第八章化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)

1、第八章第八章 轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)在一定條件下，金屬與特定的腐蝕液接在一定條件下，金屬與特定的腐蝕液接觸發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)，由于濃差極觸發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)，由于濃差極化作用和陰極極化作用等，在金屬表面化作用和陰極極化作用等，在金屬表面生成一層性質(zhì)穩(wěn)定，附著力良好的、能生成一層性質(zhì)穩(wěn)定，附著力良好的、能保護(hù)金屬的化合物膜。保護(hù)金屬的化合物膜。 8.18.1概述概述概念概念基體金屬處理液基體金屬處理液難溶性膜層（轉(zhuǎn)化膜）難溶性膜層（轉(zhuǎn)化膜） 金屬基體直接參與成膜反應(yīng)生成，膜與金屬基體直接參與成膜反應(yīng)生成，膜與基體的結(jié)合力比電鍍、化學(xué)鍍和熱噴涂基體的結(jié)合力比電鍍、化學(xué)鍍和熱噴涂等這些

2、外加膜層大得多。等這些外加膜層大得多。成膜的典型反應(yīng)式：成膜的典型反應(yīng)式： mM+nAz- MmAn+nze 8.1 8.1 概述概述直接化學(xué)反應(yīng)、不需熱處理與化學(xué)熱處理區(qū)別直接化學(xué)反應(yīng)、不需熱處理與化學(xué)熱處理區(qū)別分類分類氧化物膜：氧化物膜：金屬在含有氧化劑溶液中形成金屬在含有氧化劑溶液中形成的膜，其成膜過程叫的膜，其成膜過程叫氧化氧化。磷酸鹽膜：磷酸鹽膜：金屬在磷酸鹽溶液中形成的膜，金屬在磷酸鹽溶液中形成的膜，其成膜過程稱其成膜過程稱磷化磷化。鉻酸鹽膜：鉻酸鹽膜：金屬在含有鉻酸或鉻酸鹽溶液金屬在含有鉻酸或鉻酸鹽溶液中形成的膜，其成膜過程稱中形成的膜，其成膜過程稱鈍化鈍化。8.1 8.1 概述

3、概述氧化物膜磷酸鹽膜鉻酸鹽膜8.2 8.2 基本用途基本用途 一般防銹要求，轉(zhuǎn)化膜作為底層，很薄，一般防銹要求，轉(zhuǎn)化膜作為底層，很薄，外層涂防銹油等。外層涂防銹油等。要求較高的防銹，轉(zhuǎn)化膜要均勻致密，要求較高的防銹，轉(zhuǎn)化膜要均勻致密，以厚者為佳。以厚者為佳。 防銹防銹減磨：減磨：磷酸鹽膜磷酸鹽膜具有很小的摩擦系數(shù)，具有很小的摩擦系數(shù)，具有良好的儲油作用，在接觸面間產(chǎn)生具有良好的儲油作用，在接觸面間產(chǎn)生一緩沖層，從而減小磨損。一緩沖層，從而減小磨損。耐磨：耐磨：鋁陽極氧化鋁陽極氧化，形成，形成Al2O3膜，硬度膜，硬度很高，具有很好的耐磨性能。很高，具有很好的耐磨性能。8.2 8.2 用途用途耐

4、磨減磨耐磨減磨活塞、軸承活塞、軸承不同的化學(xué)膜有不同的顏色；改變化學(xué)膜厚不同的化學(xué)膜有不同的顏色；改變化學(xué)膜厚度，也可以改變顏色。度，也可以改變顏色。例：例：不銹鋼用鉻酸不銹鋼用鉻酸-硫酸溶液處理后可得到不同顏色硫酸溶液處理后可得到不同顏色8.2 8.2 用途用途著色著色 獲得多孔結(jié)構(gòu)的化學(xué)膜，進(jìn)行著色處理，得獲得多孔結(jié)構(gòu)的化學(xué)膜，進(jìn)行著色處理，得 到需要的顏色。到需要的顏色。例：例：鋁合金陽極氧化、著色，有些鋁合金氧化膜本鋁合金陽極氧化、著色，有些鋁合金氧化膜本身就有顏色身就有顏色 金屬表面進(jìn)行金屬表面進(jìn)行磷化處理磷化處理后進(jìn)行塑性加工，后進(jìn)行塑性加工，如：鋼管、鋼絲等冷拔；可以減小拉拔力，

5、如：鋼管、鋼絲等冷拔；可以減小拉拔力，延長模具壽命，減少拉拔次數(shù)。延長模具壽命，減少拉拔次數(shù)。作為擠出工藝、深拉延長工藝的前道工序作為擠出工藝、深拉延長工藝的前道工序8.2 8.2 用途用途塑性加工塑性加工 一般鋼材冷擠壓時(shí)，由于變形而引起 升溫可達(dá)300遠(yuǎn)在磷化膜的熱界以下，因此，磷化膜的抗熱粘附著好。 冷擠壓工藝中，在一定溫度的條件下，磷化膜與潤滑劑（皂液或乳化劑）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，部分脂肪酸皂與磷酸鋅Zn3(Po4)2反應(yīng)，生成潤滑性極強(qiáng)的脂肪酸Zn(RCOO)2，從而加強(qiáng)了潤滑作用。塑性加工塑性加工磷酸鹽膜和陽極氧化膜磷酸鹽膜和陽極氧化膜都是不良導(dǎo)體，都是不良導(dǎo)體，可以用做絕緣體。磷化膜很

