化成處理工藝

1、2第一章.化 成 處 理 概 述 一.定義 通過化學(xué)或電化學(xué)處理,在金屬(合金)表面形成穩(wěn)定化合物膜層的方法,稱為化成處理. 二.原理 金屬與特定的腐蝕液接觸而在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),由于濃度極化作用和陽(yáng)極極化作用等,使金屬表面生成一層附著力良好的能保護(hù)金屬不易受水和其它介質(zhì)影響的化合物膜,其典型反應(yīng)為: mMe+nAz- MemAn+Ze3 三.分類 (1).氧化物膜: 金屬在含氧化劑的溶液中形成的膜層. (2).磷酸鹽膜: 金屬在含磷酸鹽或磷酸的溶液中形成的 膜層. (3).鉻酸鹽膜: 金屬在含鉻酸鹽或鉻酸的溶液中形成的 膜層.也稱為鈍化. (4).有機(jī)(金屬)化合物膜: 金屬在含有機(jī)(

2、金屬)化合物的 溶液中形成的膜層4 四.化成皮膜特性: (1).在腐蝕性氣氛中保護(hù)基材能力很強(qiáng). (2). 對(duì)基材的附著力強(qiáng). (3). 對(duì)涂層的附著性好 (4). 皮膜接觸電阻小,抗電磁波屏蔽性(EMI)好. (5).對(duì)涂裝烘烤溫度有耐熱性. 5 五.化成處理的目的 (1).金屬防腐 (2).改善涂料密著性 (3).金屬滑動(dòng)部分的耐摩耗化 (4).金屬冷間塑性變形加工的潤(rùn)滑的皮膜 (5).電絕緣材用皮膜 (6). 塑膠疊片的底地處理 (7).法蘭的底地處理 (8).電氣及熔融鍍金的前處理皮膜 (9). 金屬熔射的前處理皮膜6 六.化成處理的方向: 1.對(duì)新式涂料或涂裝方式,開發(fā)適合的處理劑

3、2.免保養(yǎng)的處理劑開發(fā) 3.改善開發(fā)可防止公害的皮膜劑 4.開發(fā)工程簡(jiǎn)易化的皮膜劑 5.開發(fā)大型構(gòu)造物用化成處理劑 6.確立自動(dòng)管理方式 7.開發(fā)富可橈性皮膜劑 7 七.化成處理一般流程: 除油 水洗 活化 水洗 表調(diào) 水洗 化成 水洗 八.化成處理要求的特性: 1.質(zhì)量穩(wěn)定 2.耐蝕性好 3.導(dǎo)電性佳 4.尺寸精密性好 5.上漆性好 6.無(wú)污染,環(huán)保,符合ISO140008第二章 預(yù)處理 一.脫脂 1.目的: 部分去除工件表面離型劑,切削油及其它油脂 2.分類: 有機(jī)溶劑脫脂,乳化劑脫脂,堿性脫脂, 超聲波堿性脫脂,電化學(xué)脫脂 3.堿性脫脂劑組成: NaOH, Na2CO3, Na2SiO3

4、, Na3PO4, Na4P2O7及表面活性劑等 9 4.現(xiàn)代脫脂理論: 皂化,乳化,潤(rùn)濕,滲透,分散,增溶, 絡(luò)合,卷離. Na2CO3: 皂化,緩沖PH值. Na3PO4: 皂化,乳化,緩沖PH值. Na2SiO3: 皂化,乳化,表面活性. Na4P2O7: 緩沖PH值.表面活性,絡(luò)合. 表面活性劑: 降低界面張力,促進(jìn)皂化,乳化,分散10 二.活化: 1.目的:去除工件表面剩余離型劑,切削油及表面 氧化物. 2.使用溶劑: 無(wú)機(jī)酸,有機(jī)酸及相應(yīng)無(wú)機(jī)鹽類; 相關(guān)絡(luò)合物 三.表調(diào): 1.目的: 去除工件表面活化后Smut, 為之后成膜提 供潔凈表面,更多的“活性中心”,使膜晶粒 更細(xì)化均勻.

