材料表面工程技術(shù)-8轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)

1、轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù).1 轉(zhuǎn)化膜的根本特性及用途 定義： 金屬化學(xué)處置法化學(xué)轉(zhuǎn)化膜是經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)手段，使金屬外表構(gòu)成穩(wěn)定的化合物膜層的方法。機理： 金屬與特定的腐蝕液接觸而在一定條件下發(fā)生化學(xué)反響，由于濃差極化作用和陰極極化作用等，使金屬外表生成一層附著力良好的，能維護金屬不易受水和其他腐蝕介質(zhì)影響的化合物膜。.特點： 由于化學(xué)轉(zhuǎn)化膜是金屬基體直接參與成膜反響而成的，因此膜與基體的結(jié)合力比電鍍和化學(xué)鍍膜層大的多。用途維護和裝飾提高涂膜與基體的結(jié)合力耐磨減摩用于冷成形加工電絕緣性.分類：按構(gòu)成機理分為：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜按成分分為氧化物膜磷酸鹽膜鉻酸鹽膜草酸鹽膜按用途分為功能性膜耐磨、減摩、

2、光滑、電絕緣、冷成型加工、涂層基底防護性裝飾性.2 磷化磷化膜是由金屬外表與稀磷酸及磷酸鹽溶液接觸而構(gòu)成的。以鋼鐵磷化處置運用最廣。鋼鐵磷化膜按其厚度厚膜、薄膜，根據(jù)磷化膜的構(gòu)成方式假轉(zhuǎn)化型磷化、轉(zhuǎn)化型磷化。根據(jù)其處置溶液成分或溫度錳系、鋅系、鋅錳系、鋅鈣系磷化高溫(90以上)、中溫(60-70)、低溫(30-50)和常溫(室溫)磷化等。.鋼鐵磷化膜構(gòu)成根本機理磷化膜的構(gòu)成(1) Fe+2H3PO4Fe(H2PO4)2+H2pH值升高(2) Me(H2PO4)2MeHPO4+H3PO4 3Me(H2PO4)2 Me3(PO4)2+4H3PO4使可溶性磷酸二氫鹽向不溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化，堆積成膜。Fe

3、+ Me(H2PO4)2 FeHPO4+MeHPO4+H2Fe+ Me(H2PO4)2 Me2Fe(PO4)2+H2Fe與磷酸二氫鹽反響。 Me(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2+8H2O Me3(PO4)24H2O+Me2Fe(PO4)24H2O+8H3PO4.成膜過程及加速所用磷化過程不僅是化學(xué)過程，而且還有電化學(xué)過程。難溶性磷酸鹽的堆積發(fā)生在微陰極區(qū)，而陽極極化處置效果卻相反。 隨著溫度的上升，速率亦相應(yīng)增大，最后到達最大值。外表越粗糙，晶核數(shù)就越多，成膜速度也越快。溶液性質(zhì)不同，其相界面的分散系數(shù)、溶液成分進入晶格時結(jié)晶的陳列情況以及催化作用和抑制造用也不同。磷化處置到一定時間以后

4、，成膜速度降低到零，膜的構(gòu)成和溶解到達平衡。磷化膜的構(gòu)成并不是在停頓放氫時就停頓了，而是在細孔中進一步構(gòu)成。在停頓放氫的一瞬間，膜的孔隙率仍占金屬總面積的320，只需在某一時間以后(大約10min)，孔隙率才到達0.5的恒定值。 .為了加快磷化速度，提高磷化膜質(zhì)量，通常采用的方法是：參與氧化劑，如NO3-，NO2-，ClO2-等，它們能除去成膜時產(chǎn)生的H和亞鐵離子。參與電位比鐵高的金屬離子，如Cu2+、Ni2+、Co2+，它們經(jīng)過電化學(xué)反響堆積在基材外表上，擴展陰極面積，加速磷化過程。.鋼鐵磷化工藝預(yù)處置脫脂浸蝕預(yù)處置外表調(diào)整工序?qū)τ诜峭垦b的防護磷化(厚膜)，外表調(diào)整包括機械方法(如擦、刷、噴

