表面处理技术概论转化膜技术精品ppt课件.pptx
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1、第四章第四章 转化膜技术转化膜技术目目 录录 4.1 转化膜技术简介 4.2 阳极氧化 4.3 微弧氧化 4.4 化学氧化 4.5 金属的磷化 4.6 金属的铬酸盐钝化 4.7 着色处理技术 思考题第四章第四章 转化膜技术转化膜技术 4.1 转化膜技术简介 4.1.1 转化膜的分类 4.1.2 化学转化膜常用处理方法 4.1.3 防护性能 4.1.4 表面转化膜用途第四章第四章 转化膜技术转化膜技术4.1 4.1 转化膜技术简介转化膜技术简介 转化膜是指由金属的外层原子和选配的介质的阴转化膜是指由金属的外层原子和选配的介质的阴离子反应而在金属表面上生成的膜层。离子反应而在金属表面上生成的膜层。
2、镁合金摩托车端盖磷酸盐转化膜它的生成必须有基底金属的它的生成必须有基底金属的直接参与,也就是说,它是直接参与,也就是说,它是处在表层的基底金属直接同处在表层的基底金属直接同选定介质中的阴离子反应,选定介质中的阴离子反应,使之达成自身转化的产物使之达成自身转化的产物(MmAn)。)。eAMAMnmxxnnm第四章第四章 转化膜技术转化膜技术 由此可见,化学转化膜的形成实际上由此可见,化学转化膜的形成实际上可以看作是受控的金属腐蚀的过程。可以看作是受控的金属腐蚀的过程。 电子是视为反应产物来表征的。化学电子是视为反应产物来表征的。化学转化膜的形成既可是金属转化膜的形成既可是金属/ /介质界面间介质
3、界面间的纯化学反应,也可以是在施加外电的纯化学反应,也可以是在施加外电源的条件下所进行的电化学反应。源的条件下所进行的电化学反应。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术4.1.1 4.1.1 转化膜的分类转化膜的分类 按是否存在外加电流分类:按是否存在外加电流分类:化学转化膜与电化学转化膜 按膜的主要组成物分类:按膜的主要组成物分类:氧化物膜;铬酸盐膜、磷酸盐膜及草酸盐膜等 按界面反应类型:按界面反应类型:转化膜与伪转化膜两类 按基体金属种类:按基体金属种类:钢铁转化膜、铝材转化膜、锌材转化膜、铜材转化膜及镁材转化膜 按用途分:按用途分:涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜、除锈用转化膜、装饰性转化膜
4、、减摩或耐磨性转化膜及绝缘性转化膜等 按形成膜层时所采用的介质分:按形成膜层时所采用的介质分:氧化物膜 氧化 ;磷酸盐膜 磷化 ;铬酸盐膜 钝化 第四章第四章 转化膜技术转化膜技术4.1.2 4.1.2 化学转化膜常用处理方法化学转化膜常用处理方法方法特 点适 用 范 围浸渍法 工艺简单易控制,由预处理、转化处理、后处理等多种工序组合而成。投资与生产成本较低、生产效率较低、不易自动化 可处理各类零件,尤其适用于几何形状复杂的零件。常用于铝合金的化学氧化、钢铁氧化或磷化、锌材钝化等阳极化法 阳极氧化膜比一般化学氧化膜性能更优越。需外加电源设备,电解磷化可加速成膜过程 适用于铝、镁、钛及其合金阳极
5、氧化处理。可获得各种性能的化学转化膜喷淋法 易实现机械化或自动化作业,生产效率高,转化处理周期短、成本低,但设备投资大 适用于几何形状简单、表面腐蚀程度较轻的大批量零件刷涂法 无需专用处理设备,投资最省、工艺灵活简便。但生产效率低、转化膜性能差、膜层质量不易保证 适用于大尺寸工件局部处理或小批零件以及转化膜局部修理化学转化膜常用方法、特点及适用范围化学转化膜常用方法、特点及适用范围第四章第四章 转化膜技术转化膜技术4.1.3 4.1.3 防护性能防护性能 主要是依靠将化学性质活泼的金属单质转化为化学性质不活泼的金属化合物,如氧化物、铬酸盐、磷酸盐等,提高金属在环境中的热力学稳定性。一般来说,化
6、学转化膜的防护效果取决于下列几个因素。一般来说,化学转化膜的防护效果取决于下列几个因素。被处理基体金属的本质。被处理基体金属的本质。转化膜的类型、组成和结构。转化膜的类型、组成和结构。膜层的处理质量,如与基体金属的结合力、孔隙率等。膜层的处理质量,如与基体金属的结合力、孔隙率等。使用的环境。使用的环境。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术4.1.4 4.1.4 表面转化膜用途表面转化膜用途提高材料的耐蚀性提高材料的耐蚀性 ;氧化或磷化 提高材料的减摩耐磨性提高材料的减摩耐磨性;磷化 提高材料的装饰性提高材料的装饰性 ;钝化 ;着色 用作涂装底层用作涂装底层;磷化膜 绝缘绝缘;磷化膜 防爆防爆;瓦
