金属表面前处理钝化化学处理原理课件.ppt

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1、第十四章化学转化膜14-1简介化学转化膜：通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的技术。主要内容：氧化膜或发蓝、磷酸盐膜、铬酸盐膜、草酸盐膜、阳极氧化膜、溶胶-凝胶等。一般原理：使某种金属与某种特定的腐蚀液相接触，在一定条件下两者发生化学反应，在金属表面上形成一层附着力良好的、难溶的生成物膜层。作用：①保护基体金属不受水和其它腐蚀介质的影响②提高有机涂膜的附着性和耐老化性③能赋予表面其它性能。转化膜形成的基本方式：①在处理液中不含重金属离子，而使金属表面的金属与阴离子反应生成转化膜；使用的处理剂称为非成膜型处理剂，其使用实例有磷酸

2、铁、铬酸盐等。②在处理液中含重金属离子，主要依靠处理液本身含有的重金属离子的成膜作用。使用的处理剂称为成膜型处理剂，其使用实例是磷酸锌、磷酸锰等。转化膜的基本用途：①防锈：转化膜作为底层很薄时即可应用；对部件有较高的防锈要求时，转化膜需均匀致密，且以厚者为佳。②耐磨：磷酸盐膜层具有很小的摩擦系数和良好的吸油作用。在金属接触面间产生了一缓冲层，从而减小磨损。③涂装底层：作为涂装底层的化学膜要求膜层致密、质地均匀、薄厚适宜、晶粒细小。④塑性加工：磷酸盐膜层在拉伸、挤出、深拉延等各种冷加工方面均有广泛的应用。⑤绝缘等功能性膜：磷酸盐膜层是电的不良导体

3、，耐热性良好，且在冲裁加工时可减少工具的磨损等。转化膜技术的发展动向：(1)化学表面处理技术必须与新的涂装技术的发展相适应，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。14-2化学成膜14-2-1磷化膜一、磷化膜的化学反应机理含氧磷酸：用于

4、化学成膜主要采用的是正磷酸可与金属化合形成三种类型的盐其分子式如下：(1)一代磷酸盐或磷酸二氢盐，化学式为M(H2PO4)2，(M为二价金属)；(2)二代磷酸盐或磷酸一氢盐，化学式为MHPO4；(3)三代磷酸盐或正磷酸盐，化学式为M3(PO4)2。一代磷酸盐的任何金属盐均溶于水；二代、三代磷酸盐除碱金属及铵盐外不溶于水。一代磷酸盐在一定浓度及温度条件下呈现如下的电离平衡：M(H2PO4)2MHPO4+H3PO4(9-1)3MHPO4M3(PO4)2+H3PO4(9-2)总式为3M(H2PO4)2M3(PO4)2+4H3PO4(9-3)锰盐

5、主要按(9-1)式电离，锌盐几乎全按(9-3)式电离。锰系磷酸盐膜生成机理Mn(H2PO4)22H2O30gH2O1L在97～99C下加热1h，溶液发生如下电离反应:Mn(H2PO4)2MnHPO4+H3PO4(9-1)反应平衡之后，溶液中存在着一定数量的磷酸分子，未电离的Mn(H2PO4)2分子以及不溶性的MnHPO4沉淀。把净化的钢铁件浸入此溶液之中，发生以下反应：2H3PO4+FeFe(H2PO4)2+H2(9-4)由于H2的析出，使得钢与溶液界面处的pH值升高，因此式(9-1)平衡被打破，继续自左而右进行，生成MnHPO4，不溶

6、性的MnHPO4沉淀在工件表面上，形成膜层。锌系磷酸盐膜生成机理磷酸二氢锌发生如下水解反应:3Zn(H2PO4)24H3PO4+Zn3(PO4)2(9-5)生成的H3PO4与Fe发生如下反应而形成氢：2H3PO4+FeFe(H2PO4)2+H2(9-4)使反应(9-5)向右移动，并且使Fe的界面处pH值不断上升，溶液中所生成的不溶性磷酸锌浓度不断增加，最后终于超越了它的溶度积。由于Fe离子从基体进入溶液中的扩散速率一般比反应的速率低，因此磷酸锌能够迅速而整齐地沉积在金属表面上，成为致密的膜层。电化学成膜机理钢铁表面上由于组织、结构、成分的不

7、均匀可形成许多局部的微电池，在微电池的阳极部位，铁以离子状态溶出，在阴极部位H+接受电子而产生氢气。氢气的析出使得Mn(H2PO4)2MnHPO4+H3PO4(9-1)或3Zn(H2PO4)24H3PO4+Zn3(PO4)2(9-5)反应向右进行，生成不溶性磷酸盐。这些磷酸盐以结晶形态在阴极部位析出，与铁表面直接以晶格连结的形式相结合。铁系磷酸盐膜生成机理含磷酸二氢钠10～15g/L的处理液，加热到50C时呈现出如下轻微解离反应：2NaH2PO4Na2HPO4+H3PO4(9-6)溶液中的pH值为5.5～6。当式(9-6)达到平衡时，再

8、把这种溶液喷淋在钢铁表面上，发生如下反应：2H3PO4+FeFe(H2PO4)2+H2(9-7)3Fe(H2PO4)2Fe3(PO4)2+4H3P