5、 2.使用溶劑: 鹼液,堿性鹽類與表面活性劑. .11第三章 氧化處理 一.機(jī)理 由于氧化物自金屬/溶液界面液相區(qū)的過飽和 溶液中析出的結(jié)果. 形成過程: (1).表面金屬的溶解; (2).溶解產(chǎn)物同化學(xué)氧化用的介質(zhì)發(fā)生 反應(yīng),導(dǎo)致某種中間產(chǎn)物的形 成. (3).氧化物自飽和溶液中結(jié)晶析出. 從電化學(xué)觀點(diǎn)講:在金屬與介質(zhì)組成的體系中,金屬的自溶解可以視作局部電池的作用. 在金屬表面上存在著: 活性較高部位(純金屬微區(qū))-陽(yáng)極 活性較低部位(晶界,介質(zhì),腐蝕產(chǎn)物)-陰極12 Keller和Faller曾假定:表面金屬的自溶解是整個(gè)化學(xué)氧化過程的控制步驟,且自溶解的速度又取決于其表面陽(yáng)極區(qū)的面積,

6、氧化膜的增長(zhǎng)速度: d/dt=-dSa/dt=k*Sa -膜厚; t-時(shí)間; Sa-金屬表面上陽(yáng)極區(qū)面積; k-常數(shù); d/dt-膜的增長(zhǎng)速度. JIAUHEP認(rèn)為:氧化物自其過飽和 溶液中結(jié)晶析出的過程,對(duì)所有膜層的厚度和結(jié)構(gòu)起著決定性的作用,由細(xì)晶粒構(gòu)成的膜是致密的,它同基底金屬結(jié)合牢固,最終膜層厚度較薄,粗晶粒構(gòu)成較厚的膜,結(jié)構(gòu)疏松,與基底金屬結(jié)合不牢固.13 二.鋼鐵的化學(xué)氧化(發(fā)黑,發(fā)藍(lán)) 1.定義:鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進(jìn)行處理,使其表面生成一層均勻的藍(lán)色到黑色膜層的過程,分高溫化學(xué)氧化,常溫化學(xué)氧化. 2.鋼鐵的高溫化學(xué)氧化: (1).機(jī)理:采用含有亞硝酸鈉的濃酸性處理液,在1

7、40左右的溫度下處理15-90min,得到磁性氧化鐵為主的氧化膜,膜厚為0.5-2.5m,分三個(gè)階段: a.形成亞鐵酸鈉:3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O b.形成鐵酸鈉:6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+7NaOH +NH3 c.形成磁性氧化鐵: Na2Fe2O4+Na2FeO2 +2H2O=Fe3O4+7NaOH 14 (2).工藝: a.單槽法,雙槽法 b.藥劑配方:NaOH,NaNO3,K2Cr2O7, NaNO2等 3.鋼鐵的常溫化學(xué)氧化: (1).機(jī)理:a.Fe置換 Cu2+, b.形成硒化銅膜 (2).工藝:藥劑配方:Cu

8、SO4,H2SeO3,H3PO4,有機(jī)酸, 十二烷基硫酸鈉,Nacl,對(duì)苯二酚等15 三.有色金屬的化學(xué)氧化 1.鋁及鋁合金的化學(xué)氧化 (1).機(jī)理: 陽(yáng)極: Al Al3+3e 陰極:3H2O+3e 3OH-+3/2H2 Al3+3OH- AlOOH+H2O AlOOH rAl2O3+H2O (2).分類:酸性氧化法,堿性氧化法. (3).藥劑配方:Na2CO3,Na2CrO4,NaOH,Na2SiO3,NaF, CrO3,H3PO4等 (4).用途:膜厚0.5-4m,膜多孔,吸附性好,可作涂層基底16 2.鎂及鎂合金的化學(xué)氧化 (1).用途:膜厚0.5-4m,膜多孔,吸附性好,可作涂層基底

