化学转化膜技术,组员：凌茜 陈琳 袁义玄 许苏柳 李思熠,概述,化学转化膜技术是通过化学或电化学手段，使金属表面形成的稳定的化合物膜层的技术。它同金属上其他的覆盖层不一样，它的产生必须有基体金属的直接参与。也就是说，它是处在表面的基体金属直接同选定介质中的阴离子反应，使之形成自身转化的产物。由此可见，化学转化膜的形成，实际上可以看作是受控金属的腐蚀过程。,什么叫金属的腐蚀？,单质状态的金属包括其合金，在通常情况下会自发地与介质其反应形成化合物，回到其矿物态，这是冶金的逆过程。这个过程不会一直进行下去，会很快停止，因为这时金属与介质形成的化合物在金属表面累积，这层致密的金属化合物形成一种“膜”，这时金属就好像穿上了一件外衣，阻碍了金属与介质的进一步接触。,化学转化膜定义,化学转化膜又称金属转化膜。它是金属表层原子与介质中的阴离子相互反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，这层化合物隔离层称为化学转化膜。,化学转化膜技术的一般原理,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，由于浓差极化作用和阴、阳极极化作用等，在金属表面形成一层附着力良好的、难溶的腐蚀生成物膜层。P.S. 电极上有（净）电流流过时，电极电势偏离其平衡值，此现象称作极化。 根据电流的方向又可分为阳极化和阴极化。在阳极，电子流走了，离子化反应赶不上补充；在阴极，电子流入快，取走电子的阴极反应赶不上，这样阳极电位向正移，阴极电位向负移，从而缩小电位差，减缓了腐蚀。 浓差极化指由于溶液中有关物质扩散速度小于电化学反应速度而造成的极化。,化学转化膜的生成式,上述反应式是化学转化膜反应的基本形式，具体的转化膜形成过程要复杂的多，一般都包含多步化学反应和电化学反应，也包含多种物理化学变化过程。其反应产物也不像式中那样单一，而是要复杂的多。,化学转化膜的分类,按基体材料的不同，分为铝材转化膜、锌材转化膜、钢材转化膜、镁材转化膜等；按用途分为涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜、防护性转化膜、装饰性转化膜、减模或耐磨性转化膜及绝缘性转化膜等；按生产习惯上也可分为阳极氧化膜、化学氧化膜、磷化膜、钝化膜及着色膜等。,化学转化膜技术,氧化膜（发蓝技术）磷酸盐膜技术铬酸盐膜技术草酸盐膜技术阳极氧化膜技术,化学法,电化学法,钢铁的化学氧化,钢铁的化学氧化是将钢铁制件浸在含有氧化剂的碱性溶液中进行处理，使其表面形成一层保护性氧化膜的过程。,氧化膜主要由磁性氧化铁(Fe3O4)组成，膜厚一般为0.51.5m，最厚可达2.5m。依据钢铁的成分、表面状态和氧化操作条件的不同，氧化膜的颜色呈灰黑、深黑或蓝黑色，故习惯上又称为发蓝或发黑。,钢铁化学氧化的分类,根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分为高温化学氧化法和常温化学氧化法。这两种方法所用处理液成分不同，膜的组成不同，成膜机理也不同。,钢铁化学氧化的机理,钢铁表面化学氧化生成的氧化膜是由Fe3O4组成， Fe3O4可以看作是HFeO2与Fe(OH)2的中和产物。在有氧化剂存在的碱性溶液中，这一转化膜的形成历程是一种电化学和化学过程。,氧化膜的后处理,钢铁工件通过化学氧化处理,得到的氧化膜虽然能提高耐蚀性，但其防护性仍然较差,所以氧化后还需进行皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进行填充处理。,钢铁的磷酸盐处理,将金属制件浸入含有磷酸和可溶性磷酸盐的溶液中进行处理(或采用喷淋方法)，使金属表面生成一层难溶的、附着良好的磷酸盐膜。在钢铁、铝、锌及其合金上均可得到磷酸盐膜，对铝、锌及其合金进行磷酸盐处理所得磷酸盐膜仅用于涂漆前的打底，而钢铁磷化处理的应用十分广泛。,磷化处理的优点,磷化膜层的厚度一般为520m，在磷化过程中铁的溶解量很小，所以钢铁制件经磷化处理后尺寸变化很小。 磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。,两种钢铁表面的磷酸盐膜,钢铁表面上形成由基体金属自身转化生成的磷酸盐和氧化物组成的表面膜，这种膜属于真正的化学转化膜，称为转化型磷酸盐膜。,使用含游离磷酸和加速剂的重金属(锌、锰、铁)磷酸二氢盐溶液，钢铁表面上得到的是由重金属的磷酸一氢盐或正磷酸盐组成的膜，称为假转化膜(或准转化型磷化)。,铬酸盐转化膜,是一种赋予铝合金表面优越耐腐蚀性的不含铬的金属表面转化液，及使用该化学转化液的处理金属表面方法。