5、砂等)和化學(xué)方法(如鈦鹽、草酸、鎳鹽、銅鹽等)，其中最有效和最有適用價值的是鈦鹽活化。 .磷化厚膜磷化92以上，1560min，膜厚20m以上，膜重60g/m2。用途：用于浸油、防護油或蠟及染黑后作防護用。薄膜磷化溫度普通為2090，時間短0.53min，厚度15m，膜重范圍浸漬磷化為25g/m2，噴林為13g/m2。用途：主要是涂裝底層。轉(zhuǎn)化型磷化.磷化膜的構(gòu)造無定型磷酸鹽結(jié)晶型磷酸鹽磷化膜的性質(zhì)：防護性金屬磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜質(zhì)量評定已建立國家規(guī)范，見GB/T161997。當(dāng)所用的磷化膜是作為涂裝底層時，其質(zhì)量檢驗應(yīng)采用GB/T 68071986。轉(zhuǎn)化膜的膜重丈量方法見GB/T 97921988。

6、 .3 鉻酸鹽鈍化膜 鉻酸鹽膜構(gòu)成機理 鉻酸鹽膜的構(gòu)成是經(jīng)過金屬溶液界面上的化學(xué)反響，其中關(guān)鍵反響是金屬與六價鉻之間的氧化復(fù)原。 金屬與六價鉻之間的氧化復(fù)原反響，金屬外表溶解，金屬離子進入溶液，六價鉻被復(fù)原成三價鉻。上述反響耗費了氫，金屬外表pH值升高，使凝膠狀的Cr(OH)3，等在外表沉淀，構(gòu)成鈍化膜。 上述凝膠狀沉淀物吸附其它成分，如六價鉻、水、金屬離子等，構(gòu)成成分復(fù)雜的鉻酸鹽鈍化膜。.鈍化膜為無定形膜，由不溶型的三價鉻化合物和可溶性的六價鉻化合物組成。不溶型部分具有足夠的強度和穩(wěn)定性，為骨架；可溶性部分充填在骨架內(nèi)部；當(dāng)鈍化膜遭到輕度損傷時，顯露的基體與膜中的可溶性部分相互作用，使膜修復(fù)

7、。.鋅的鈍化預(yù)處置：除去工件外表的油、脂、污物、氧化皮。 鈍化：鈍化最常用的六價鉻化合物是鉻酸酐、重鉻酸鈉、重鉻酸鉀，并加有硝酸、硫酸，有的還有少量添加劑以改善工藝。 老化：鈍化膜構(gòu)成后的烘干稱為老化處置。 .鋁和鋁合金的鉻酸鹽鈍化 預(yù)處置：預(yù)處置是先脫脂再進展堿蝕，以除去制件外表氧化層，顯露新穎、均勻的基體外表。成膜處置：鋁材鉻酸鹽膜成膜溶液的特殊之處是含有氟離子。.4 化學(xué)氧化 化學(xué)氧化處置由于本錢低，設(shè)備簡單，處置方便，運用范圍不斷擴展?；瘜W(xué)氧化處置可在鋁、銅、鋼鐵、鋅、錫、鎘等金屬及其合金上進展，獲得不同性能、不同顏色的氧化膜。.鋼鐵的化學(xué)氧化 鋼鐵的化學(xué)氧化俗稱發(fā)藍處置，膜的主要成分