6、早就用作硅可以用做絕緣體。磷化膜很早就用作硅鋼板絕緣層。鋼板絕緣層。這種絕緣層的特點(diǎn)是這種絕緣層的特點(diǎn)是占空系數(shù)小占空系數(shù)小，耐熱耐熱性好性好。8.2 8.2 用途用途電絕緣性電絕緣性轉(zhuǎn)化膜應(yīng)用對象轉(zhuǎn)化膜應(yīng)用對象幾乎在所有的金屬表面都能生成，應(yīng)用較幾乎在所有的金屬表面都能生成，應(yīng)用較多的是鐵、鋁、鋅、銅及其合金。多的是鐵、鋁、鋅、銅及其合金。氧化：氧化：鋼鐵、鋁合金、鎂合金等。鋼鐵、鋁合金、鎂合金等。磷化：磷化：鋼鐵。鋼鐵。鈍化：鈍化：不銹鋼、銅合金、鋅合金等。不銹鋼、銅合金、鋅合金等。8.2 8.2 用途用途8.3 8.3 氧化處理氧化處理把鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進(jìn)行處理，把鋼鐵在含有氧化

7、劑的溶液中進(jìn)行處理，在表面形成一層均勻的藍(lán)黑到黑色膜層的在表面形成一層均勻的藍(lán)黑到黑色膜層的過程，也稱為鋼鐵的過程，也稱為鋼鐵的“發(fā)藍(lán)發(fā)藍(lán)”或或“發(fā)黑發(fā)黑”。鋼鐵的化學(xué)氧化可分為：高溫化學(xué)氧化和鋼鐵的化學(xué)氧化可分為：高溫化學(xué)氧化和常溫化學(xué)氧化。常溫化學(xué)氧化。鋼鐵的氧化鋼鐵的氧化鋼鐵高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化或發(fā)藍(lán)）鋼鐵高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化或發(fā)藍(lán)）用含有用含有亞硝酸鈉亞硝酸鈉的濃堿性處理液，在的濃堿性處理液，在140左右溫度下處理左右溫度下處理1560min，得到以，得到以F e3O4為 主 的 氧 化 膜 ， 厚 度 一 般 為為 主 的 氧 化 膜 ， 厚 度 一 般 為0.51.5m

8、，最厚為，最厚為2.5 m。鋼鐵化學(xué)氧化鋼鐵化學(xué)氧化鐵在熱堿溶液和氧化劑鐵在熱堿溶液和氧化劑亞鐵酸鈉亞鐵酸鈉3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3亞鐵酸鈉亞鐵酸鈉鐵酸鈉鐵酸鈉 6Na2FeO2 +NaNO2+5H2O = 3Na2Fe2O4+ 7NaOH +NH3鐵酸鈉鐵酸鈉與與亞鐵酸鈉亞鐵酸鈉相互作用生成相互作用生成四氧化三鐵四氧化三鐵 Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+ 4NaOH鋼鐵化學(xué)氧化鋼鐵化學(xué)氧化鋼鐵高溫氧化的反應(yīng)機(jī)理鋼鐵高溫氧化的反應(yīng)機(jī)理 Fe3O4在堿性溶液中的溶解度極小，鋼鐵在堿性溶液中的溶解度極小，鋼鐵表面附近生成的表面附近生

9、成的Fe3O4很快就從溶液中析很快就從溶液中析出，在鋼鐵表面成核，并不斷長大，形出，在鋼鐵表面成核，并不斷長大，形成成連續(xù)的、致密的黑色氧化膜連續(xù)的、致密的黑色氧化膜。鋼鐵高溫化學(xué)氧化機(jī)理鋼鐵高溫化學(xué)氧化機(jī)理在生成在生成Fe3O4的同時(shí)，部分鐵酸鈉可能發(fā)的同時(shí)，部分鐵酸鈉可能發(fā)生水解，生成生水解，生成氧化鐵水合物。氧化鐵水合物。 Na2Fe2O4+ （m+1） H2O = Fe2O3 m H2O +2NaOH含水氧化鐵在高溫下失水，形成紅色沉含水氧化鐵在高溫下失水，形成紅色沉淀物吸附的黑色氧化鐵膜上，形成淀物吸附的黑色氧化鐵膜上，形成“紅紅霜霜”，這是一種缺陷。，這是一種缺陷。鋼鐵高溫化學(xué)氧化

10、機(jī)理鋼鐵高溫化學(xué)氧化機(jī)理溶液配制溶液配制在氧化槽內(nèi)加入在氧化槽內(nèi)加入2/3容積的水，加入氫氧容積的水，加入氫氧化鈉，使其溶解；在攪拌下加入亞硝酸化鈉，使其溶解；在攪拌下加入亞硝酸鈉或硝酸鈉，待全部溶解后，加水至規(guī)鈉或硝酸鈉，待全部溶解后，加水至規(guī)定容積。定容積。氧化液在沸騰溫度下加入工件。氧化液在沸騰溫度下加入工件。鋼鐵高溫化學(xué)氧化工藝鋼鐵高溫化學(xué)氧化工藝氧化溫度、時(shí)間與含碳量關(guān)系氧化溫度、時(shí)間與含碳量關(guān)系鋼鐵含碳量（鋼鐵含碳量（%）溶液溫度（溶液溫度（） 氧化時(shí)間（氧化時(shí)間（min）0.7以上以40.713814220240.10.41401453560合金鋼合金鋼