,铬酸盐膜的形成过程,铬酸盐膜的形成过程大致可分为三步：1.金属表面被氧化并以离子的形式转入溶液，同时产生原子氢。2.初生的原子氢促使一定数量的六价铬还原成三价铬，并由于金属溶液界面处的pH值升高，使三价铬以胶体的氢氧化铬形式沉淀。3. 氢氧化铬胶体自溶液中吸附和结合一定数量的六价铬，在金属界面构成具有某种组成的铬酸盐膜。铬酸盐化膜的抗蚀性高于磷化膜。,阳极氧化膜,阳极氧化膜着色,硬质阳极氧化膜,铝和铝合金的阳极氧化,第一段A（曲线AB段）：无孔层形成。第一段B（曲线BC段）：多孔层形成。第一段C（曲线CD段）：多孔层增厚。氧化膜的生长过程就是氧化膜不断生成和不断溶解的过程。,转化膜的主要施工方法,浸渍法、喷淋法、刷镀法、滚镀法、蒸气喷枪法、三氯乙烯综合处理法等。,浸渍法,刷镀法,滚镀法,刷镀法,用一个同阳极连接并能提供电镀需要的电解液的专用镀笔，在作为阴极的制件表面上移动进行刷拭的电镀方法。,滚镀法,大批小零件放在滚动的容器中进行电镀的过程 。种类：卧式滚镀、倾斜式滚镀和振动电镀 基本特征： 1.滚镀是在滚筒内进行的 2.滚镀是小零件在不停地翻滚的过程中进行的,化学转化膜的基本用途,防锈耐磨装饰涂装底层塑性加工绝缘,金属表面的化学转化膜能起到防护作用的原因：,（1）.降低了金属本身的化学活性，使金属的热力学稳定性提高（2）.将金属与环境介质隔离开。 因此，按用途分为防护性转化膜、减摩或耐磨转化膜、装饰性转化膜、绝缘性转化膜、涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜。,1.防锈功能,转化膜一方面降低金属本身的化学活性，提高了在环境介质中的热力学稳定性，另一方面对环境介质的隔离作用。作防锈用的化学转化膜主要用于以下二种情况： 对部件有一般的防锈要求：如涂防锈油等，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，部件减少冲击等外力作用：转化膜要求均匀致密，且以厚者为佳.,2.耐磨,耐磨用化学转化膜广泛用于金属与金属面互相摩擦的部位。主要作用是：提高硬度；减少摩擦阻力（如表面上的磷酸盐膜层具有很小的摩擦系数）；吸油：如磷酸盐膜层具有良好的吸油能力，在金属接触面间产生了一缓冲层，从化学和机械两方面保护了基体,减小磨损。,3.装饰,有的化学转化膜具有各种色彩，如锌镀层经过铬酸盐处理可以得到彩虹色、军绿色、亮白色、黑色等不同外观。有的化学转化膜由于多孔，可以进行染色，如铝及其合金制品经过阳极化处理后可以染上各种色彩。,4.涂装底层,对钛、铝及其合金来说，电镀的一个困难问题是表面易钝化而导致结合不良。采用具有适当膜孔结构的化学转化膜作底层，可以使镀层与基体金属牢固结合。 化学转化膜作为金属镀层的底层：作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。,5.塑性加工,金属材料表面形成磷酸盐膜后再进行塑性加工（例如进行钢管，钢丝等冷拉伸）时，可以减小拉拔力，延长拉拔模具受命，减少拉拔次数。在挤出工艺、深拉延工艺等各种冷加工方面均有广泛的应用。,6.绝缘（1）不良导体,磷酸盐膜层是电的不良导体，所以很早就用它作为硅钢板的绝缘层。这种绝缘层的特点是占空系数小、耐热性良好，而且在冲裁加工时可减少工具磨损等。,（2）电偶腐蚀,在工程和机械的结构设计中，必须考虑到两种不同金属零件会由于装配接触而在使用环境的条件下产生电偶腐蚀的问题。而化学转化膜（例如镁合金上的铬酸盐和铝及铝合金上的阳极氧化膜）就可用于避免电偶腐蚀的发生。增大两金属表面间的接触电阻；可以使较活泼的金属在环境介质中的电位变化，以降低配偶金属之间的电位差。,关于电偶腐蚀,定义一：由于一种金属与另一种金属或电子导体构成的腐蚀电池的作用而造成的腐蚀。 所属学科：船舶工程（一级学科）；船舶腐蚀与防护（二级学科） 定义二：由于宏观腐蚀电池的作用而产生的腐蚀。 所属学科：机械工程（一级学科）；腐蚀与保护（二级学科）；腐蚀类型（三级学科）,化学转化膜的实际效用,化学转化膜同其它防护层(例如金属镀层)相比，化学转化膜的防护功能是不高的，它往往不足于使金属得到有效的保护,但与基体的结合力强。 化学转化膜一般是与其它防护层联合组成多元的防护层系统，化学转化膜常作为这个多元系统的底层。,化学转化膜在应用中与其他防护技术的配合,例如化学转化膜+油漆涂层的多元防护系统得到了广泛的应用。化学转化膜在多元防护层系统中的作用，一是增加表面防护层与基底金属的结合力，二是在表面防护层(如油漆层)局部损坏或者被腐蚀介质穿透时防止腐蚀的扩展。,参考文献,李鑫庆，陈迪勤，余静琴主编 . 化学转化膜技术与应用 . 北京：机械工业出版社，2005,多谢各位捧场,