8、是Fe3O4。根據(jù)制件的外表形狀、資料成分和氧化處置工藝規(guī)范的不同，可獲得藍黑色和黑色的氧化膜。運用：機械零件、精細儀器與儀表、武器和日用品的防護與裝飾。氧化在堿性溶液中進展，氧化后沒有氫脆影響，像彈簧鋼、細鋼絲及薄鋼片件也常用氧化膜作為防護層。 鋼鐵的化學(xué)氧化常用強堿溶液，稱為堿性氧化法。即在較高溫度(130以上)下，在氫氧化鈉溶液中參與氧化劑(硝酸鈉或亞硝酸鈉)進展處置。鐵反響生成亞鐵酸鈉(Na2Fe02)和鐵酸鈉(Na2FeO4)，然后兩者相互作用，生成磁性氧化鐵(Fe3O4)膜。 .反響如下：3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+H2O+NH36NaFeO2+NaNO2+5H

9、2O=3Na2Fe2O4+7NaOH+NH3 Fe+NaNO3+2NaOH=Na2FeO2+NaNO2+H2O8NaFeO2+NaNO3+6H2O=4Na2FeO4+9NaOH+NH3 Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+4NaOH .鋁及鋁合金的化學(xué)氧化 AlAl3+3e2H2O+2e- 2OH-+H2A13+2OH- AlOOH+H+2H+2e- H22AlOOH A12O3H2O.5 草酸鹽鈍化 鋼鐵資料在草酸鹽溶液中處置可得到草酸鹽膜，其耐蝕性能不高，不用作防護，在普通鋼上用作涂裝基底，在不銹鋼及其它含鉻、鎳元素的高合金鋼上用光滑劑載體，減少摩擦以利于冷加工，降低工

10、具磨損，減少中間退火。 .6 電化學(xué)氧化 電化學(xué)氧化習(xí)慣稱為陽極氧化，普遍用于輕金屬資料的外表處置。 輕金屬資料分量輕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，但這些資料耐腐蝕性差，容易產(chǎn)生晶間腐蝕，耐磨性比較低。經(jīng)過陽極氧化處置，可在其外表生成一層厚度達幾十到數(shù)百微米的氧化膜。根據(jù)不同用途，陽極氧化膜可賦予外表防護、裝飾性、耐磨性、絕緣、隔熱、光學(xué)性能等。.電化學(xué)氧化機理 鋁及其合金的陽極氧化技術(shù)運用最廣 鋁：陽極，析氧，Al2O3其他金屬：陰極，析氫H2O O +2H+2e 2Al+3O A12O3硫酸對金屬鋁和氧化膜的溶解作用為 2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2 Al2O3+3H2SO4=Al2(

11、SO4)3+3H2O.陽極氧化工藝預(yù)處置氧化防護裝飾性的陽極氧化硬質(zhì)陽極氧化陽極氧化膜的封鎖 .陽極氧化膜的性能 膜的厚度孔隙度結(jié)合力硬度和耐磨性柔韌性 耐蝕性膜的電性能膜的熱性能.7 著色技術(shù) 金屬著色是采用化學(xué)或電化學(xué)方法賦予金屬外表不同的顏色并堅持金屬光澤的工藝。.鋁和鋁合金的著色自然顯色法：在一定的電解液和電解條件下，將金屬進展陽極氧化處置時，由于電解質(zhì)溶液、合金資料的組分及合金組織構(gòu)造形狀不同而產(chǎn)生不同的顏色。吸附著色法：將生成了轉(zhuǎn)化膜層的工件浸入加有無機鹽或有機染料的溶液中，無機鹽或有機染料首先被多孔膜吸附在外表上，然后向微孔內(nèi)部分散、浸透，最后堆積在微孔中，使膜層染上顏色。 電解著色法：又稱二次電解法或淺田法，以直流電在硫酸溶液中生成氧化膜，然后在金屬鹽的酸性溶液中進展交流電解著色。 .8 轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)的開展趨勢 研討與開發(fā)賦予這些資料外表高性能、多功能的外表處置工藝一直是一個重要方面。鋁的微弧氧化以各種不同工藝將氟樹脂嵌入鋁陽極氧化膜的表層，