11、1401455060高速鋼高速鋼1351383040鋼鐵高溫化學(xué)氧化工藝鋼鐵高溫化學(xué)氧化工藝溶液的維護(hù)溶液的維護(hù)溶液的組分在使用過程中會(huì)發(fā)生變化，溶液的組分在使用過程中會(huì)發(fā)生變化，要定期檢測并作調(diào)整。要定期檢測并作調(diào)整。當(dāng)沸點(diǎn)當(dāng)沸點(diǎn)過高過高時(shí)，表示溶液過濃，易形成時(shí)，表示溶液過濃，易形成紅色掛灰紅色掛灰，應(yīng)加水稀釋；沸點(diǎn)，應(yīng)加水稀釋；沸點(diǎn)過低過低時(shí)，時(shí)，表示濃度不足，此時(shí)表示濃度不足，此時(shí)不能發(fā)藍(lán)不能發(fā)藍(lán)或氧化膜或氧化膜顏色不深，應(yīng)補(bǔ)加氧化劑或蒸發(fā)去水。顏色不深，應(yīng)補(bǔ)加氧化劑或蒸發(fā)去水。鋼鐵高溫化學(xué)氧化工藝鋼鐵高溫化學(xué)氧化工藝氧化膜的后處理氧化膜的后處理 鋼鐵工件通過化學(xué)氧化處理鋼鐵工件通過化

12、學(xué)氧化處理,得到的氧化膜雖得到的氧化膜雖然能提高耐蝕性，但其防護(hù)性仍然較差，所以然能提高耐蝕性，但其防護(hù)性仍然較差，所以氧化后還需進(jìn)行后處理，如氧化后還需進(jìn)行后處理，如皂化處理、浸油或皂化處理、浸油或在鉻酸鹽溶液里進(jìn)行填充處理。在鉻酸鹽溶液里進(jìn)行填充處理。不合格氧化膜的退除：不合格氧化膜的退除：1015(體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)) HCl或或H2SO4退除退除 鋼鐵化學(xué)氧化鋼鐵化學(xué)氧化鋼鐵常溫化學(xué)氧化鋼鐵常溫化學(xué)氧化（酸性化學(xué)氧化或發(fā)黑）（酸性化學(xué)氧化或發(fā)黑）8080年代以來迅速發(fā)展的新技術(shù)年代以來迅速發(fā)展的新技術(shù)。具有氧化速度快具有氧化速度快, ,膜層抗蝕性好膜層抗蝕性好, ,節(jié)能、高節(jié)能、高效效,

13、 ,成本低成本低, ,操作簡單操作簡單, ,環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。鋼鐵表面的發(fā)黑處理鋼鐵表面的發(fā)黑處理, ,可得到均勻的黑色可得到均勻的黑色或藍(lán)黑色外觀，其表面膜的主要成分是或藍(lán)黑色外觀，其表面膜的主要成分是CuSeCuSe，功能與，功能與FeFe3 3o o4 4相似。相似。鋼鐵化學(xué)氧化鋼鐵化學(xué)氧化常溫發(fā)黑溶液在市場有商品供應(yīng)常溫發(fā)黑溶液在市場有商品供應(yīng)，其主其主要成分是要成分是CuSOCuSO4 4、二氧化硒二氧化硒，還有各種催還有各種催化劑化劑、緩沖劑緩沖劑、絡(luò)合劑與輔助材料。絡(luò)合劑與輔助材料。鋼鐵常溫化學(xué)氧化鋼鐵常溫化學(xué)氧化SeOSeO2 2溶于水中生成亞硒酸溶于水中生成

14、亞硒酸( (H H2 2SeOSeO3 3):): SeO SeO2 2 + H + H2 2O HO H2 2SeOSeO3 3 溶液中的游離溶液中的游離CuCu與與FeFe發(fā)生置換反應(yīng)發(fā)生置換反應(yīng): : CuSO CuSO4 4 + Fe FeSO + Fe FeSO4 4+ +CuCu金屬金屬CuCu與與H H2 2SeOSeO3 3發(fā)生氧化還原反應(yīng)發(fā)生氧化還原反應(yīng), ,生成黑色生成黑色的硒化銅膜的硒化銅膜, ,同時(shí)伴隨副反應(yīng)同時(shí)伴隨副反應(yīng), ,生成生成CuSeOCuSeO3 3及及FeSeOFeSeO3 3: : 3Cu + 3H3Cu + 3H2 2SeOSeO3 3 CuSe +2

15、CuSeO CuSe +2CuSeO3 3 + 3H + 3H2 2O O 鋼鐵常溫化學(xué)氧化鋼鐵常溫化學(xué)氧化鋼鐵常溫化學(xué)氧化機(jī)理鋼鐵常溫化學(xué)氧化機(jī)理特點(diǎn)特點(diǎn)發(fā)黑比發(fā)藍(lán)時(shí)間短發(fā)黑比發(fā)藍(lán)時(shí)間短：由：由1560min縮短到縮短到38min，生產(chǎn)成本降低一半。，生產(chǎn)成本降低一半。發(fā)黑發(fā)黑對粗糙表面、未淬火表面特別有效對粗糙表面、未淬火表面特別有效發(fā)黑的結(jié)合力和耐磨性能不如發(fā)藍(lán)層；但發(fā)黑的結(jié)合力和耐磨性能不如發(fā)藍(lán)層；但CuSO4和和NaCl點(diǎn)滴試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)表明點(diǎn)滴試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)表明其其耐腐蝕性耐腐蝕性能優(yōu)于發(fā)藍(lán)層。能優(yōu)于發(fā)藍(lán)層。鋼鐵常溫化學(xué)氧化鋼鐵常溫化學(xué)氧化新鮮鋁表面很快會(huì)形成氧化膜新鮮鋁表面很快會(huì)