7、斯,粉尘,铝及铝合金与不锈钢碰撞易通过铝热反应发生火花引爆。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术 4.2 阳极氧化 4.2.1 铝及铝合金的阳极氧化 4.2.2 铝阳极氧化膜的着色和封闭 4.2.3 镁合金阳极氧化第四章第四章 转化膜技术转化膜技术4.2 4.2 阳极氧化阳极氧化阳极氧化的主要用途包括以下几点:阳极氧化的主要用途包括以下几点: 作为防护层:作为防护层:阳极氧化膜在空气中有足够的稳定性,能够大大提高铝制品表面的耐蚀性能。 作为防护作为防护-装饰层:装饰层:在硫酸溶液中进行阳极氧化得到的膜具有较高的透明度,经着色处理后能得到各种鲜艳的色彩,在特殊工艺条件下还可以得到具有瓷质外观的氧化
8、层。 作为耐磨层:作为耐磨层:阳极氧化膜具有很高的硬度,可以提高制品表面的耐磨性。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术 作为绝缘层:作为绝缘层:阳极氧化膜具有很高的绝缘电阻和击穿电压,可以用作电解电容器的电介质或电器制品的绝缘层。 作为喷漆底层:作为喷漆底层:阳极氧化膜具有多孔性和良好的吸附特性,作为喷漆或其他有机覆盖层的底层,可以提高漆或其他有机物膜与基体的结合力。 作为电镀底层:作为电镀底层:利用阳极氧化膜的多孔性,可以提高金属镀层与基体的结合力。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术4.2.1 4.2.1 铝及铝合金的阳极氧化铝及铝合金的阳极氧化 铝阳极氧化铝阳极氧化是将铝及其合金置于相应电解
9、液(如硫酸、铬是将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极,在特定条件和外加电流作用下,酸、草酸等)中作为阳极,在特定条件和外加电流作用下,进行电解。进行电解。 原理原理 铝是两性金属,铝表面氧化物膜的生成既与点位有关,也与铝是两性金属,铝表面氧化物膜的生成既与点位有关,也与溶液的溶液的pH值有关。值有关。 一般认为,铝和铝合金在碱性和酸性两种电解液里都能进行阳极氧化,最常用的是酸性电解液, 工业上铝及铝合金的进行阳极氧化时,所用的电解液一般为中等溶解能力的酸性溶液,如硫酸、铬酸、草酸等,铅作为阴极,仅起导电作用。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术 铝及铝合金进行阳极氧化时,
10、由于电解质是强酸性的,阳极电位较高,因此阳极反应首先是水的电解,产生初生态的O,氧原子立即对铝发生氧化反应,生成氧化铝,即薄而致密的阳极氧化膜。阳极发生的反应如下: H2O-2e-O+2H+ 2Al+3OA12O3第四章第四章 转化膜技术转化膜技术阴极只是起导电作用和析氢反应: 2H+2e-H2同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解: 2Al+6H+2Al3+3H2 A12O3+6H+2A13+3H2O 因此,氧化膜的生长与溶解同时进行,只是在氧化的不同阶段两者的速度不同,当膜的生长速度和溶解速度相等时,膜的厚度才达到定值。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术铝阳极氧化膜的结构铝阳极氧化膜的结构
11、铝及铝合金的氧化膜具有蜂窝状结构,如下图所示。铝及铝合金的氧化膜具有蜂窝状结构,如下图所示。其规则的微孔垂直于表面其结构单元尺寸、孔径、壁厚其规则的微孔垂直于表面其结构单元尺寸、孔径、壁厚和阻挡层厚等参数均可由电解液成分和工艺参数控制。一和阻挡层厚等参数均可由电解液成分和工艺参数控制。一般来说,孔的长度般来说,孔的长度( (膜厚膜厚) )为孔径的为孔径的10001000倍以上。孔隙率通倍以上。孔隙率通常在常在1010左右,硬质膜的孔隙率可以降至左右,硬质膜的孔隙率可以降至2 24 4,建筑,建筑用氧化膜的孔隙率约为用氧化膜的孔隙率约为1111。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术铝及铝合金阳极氧