9、. (2).藥劑配方: K2CrO4,CrO3,(NH4)2SO4,HAC,MnSO4, KCr(SO4)2,(NH4)2Cr2O7等 3.銅及銅合金的化學(xué)氧化 (1).用途:膜成分為CuO,Cu2O有很好裝飾功能. (2).藥劑配方: CuCO3,(NH4)2S,CuSO4,NH3H2O, KMnO4,KOH等17第四章 鉻酸鹽處理 一.定義 把金屬或金屬鍍層放入含有某些添加劑的鉻酸或鉻酸鹽溶液中,通過化學(xué)或電化學(xué)的方法,使金屬表面生成由三價(jià)鉻和六價(jià)鉻組成的鉻酸鹽膜的方法. 二.基本原理: 形成過程: a.表面金屬被氧化并以離子形式轉(zhuǎn)入溶液,氫在表面析出. b.所析出的氫使一定數(shù)量的Cr6+

10、被還原成Cr3+,并由于 金屬/溶液界面相區(qū)PH值提高, Cr3+以Cr(OH)3膠體形式沉淀 c. Cr(OH)3膠體自溶液中吸附和結(jié)合一定數(shù)量的Cr6+,構(gòu)成具 有某種組成的轉(zhuǎn)化膜.18 三.膜的基本性質(zhì) 1.物理性質(zhì): 基體金屬為Al時(shí),膜的顏色為:透明,彩黃,棕色. 基體金屬為Mg時(shí),膜的顏色為:白色,彩色,金黃,棕色,黑色 顏色的深淺在一定的程度上對(duì)應(yīng)於膜的厚薄.在單位面積上鉻的酸膜重量為0.3mg/dm2(透的膜)-30mg/dm2(黃褐色膜)正常的黃色在10-18mg/dm2.正常條件形成的鉻的酸膜在冷水,熱水會(huì)溶解,高溫下烘干過度會(huì)產(chǎn)生大量裂紋.2.防蝕性:與基體金屬種類表面狀

11、態(tài)有關(guān),與膜的厚度,結(jié)構(gòu)有關(guān).而膜的厚度結(jié)構(gòu)又與鈍化方法(表面準(zhǔn)備,清洗,溶液成份,溫度,PH,時(shí)間)有關(guān).19正常認(rèn)為其對(duì)金屬的防護(hù)作用有以上兩原因:1.膜的緊密性:保證金屬表面同腐蝕介質(zhì)可靠地隔離-“隔離屏蔽”.2.部份溶的六價(jià)鉻化合物可以在膜的不連續(xù)部位露金屬起緩蝕作用.防護(hù)性是由少量可溶性六坐鉻化合物,還是不溶性化合物起作用至無(wú)統(tǒng)一解見.3.加熱對(duì)膜防蝕性有不列影響.由于膜的可溶部份六價(jià)鉻化合物轉(zhuǎn)化為難溶鉻的酸化合物,以及由于膜的失去使膜產(chǎn)生裂紋.20影響膜性質(zhì)的因素a.預(yù)處理的影響: 表面的氧化物,油污,固體顆粒應(yīng)清除干凈.在粗糙度低的 表面上所取得的鉻的酸膜.一的具有較鮮艷的色澤,孔隙 率較少,腐蝕性較好.加入HNO3可以增加光澤,PO43-起緩 蝕作用.b.溶液組成的影響,Cr6+/SO42-,酸度, ,Cr3+.c.操作條件:溫度,時(shí)間,攪拌21四.鋁合金的酸處理1.堿性鉻的酸氧化,BV法 ,MBV法, EW法,ALOCROM法,PYLUMIN法,PACZ法,FIROTPA法.2.一路的酸處理2AL+2H3PO4=2ALPO4+6H2CrO3+6H=2Cr(OH)32Cr(OH)3+2H3PO4=2CrPO4+6H2OAL+2CrO3+2H3PO4=ALPO4+CrPO4+3H2O2AL3+4H2O=2ALO(OH)+6H+綠色;H3P