16、形成氧化膜,厚度一般厚度一般只有只有45nm，通過化學(xué)氧化，可以得到，通過化學(xué)氧化，可以得到0.55m的氧化膜，呈多孔，具有良好的氧化膜，呈多孔，具有良好的吸附性，可作為有機(jī)涂層的底層。的吸附性，可作為有機(jī)涂層的底層。這種氧化膜的耐磨性能和耐腐蝕性能遠(yuǎn)這種氧化膜的耐磨性能和耐腐蝕性能遠(yuǎn)不如陽極氧化膜好。不如陽極氧化膜好。8.3 8.3 氧化處理氧化處理 鋁合金化學(xué)氧化鋁合金化學(xué)氧化鋁在水中會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：鋁在水中會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)： AlAl3+3e- 2H2O+ 3e- 2OH - +H2 Al3+ + 2OH - AlOOH+H+ 2 H+ + 2e- H2 2AlOOH Al2O3H2O上述

17、反應(yīng)生成上述反應(yīng)生成很薄的膜很薄的膜，要獲得厚膜，要獲得厚膜，必須使膜溶解，生成新膜，結(jié)晶生長。必須使膜溶解，生成新膜，結(jié)晶生長。鋁合金化學(xué)氧化鋁合金化學(xué)氧化鋁在大氣中形成鋁在大氣中形成45nm的氧化膜，不致的氧化膜，不致密，耐腐蝕性能差。密，耐腐蝕性能差。將鋁工件作為陽極，其他材料（如鋁、將鋁工件作為陽極，其他材料（如鋁、鉛）作為陰極置于電解液中，通直流電，鉛）作為陰極置于電解液中，通直流電，將發(fā)生下列反應(yīng)：將發(fā)生下列反應(yīng)：8.3 8.3 氧化處理氧化處理 鋁合金的陽極氧化鋁合金的陽極氧化1、什么是陽極氧化？、什么是陽極氧化？在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐?，以在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐校越饘僮鳛殛枠O金屬作為陽極，

18、在外加電流作用下，使其表面生成氧化膜在外加電流作用下，使其表面生成氧化膜的方法。的方法。在在硫酸、鉻酸、草酸硫酸、鉻酸、草酸電解液中，通過控電解液中，通過控制反應(yīng)條件（不同類型、不同濃度的電解制反應(yīng)條件（不同類型、不同濃度的電解液、控制氧化時(shí)的工藝條件）可以獲得不液、控制氧化時(shí)的工藝條件）可以獲得不同性質(zhì)、不同厚度的陽極氧化膜（同性質(zhì)、不同厚度的陽極氧化膜（幾十幾十um 幾百幾百um），鋁的自然氧化膜厚度），鋁的自然氧化膜厚度0.01um0.015um。氧化電壓氧化電壓氧化時(shí)間氧化時(shí)間加壓方式加壓方式水基電解液水基電解液有機(jī)電解液有機(jī)電解液 陽極氧化膜陽極氧化膜可控生長可控生長 氧化工藝氧化工

19、藝 電解液種類電解液種類 生長機(jī)理生長機(jī)理Al2O3氧化膜的制備方法氧化膜的制備方法Pt電極電極鋁基材鋁基材ADC+-陽陽 極極 氧氧 化化 裝裝 置置銅導(dǎo)銅導(dǎo)線線膠膠 帶帶待氧化區(qū)待氧化區(qū)裁剪及除油裁剪及除油鋁基材鋁基材封封 裝裝制備工作電極制備工作電極化學(xué)拋光化學(xué)拋光陽極氧化陽極氧化陽極反應(yīng)：陽極反應(yīng)：2H2O-4eO2+2Al+3O Al2O3陰極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：2H+ +2e H2 電解液中的酸會(huì)溶解金屬鋁和氧化膜：電解液中的酸會(huì)溶解金屬鋁和氧化膜：2Al+6H+ 2Al3+ + 3H2 Al2O3 +6H+ 2Al3+ + 3H2O鋁合金陽極氧化鋁合金陽極氧化Al2O3.H2O多孔層

20、多孔層致密層致密層鋁基體鋁基體鋁合金陽極氧化鋁合金陽極氧化第一階段：第一階段：ab段，電壓由零到最大值，形段，電壓由零到最大值，形成連續(xù)的成連續(xù)的無孔氧化膜無孔氧化膜。第二階段：第二階段：bc段，無孔膜溶解形成段，無孔膜溶解形成多孔膜多孔膜，電壓下降。電壓下降。第三階段：第三階段：cd段，段，多孔膜增厚多孔膜增厚，并在根部，并在根部形成新的無孔膜，厚度達(dá)到穩(wěn)定。形成新的無孔膜，厚度達(dá)到穩(wěn)定。（1）氧化膜結(jié)構(gòu)的多孔性氧化膜結(jié)構(gòu)的多孔性，蜂窩狀結(jié)構(gòu)蜂窩狀結(jié)構(gòu)成膜的孔隙率與電解液的溶解能力和成膜的生長速度有關(guān)，也就是說決定于電解質(zhì)的類型和氧化的工藝條件。比如，在硫酸溶液中形成的氧化膜，每平方微米大約

21、有800個(gè)孔，（孔徑為0.015um,孔隙率為13.4）在草酸溶液中形成的氧化膜每平方微米大約是60個(gè)孔，（孔徑為0.025um,孔隙率為8）所以可以根據(jù)氧化膜的不同要求選擇不同類型的電解液。 氧化膜的這種多孔性，使膜層具有很好的吸附能力，可以作涂鍍層的底層，氧化膜還可以被染成各種不同的顏色，提高金屬的裝飾效果。鋁合金陽極氧化膜的性質(zhì)與用途鋁合金陽極氧化膜的性質(zhì)與用途（2）氧化膜的）氧化膜的耐磨性耐磨性 純氧化鋁的硬度非常高，HV=1960，普通陽極氧化鋁的氧化膜硬度大約在196490HV，（因?yàn)檠趸в锌紫叮杂捕纫秃芏啵?，采用硬質(zhì)陽極氧化工藝，氧化膜的硬度可達(dá)11761470HV，因