12、化膜的特点铝及铝合金阳极氧化膜的特点功能性:功能性:可以通过封孔处理以提高其保护性,也可在孔隙中沉积特殊性能的物质而获得某些特殊功能,从而形成多种多样的功能性膜层。吸附性:吸附性:由于氧化膜呈现多孔结构,且微孔的活性较高,有很好的吸附性。氧化膜对各种染料、盐类、润滑剂、石蜡、干性油、树脂等均表现出很高的吸附能力。耐蚀、耐磨性:耐蚀、耐磨性:铝及铝合金阳极氧化处理后,再经过着色和封闭处理可以获得各种不同的颜色,并能提高膜层的耐蚀性、耐磨性。绝缘性:绝缘性:铝的阳极氧化膜的阻抗较高,是热和电的良好绝缘体。同时氧化膜的导热性很低,其稳定性可达1500。阳极氧化膜与基体金属的结合力很强。阳极氧化膜与基
13、体金属的结合力很强。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术硫酸阳极氧化:硫酸阳极氧化:520微米,吸附力强,硬度高,耐磨,抗腐蚀,膜无色透明,染色。该工艺溶液稳定、允许杂质含量范围大,与铬酸盐、草酸法比节能省电。铝及铝合金的阳极氧化工艺铝及铝合金的阳极氧化工艺配方及工艺条件配比1配比2配比3硫酸(H2SO4)/(g/L)铝离子(Al3+)/(g/L)温度/电压/V电流密度/(A/dm2)时间/min阴极材料阳极与阴极面积比搅拌电源16020020132612220.52.53060纯铝或铝锡合金板1.5:1压缩空气搅拌直流电160200200712220.52.53060纯铝或铝锡合金板1.5:1
14、压缩空气搅拌直流电100110100),金属铁与氧化剂和强碱作用,生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4),两者相互反应生成磁性氧化铁(Fe3O4),具体的反应式如下:3Fe + NaNO2+ 5NaOH= Na2FeO2+ H2O +NH38Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O=4Na2Fe2O4+3NH3Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4+4NaOH第四章第四章 转化膜技术转化膜技术反应的特点:反应的特点:反应中消耗大量氧化剂,需要适当补充,苛性碱很少补充。碱液浓度过高会加速氧化膜的溶解。工业上常使用两种浓度不同的氧化溶液进行两次氧化。在新配溶液中
15、加入适量废钢或低浓度的旧液,增加槽液中的铁离子,从而获得较好的镀层。磁性氧化铁致密,和基体金属结合好,厚度0.60.8微米,在干燥空气中稳定,在湿的大气中保护性较差,因此通常氧化后要浸油处理。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术 单槽法操作简单,目前使用较广泛,其中,单槽法操作简单,目前使用较广泛,其中,配方配方1为通用氧化液,操作方便,膜层美观光亮,为通用氧化液,操作方便,膜层美观光亮,但膜层较薄蓝黑色氧化膜;配方但膜层较薄蓝黑色氧化膜;配方2氧化速度快,氧化速度快,膜层致密,但光亮度稍差。膜层致密,但光亮度稍差。第四章第四章 转化膜技术转化膜技术 双槽法是在两个浓度和工艺条件不同双槽法是在两
16、个浓度和工艺条件不同的氧化溶液中进行两次氧化处理。此法得的氧化溶液中进行两次氧化处理。此法得到的氧化膜较厚,耐腐蚀性高,还能消除到的氧化膜较厚,耐腐蚀性高,还能消除零件表面挂灰黑色氧化膜零件表面挂灰黑色氧化膜第四章第四章 转化膜技术转化膜技术氢氧化钠氢氧化钠 提高氢氧化钠的浓度,氧化膜的厚度稍有增加,但容易出现疏松或多孔的缺陷。浓度过高还易产生红色挂灰,超过1100g/L时,则不能生成氧化膜。氢氧化钠浓度过低时,生成的氧化膜较薄,产生花斑,防护能力差。氧化剂氧化剂 提高氧化剂浓度可以加快氧化速度,膜层致密、牢固。当氧化剂浓度低时,得到的氧化膜厚而疏松。温度温度 提高溶液温度,生成的氧化膜层薄,
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