反应产物，形成表面覆盖层(化学转化膜)。mM+nAz-=MmAn+nze化学转化膜的形成必须有基体金属参与，故可以看做金属的受控腐蚀过程。形成化学转化膜的方法电化学方法，称为阳极氧化或阳极化。化学方法，包括化学氧化，磷酸盐处理，铬酸盐处理和草酸盐处理。将金属部件置于选定的介质

2、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。化学转化膜的组成并不总是象这样简单的典型化合物1.概述1.1什么是化学转化膜1.2化学转化膜的用途化学转化膜的用途金属表面防护层铝及铝合金制品阳极化处理、钢铁制品化学氧化处理，能大大提高其耐蚀性；镀锌层经过铬酸盐处理后，在盐雾试验中出现锈点的时间大大增加。金属表面的化学转化膜能起到防护作用的原因，一是降低了金属本身的化学活性，使金属的热力学稳定性提高；二是将金属与环境介质隔离开。同其它防护层(例如金属镀层)相比，化学转化膜的防护功能是不高的

3、，它往往不足于使金属得到有效的保护。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。例如化学转化膜+油漆涂层的多元防护系统得到了广泛的应用。化学转化膜在多元防护层系统中的作用，一是增加表面防护层与基底金属的结合力，二是在表面防护层(如油漆层)局部损坏或者被腐蚀介质穿透时防止腐蚀的扩展。有的化学转化膜具有各种色彩，如锌镀层经过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。有的化学转化膜由于多孔，可以进行染色，如铝及其合金制品经过阳极化处理后可以染上各种色彩。装饰

4、在金属的冷作加工中，化学转化膜(特别是磷酸盐膜和草酸盐膜)有着十分广泛的应用，因为这种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。润滑和减摩由于化学转化膜具有较高的电阻，而且使较活泼的金属的电位正移，因此在异金属部件接触时，经过化学转化膜处理的部件之间的电偶腐蚀问题可以大大减小。防止电偶腐蚀对钛、铝及其合金来说，电镀的一个困难问题是表面易钝化而导致结合不良。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。金属镀层的底层2.铝及其合金的阳极化2.1概述2.2铝阳极化的原

5、理2.3铝和铝合金的阳极化工艺2.4阳极氧化膜的着色与封闭因为在空气中生成的自然氧化物膜只有0.01～0.1m厚，保护作用很差。经阳极化处理，可以使氧化膜增厚至几十微米，甚至几百微米。阳极氧化得到的氧化膜与基体金属结合十分牢固，具有良好的耐蚀性、装饰性、耐磨性、电绝缘性，可以获得多种应用。铝及铝合金的阳极化是将铝(或铝合金)制品浸在电解液(硫酸、铬酸、草酸溶液，以硫酸溶液应用最广)中，作为阳极通电进行电解，使铝表面生成需要厚度的氧化物膜。铝是比较活泼的金属(标准电位-1.66V)，又是易钝化金属，在空气中表面很

6、容易生成天然氧化物膜，为什么还要进行阳极氧化?铝及铝合金的阳极化如何进行?阳极化过程中发生什么反应?在通入阳极电流的情况下，铝表面上同时发生氧化物生成反应(成膜反应)和氧化物的溶解反应(溶膜反应)：控制溶液组成和工艺条件，可以使成膜反应速度大于溶膜反应速度，就能使铝表面生成需要厚度的氧化物膜。2Al+3H2O=Al2O3+6H++6e(成膜反应)Al2O3+6H+=Al3++3H2O(溶膜反应)铝阳极化生成的氧化膜包括密膜层和孔膜层。密膜层(阻挡层)厚度很小，孔膜层存在大量孔隙(每平方厘米上亿个)，因此可以着色处

7、理，获得装饰性外观。不管是着色或不着色的阳极化膜，都需要进行封闭，使孔闭合以提高膜的保护性能和保持着色效果。氧化膜的结构如何？2.铝及其合金的阳极化2.1概述2.2铝阳极化的原理2.3铝和铝合金的阳极化工艺2.4阳极氧化膜的着色与封闭？成膜反应究竟是如何进行？为什么阳极化要使用酸性溶液？由铝的电位-pH图知，在pH=4.45～8.58之间为“钝化区”，即铝的氧化物处于热力学稳定状态的电位-pH范围。由于这种状态下的氧化物膜极薄，在工业上的应用价值很有限。因此，为了得到厚度满足要求的氧化物膜，阳极化过程的条件必须越

8、出钝化区。铝的阳极化使用酸性溶液，就是这个道理。在酸性溶液中，铝的氧化物虽然不处于热力学稳定状态，但可以处于介稳状态(虚线以上的区域)。氧化物膜在有限溶解的同时继续生成，厚度达到工业应用的要求。在铝的阳极化过程中，铝作为阳极，表面发生氧化反应Al=Al3++3e(铝的溶解)2H2O=O2+4H++4e(析氧)2Al+3H2O=Al2O3+6H++6e(成膜反应)成膜反应