22、為硬度高，所以氧化膜的耐磨性非常好，如果膜層吸附潤滑劑，還能進(jìn)一步提高它的耐磨性。（3）氧化膜的）氧化膜的耐蝕性耐蝕性 鋁氧化膜在空氣、土壤中都很穩(wěn)定，同基體的結(jié)合力也很強(qiáng)，為提高耐蝕性，陽極氧化后的膜層要經(jīng)封閉和噴涂處理。（4）氧化膜的）氧化膜的絕緣性絕緣性 鋁的陽極氧化膜的阻抗較高，導(dǎo)熱性也很低，穩(wěn)定性可高達(dá)1500度，熱導(dǎo)率0.419W/(mK)1.26 W/(mK)。所以電解電容器的電介質(zhì)層或電器制品的絕緣層。（5）氧化膜的）氧化膜的結(jié)合力結(jié)合力 氧化氧化膜于基體金屬的結(jié)合力很強(qiáng)，很難用機(jī)械的方法將它們分離，即使膜層隨金屬彎曲，膜層仍于基體金屬保持良好的結(jié)合，但氧化膜的塑性小、脆性大，

23、當(dāng)膜層受到較大的沖擊負(fù)荷和彎曲變形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生龜裂，所以這種氧化膜不易在機(jī)械作用下使用，可以用作油漆層的底層。電解液電解液鉻酸鉻酸鉻酸陽極氧化鉻酸陽極氧化草酸草酸草酸陽極氧化草酸陽極氧化鋁合金陽極氧化鋁合金陽極氧化 硫酸硫酸硫酸陽極氧化硫酸陽極氧化工藝簡單，溶液穩(wěn)定，操作方便，允許雜質(zhì)含量范圍較寬，電能消耗少，成本低硫酸陽極氧化硫酸陽極氧化防護(hù)裝飾性陽極氧化防護(hù)裝飾性陽極氧化 稀硫酸（1520），520微米厚，吸附性較好，無色透明氧化膜。著色處理硬質(zhì)陽極氧化硬質(zhì)陽極氧化 溫度低于10，厚而硬的膜層（40微米），膜生長速率高，濃度低、溫度低、電流密度大，良好的耐磨性和隔熱性鋁合金陽極氧化后在表面生

24、產(chǎn)一層多孔鋁合金陽極氧化后在表面生產(chǎn)一層多孔氧化膜，通過封孔和著色，可以形成各氧化膜，通過封孔和著色，可以形成各種不同的顏色，種不同的顏色，裝飾性裝飾性并能提高并能提高耐腐蝕耐腐蝕性性能。能。鋁合金著色鋁合金著色浸漬著色（浸漬著色（無機(jī)、有機(jī)染料無機(jī)、有機(jī)染料）發(fā)色位置：氧化膜孔隙的上部發(fā)色位置：氧化膜孔隙的上部發(fā)色原因：吸附孔內(nèi)發(fā)色原因：吸附孔內(nèi)擴(kuò)散擴(kuò)散堆堆積積離子鍵、氫鍵結(jié)合（氧化鋁）離子鍵、氫鍵結(jié)合（氧化鋁）鋁合金著色鋁合金著色吸附著色（化學(xué)著色）吸附著色（化學(xué)著色）物理吸附作用：無機(jī)顏料分子吸附于膜微孔。物理吸附作用：無機(jī)顏料分子吸附于膜微孔。無機(jī)顏料著色用顏料有兩種：經(jīng)過陽極氧化無機(jī)

25、顏料著色用顏料有兩種：經(jīng)過陽極氧化的金屬在兩種顏料中交替浸漬，直至兩種顏的金屬在兩種顏料中交替浸漬，直至兩種顏料反應(yīng)生成需要的顏色為止。料反應(yīng)生成需要的顏色為止。色調(diào)不鮮艷，與基體結(jié)合力差，但色調(diào)不鮮艷，與基體結(jié)合力差，但耐曬性好耐曬性好。鋁合金著色鋁合金著色無機(jī)顏料著色無機(jī)顏料著色無機(jī)顏料著色工藝無機(jī)顏料著色工藝鋁合金著色鋁合金著色顏色顏色溶液溶液組成組成質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度/gL-1溫度溫度/時(shí)間時(shí)間/min生成的生成的有色鹽有色鹽紅色紅色醋酸鈷醋酸鈷鐵氰化鉀鐵氰化鉀501001050室溫室溫510鐵氰化鉀鐵氰化鉀藍(lán)色藍(lán)色亞鐵氰化鉀亞鐵氰化鉀氯化鐵氯化鐵105010100室溫室溫510普魯士藍(lán)

26、普魯士藍(lán)黃色黃色鉻酸鉀鉻酸鉀醋酸鉛醋酸鉛50100100200室溫室溫510鉻酸鉛鉻酸鉛黑色黑色醋酸鈷醋酸鈷高錳酸鉀高錳酸鉀501001225室溫室溫510氧化鈷氧化鈷物理吸附和化學(xué)反應(yīng)共同作用物理吸附和化學(xué)反應(yīng)共同作用氧化鋁與染料分子上的磺基形成共介鍵。氧化鋁與染料分子上的磺基形成共介鍵。氧化鋁與染料分子上的酚基形成氫鍵。氧化鋁與染料分子上的酚基形成氫鍵。氧化鋁與染料分子形成絡(luò)合物。氧化鋁與染料分子形成絡(luò)合物。色澤鮮艷，顏色范圍廣，但耐曬性差。色澤鮮艷，顏色范圍廣，但耐曬性差。鋁合金著色鋁合金著色有機(jī)顏料著色有機(jī)顏料著色有機(jī)染料著色工藝有機(jī)染料著色工藝顏色顏色溶液組成溶液組成質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度

