金属的化学处理(化学转化膜)

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1、第四章金属的化学处理（化学转化膜）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2021/7/25定义许多金属都有在表面上生成较稳定的氧化膜的倾向，这些膜在特定条件下能起保护作用——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。4.1概述2021/7/25有基体金属的直接参与反应生成、结合力大。几乎所有金属都可在选定的介质中通过转化处理得到不同应用目的的化学转化膜。目前应用较多的是钢铁、铝、锌、铜、镁及其合金。拜斯泰克（B

2、iextex）和Weber提出反应式：其中：M—表面金属，AZ-—介质中价态为z的阴离子2.基本原理2021/7/25按获得方法：化学法电化学法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3.分类2021/7/25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4.基本用途2021/7/25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（吸色料）2021

3、/7/254.2钢铁的化学氧化和磷化处理1．钢铁的氧化处理高温化学氧化（碱性化学氧化）常温化学氧化（酸性化学氧化）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2021/7/25化学反应机理：在强碱（氢氧化钠）溶液里添加氧化剂（亚硝酸纳），在135～145℃，15～90min→肥皂液，3～5min→水洗、干燥及浸油表面生成极薄的Fe3O4为主要成分的氧化膜、0.5~1.5μm提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）2021/7/25（1）化学反应机理钢铁高温氧化机理(2)电化学

4、反应机理钢铁浸入电解质溶液后即在表面形成无数的微电池，在微阳极区发生铁的溶解。在强碱性介质中有氧化剂存在的条件下，二价铁离子转化为三价铁的氢氧化物2021/7/252021/7/25相互作用，并脱水生成磁性氧化铁在微阴极上氢氧化物被还原(3)氧化膜的生长(2)电化学反应机理钢铁高温氧化工艺(1)氢氧化钠。提高氢氧化钠的质量浓度，氧化膜的厚度稍有增加，但容易出现硫松或多孔的缺陷，甚至产生红色挂灰；质量浓度过低时，氧化膜较薄，产生花斑，防护能力差。(2)氧化剂。提高氧化剂的质量浓度，可以加快氧化速度，膜层致密、牢固。氧化剂的质量浓度低时，得到的氧化膜

5、厚而疏松。(3)温度。提高溶液温度，生成的氧化膜层薄，且易生成红色挂灰，导致氧化膜的质量降低。(4)铁离子含量。氧化溶液中必须含有一定的铁离子才能使膜层致密，结合牢固。铁离子浓度过高，氧化速度降低，钢铁表面易出现红色挂灰。(5)钢铁含碳量。钢铁中含碳量增加，组织中Fe3C增多，即阴极表面增加，阳极铁的溶解过程加剧，促使氧化膜生成的速度加快，故在同样温度下氧化，高碳钢所得到的氧化膜一定比低碳钢的厚。钢铁发黑后，经热水清洗、干燥后，在油中浸3～5min，以提高耐蚀性。钢铁高温氧化工艺钢铁常温化学氧化一般称为钢铁常温发黑。与高温发黑相比，具有节能、高效

6、、操作简便、成本较低、环境污染小等优点。常温发黑得到的表面膜主要成分是CuSe，其功能与Fe3O4膜相似。钢铁常温发黑工艺操作简单、速度快，通常为2～10min。目前还存在发黑液不够稳定、膜层结合力稍差等问题。（2）常温化学氧化（酸性化学氧化）2021/7/25常温发黑溶液主要成分是CuSO4，二氧化硒SeO2，各种催化剂，缓冲剂，络合剂与辅助材料。发黑机理：①SeO2溶于水中生成亚硒酸(H2SeO3)：SeO2+H2O→H2SeO3②钢铁浸入发黑液后，溶液中的Cu离子与Fe发生置换反应，铜覆盖在钢铁表面，并伴随Fe的溶解：CuSO4+Fe→Fe

7、SO4+Cu③金属Cu与H2SeO3发生氧化还原反应，生成黑色的硒化铜膜，同时伴随着副反应发生，生成CuSeO3的挂灰成分：3Cu+3H2SeO3→CuSe+2CuSeO3+3H2O（2）常温化学氧化（酸性化学氧化）2021/7/25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。后处理：皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进行填充处理2021/7/252．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。性能：5~20μm，暗灰到黑灰色。微孔结构，结合牢固，良好的吸附、润

8、滑、耐蚀性，不粘附熔融金属（锡、铝、锌）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