27、/gL-1溫度溫度/時(shí)間時(shí)間/minPH值值紅色紅色茜素紅（茜素紅（R）酸性大紅（酸性大紅（GR）活性艷紅活性艷紅鋁紅（鋁紅（GLW）5106825356070室溫室溫7080室溫室溫10202155104.55.556藍(lán)色藍(lán)色直接耐曬藍(lán)直接耐曬藍(lán)活性艷藍(lán)活性艷藍(lán)酸性藍(lán)酸性藍(lán)355251530室溫室溫60701520152154.55.54.55.54.55.5金黃色金黃色茜素黃（茜素黃（S）茜素紅（茜素紅（R）活性艷橙活性艷橙鋁黃（鋁黃（LGW）0.30.50.52.570807080室溫室5黑色黑色酸性黑（酸性黑（ATT）酸性元青酸性元青苯胺黑苯胺黑1010125

28、10室溫室溫60706070310101515304.55.555.5綠盤：花菁（綠盤：花菁（Cyanine）：記錄靈敏度很高，但）：記錄靈敏度很高，但對強(qiáng)光過于敏感，在夏日中午陽光的暴曬下，綠對強(qiáng)光過于敏感，在夏日中午陽光的暴曬下，綠盤中的花菁染料會(huì)發(fā)生物理化學(xué)變化而使光盤報(bào)盤中的花菁染料會(huì)發(fā)生物理化學(xué)變化而使光盤報(bào)廢。廢。金盤：酞花青（金盤：酞花青（Phthalocyanine）：酞菁染料具）：酞菁染料具有較高的穩(wěn)定性，對室內(nèi)和室外強(qiáng)光均不敏感，有較高的穩(wěn)定性，對室內(nèi)和室外強(qiáng)光均不敏感，對刻錄機(jī)的寫入激光功率要求較高。對刻錄機(jī)的寫入激光功率要求較高。藍(lán)盤金屬化偶氮（藍(lán)盤金屬化偶氮（AZO）

29、化合物：為了降低綠盤）化合物：為了降低綠盤和金盤的成本，三菱化學(xué)公司開發(fā)金屬化的和金盤的成本，三菱化學(xué)公司開發(fā)金屬化的AZO有機(jī)染料，價(jià)格便宜，具有長期保存數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)染料，價(jià)格便宜，具有長期保存數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。鋁合金著色鋁合金著色例：光盤的制作例：光盤的制作鋁合金著色鋁合金著色自然發(fā)色法自然發(fā)色法 陽極氧化著色陽極氧化著色 一步法一步法 發(fā)色原因：膜層選擇性吸收光線（七色光互補(bǔ)原理）發(fā)色原因：膜層選擇性吸收光線（七色光互補(bǔ)原理） 發(fā)色位置：孔層夾壁中發(fā)色位置：孔層夾壁中 影響因素：材料成分、溶液種類、氧化膜厚度以影響因素：材料成分、溶液種類、氧化膜厚度以 及操作條件，熱處理?xiàng)l件及操作條件，熱處

30、理?xiàng)l件Si-Al系合金氧化膜系合金氧化膜Si固溶：無色；固溶：無色；200，析出細(xì)長，析出細(xì)長Si，呈黃色；，呈黃色；400 ，析出大顆粒，析出大顆粒Si，黑色，黑色鋁合金著色鋁合金著色具有良好的具有良好的耐磨性、耐磨性、耐曬性、耐熱性耐曬性、耐熱性、色澤穩(wěn)定性色澤穩(wěn)定性；廣泛用于廣泛用于建筑裝飾用鋁型材建筑裝飾用鋁型材。電解著色（電解著色二步法）電解著色（電解著色二步法） 陽極氧化后貴金屬鹽溶液陽極氧化后貴金屬鹽溶液著色著色顯色原因：沉積金屬顆粒直徑不均勻，硫酸鎳可以顯色原因：沉積金屬顆粒直徑不均勻，硫酸鎳可以 得到粉紅色、綠色、紫色和藍(lán)色。得到粉紅色、綠色、紫色和藍(lán)色。電解著色工藝電解著色

31、工藝顏色顏色電解液組成電解液組成質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度/gL-1溫度溫度/電壓電壓/V時(shí)間時(shí)間/min金黃色金黃色硝酸根硝酸根硫酸硫酸0.410530室溫室溫8120.51.5青銅色青銅色褐色褐色黑色黑色硫酸鎳硫酸鎳硼酸硼酸硫酸銨硫酸銨硫酸鎂硫酸鎂2525152020715215紫色紫色紅褐色紅褐色硫酸銅硫酸銅硫酸鎂硫酸鎂硫酸硫酸352052010520黑色黑色硫酸鈷硫酸鈷硫酸銨硫酸銨硼酸硼酸251525201713鋁合金著色鋁合金著色氧化膜的封閉處理氧化膜的封閉處理無論是否著色，氧化膜都應(yīng)封孔處理，提無論是否著色，氧化膜都應(yīng)封孔處理，提高耐磨性、耐曬性、耐蝕性和絕緣性。高耐磨性、耐曬性、耐蝕性和絕

32、緣性。封孔的辦法有：封孔的辦法有：（1）熱水封閉法）熱水封閉法（2）水蒸氣封閉法）水蒸氣封閉法（3）重鉻酸鹽封閉法）重鉻酸鹽封閉法（4）水解封閉法）水解封閉法（5）填充封閉法）填充封閉法氧化膜的封閉處理氧化膜的封閉處理熱水封閉法熱水封閉法 利用無定形利用無定形Al2O3的水化作用的水化作用 Al2O3 +nH20= Al2O3 nH20 式中式中n為為1或或3， Al2O3 H20的體積是的體積是Al2O3的的1.33倍，倍，Al2O3 3H20是是Al2O3的的3倍。倍。 體積增大，使氧化膜孔封閉。體積增大，使氧化膜孔封閉。水蒸氣的原理與熱水封閉法相同，但效果水蒸氣的原理與熱水封閉法相同，但

33、效果要好得多。要好得多。重鉻酸鹽封閉法：重鉻酸鹽封閉法：填充、水化雙重封閉填充、水化雙重封閉 溫度為溫度為9095，氧化膜重鉻酸鹽，氧化膜重鉻酸鹽堿式鉻酸鋁堿式鉻酸鋁重鉻酸鋁，沉淀于膜孔中，同時(shí)氧化膜層表面產(chǎn)重鉻酸鋁，沉淀于膜孔中，同時(shí)氧化膜層表面產(chǎn)生水化，加強(qiáng)了封閉作用。生水化，加強(qiáng)了封閉作用。氧化膜的封閉處理氧化膜的封閉處理水解鹽封閉法水解鹽封閉法 Ni2+2H2O - Ni(OH)2 2H+ Co2+2H2O - Co(OH)2 2H+ 氫氧化鎳或氫氧化鈷沉積在氧化膜的微孔中封孔。氫氧化鎳或氫氧化鈷沉積在氧化膜的微孔中封孔。填充封閉法填充封閉法 采用有機(jī)物質(zhì)，如透明清漆、熔融石蠟、各種樹

34、脂采用有機(jī)物質(zhì)，如透明清漆、熔融石蠟、各種樹脂和干性油等進(jìn)行封閉。和干性油等進(jìn)行封閉。鋁合金微弧氧化鋁合金微弧氧化在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上，利用弧光放電，增強(qiáng)并激在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上，利用弧光放電，增強(qiáng)并激活陽極反應(yīng)，在以鋁、鈦、鎂金屬工件表面形成活陽極反應(yīng)，在以鋁、鈦、鎂金屬工件表面形成強(qiáng)化強(qiáng)化陶瓷膜陶瓷膜的方法。的方法。它是鋁、鎂合金在電解液中通過高壓電場作用下的放它是鋁、鎂合金在電解液中通過高壓電場作用下的放電火花燒結(jié)，在其表面生成一層由電火花燒結(jié)，在其表面生成一層由-Al2O3和和-Al2O3為主要成分并與基體形成冶金結(jié)合的氧化鋁（或氧化為主要成分并與基體形成冶金結(jié)合的氧化鋁（或氧化鎂

35、）陶瓷層，氧化鋁（或氧化鎂）陶瓷層的高硬度、鎂）陶瓷層，氧化鋁（或氧化鎂）陶瓷層的高硬度、高阻抗和穩(wěn)定性滿足鋁、鎂合金防海水腐蝕和高溫?zé)岣咦杩购头€(wěn)定性滿足鋁、鎂合金防海水腐蝕和高溫?zé)嵛g以及改善其耐磨性等。蝕以及改善其耐磨性等。 該技術(shù)具有操作簡單和易于實(shí)現(xiàn)膜層功能調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，該技術(shù)具有操作簡單和易于實(shí)現(xiàn)膜層功能調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，而且工藝不復(fù)雜，不造成環(huán)境污染，是一項(xiàng)全新的而且工藝不復(fù)雜，不造成環(huán)境污染，是一項(xiàng)全新的綠綠色環(huán)保型材色環(huán)保型材料表面處理技術(shù)，在航空航天、機(jī)械、電料表面處理技術(shù)，在航空航天、機(jī)械、電子、裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。子、裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 微弧氧化膜性能指標(biāo)：微

36、弧氧化膜性能指標(biāo)： 致密、均勻，厚度可達(dá)致密、均勻，厚度可達(dá)1010400400微米。微米。 顯微硬度在顯微硬度在100010002000Hv2000Hv，最高可達(dá)，最高可達(dá)3000Hv3000Hv。 相對耐磨性可提高相對耐磨性可提高3 35050倍，耐腐蝕性可倍，耐腐蝕性可提高提高15154040倍左右，耐熱大于倍左右，耐熱大于20002000。 良好的絕緣性能，絕緣電阻可達(dá)良好的絕緣性能，絕緣電阻可達(dá)100M100M。原位生長，結(jié)合強(qiáng)度高。原位生長，結(jié)合強(qiáng)度高。 鋁合金微弧氧化鋁合金微弧氧化8.4 8.4 鋼鐵的磷化處理鋼鐵的磷化處理金屬磷酸鹽（金屬磷酸鹽（Mn、Zn、Ca） 磷酸鹽（難溶

37、于水）磷酸鹽（難溶于水） 把金屬放入含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中，把金屬放入含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中， 使金屬表面形成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜使金屬表面形成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜 的方法。的方法。多孔結(jié)構(gòu)，與基體結(jié)合牢固，具有良好的吸多孔結(jié)構(gòu)，與基體結(jié)合牢固，具有良好的吸附性、潤滑性。附性、潤滑性。磷化膜厚度一般為磷化膜厚度一般為520m，黑色或灰黑色，黑色或灰黑色主要用于一般要求的主要用于一般要求的金屬防護(hù)和涂料底層金屬防護(hù)和涂料底層。8.4 鋼鐵的磷化處理鋼鐵的磷化處理磷化膜特點(diǎn)磷化膜特點(diǎn)設(shè)備簡單，操作方便，成本低，生產(chǎn)效率高設(shè)備簡單，操作方便，成本低，生產(chǎn)效率高工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)

38、鋼鐵磷化原理鋼鐵磷化原理Fe + 2H3P04 Fe(H2P04)2 + H2 僅有金屬的溶解，而無膜生成。僅有金屬的溶解，而無膜生成。磷酸鹽發(fā)生水解磷酸鹽發(fā)生水解 M（H2PO4）2 MHPO4 + H3PO4 3MHPO4 M3（PO4 ）2 + H3PO4 M3（PO4 ）2在金屬表面沉積，形成磷酸鹽膜。在金屬表面沉積，形成磷酸鹽膜?？扇苄粤姿猁}向不溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化可溶性磷酸鹽向不溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化 Fe +Me(H2PO4)2 MeHPO4FeHPO4+H2 Fe +Me(H2PO4)2 Me2 Fe (PO4)2+H28.4 鋼鐵的磷化處理鋼鐵的磷化處理磷化處理工藝磷化處理工藝 預(yù)處理：水

39、洗脫脂堿洗酸洗預(yù)處理：水洗脫脂堿洗酸洗表調(diào)表調(diào) （機(jī)械、化學(xué)法）（機(jī)械、化學(xué)法）8.4 鋼鐵的磷化處理鋼鐵的磷化處理表面調(diào)整：采用磷化表面調(diào)整劑改變表表面調(diào)整：采用磷化表面調(diào)整劑改變表面微觀狀態(tài)，促使磷化過程中形成結(jié)晶面微觀狀態(tài)，促使磷化過程中形成結(jié)晶細(xì)小的、均勻、致密的磷化膜。細(xì)小的、均勻、致密的磷化膜。表調(diào)液：表調(diào)液：鈦鹽、鈦鹽、草酸、鎳鹽、銅鹽草酸、鎳鹽、銅鹽磷酸磷酸鈦膠體溶液鈦膠體溶液處理，由于膠粒表面能很處理，由于膠粒表面能很高，對物體表面有極強(qiáng)的吸附作用，吸附高，對物體表面有極強(qiáng)的吸附作用，吸附層分布均勻，促進(jìn)結(jié)晶均勻快速形成，限層分布均勻，促進(jìn)結(jié)晶均勻快速形成，限制了大晶體的生長

40、，促使了磷化膜的細(xì)化制了大晶體的生長，促使了磷化膜的細(xì)化和致密，提高了成膜性，縮短了磷化時(shí)間，和致密，提高了成膜性，縮短了磷化時(shí)間，降低膜厚，同時(shí)也能消除鋼鐵表面狀態(tài)的降低膜厚，同時(shí)也能消除鋼鐵表面狀態(tài)的差異對磷化質(zhì)量的影響。差異對磷化質(zhì)量的影響。磷化處理工藝磷化處理工藝 表調(diào)液工作原理表調(diào)液工作原理磷化磷化 磷化處理工藝磷化處理工藝 8.4 鋼鐵的磷化處理鋼鐵的磷化處理高溫磷化：高溫磷化：9098（Mn, Zn系）系）中溫磷化中溫磷化：5070，最為普遍的一種，最為普遍的一種 磷化工藝，鋅系、錳系、鋅錳系磷化磷化工藝，鋅系、錳系、鋅錳系磷化常溫磷化：常溫磷化：1535 輕鐵系磷化、鋅系磷化輕

41、鐵系磷化、鋅系磷化 優(yōu)點(diǎn)：膜層較厚（優(yōu)點(diǎn)：膜層較厚（1020m），膜層結(jié)），膜層結(jié)合力、硬度和耐熱性都比較好，磷化速合力、硬度和耐熱性都比較好，磷化速度快；度快；缺點(diǎn)：工作溫度高，能耗大，溶液蒸發(fā)缺點(diǎn)：工作溫度高，能耗大，溶液蒸發(fā)量大，成分變化化快，常需調(diào)整，且結(jié)量大，成分變化化快，常需調(diào)整，且結(jié)晶粗細(xì)不均勻。晶粗細(xì)不均勻。磷化處理工藝磷化處理工藝 高溫磷化高溫磷化*漆前打底，鋅系、錳系、漆前打底，鋅系、錳系、鋅錳系磷化鋅錳系磷化低鋅磷化（鋅含量在低鋅磷化（鋅含量在1.5g/l以下）：與電泳匹配好，以下）：與電泳匹配好，易于涂裝易于涂裝純錳系磷化：應(yīng)用不多，它主要用于防銹與潤滑純錳系磷化：應(yīng)用

42、不多，它主要用于防銹與潤滑錳系細(xì)晶磷化工藝錳系細(xì)晶磷化工藝： 東風(fēng)汽車公司開發(fā)了錳系細(xì)晶磷化工藝。其關(guān)鍵技東風(fēng)汽車公司開發(fā)了錳系細(xì)晶磷化工藝。其關(guān)鍵技術(shù)是研制一種錳鹽細(xì)化劑（術(shù)是研制一種錳鹽細(xì)化劑（MF細(xì)化劑），該工藝細(xì)化劑），該工藝廣泛用于活塞環(huán)、挺桿、齒輪等工件的磨配處理和廣泛用于活塞環(huán)、挺桿、齒輪等工件的磨配處理和防蝕處理。防蝕處理。磷化處理工藝磷化處理工藝 中溫磷化中溫磷化優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 膜層耐蝕性接近高溫磷化膜，溶膜層耐蝕性接近高溫磷化膜，溶液穩(wěn)定，磷化速度快，生產(chǎn)效率高；液穩(wěn)定，磷化速度快，生產(chǎn)效率高；缺點(diǎn)：溶液成分較復(fù)雜缺點(diǎn)：溶液成分較復(fù)雜,調(diào)整麻煩。調(diào)整麻煩。磷化處理工藝磷化處理工藝 中溫磷化中溫磷化返回返回優(yōu)點(diǎn)：不需要加熱優(yōu)點(diǎn)：不需要加熱,節(jié)約能源，成本低節(jié)