材料表面工程技术-8转化膜与着色技术.ppt

转化膜与着色技术 §1 转化膜的基本特性及用途 定义： 金属化学处理法（化学转化膜）是通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法。 机理： 金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作用等，使金属表面生成一层附着力良好的，能保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的化合物膜。 特点： 由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜反应而成的，因而膜与基体的结合力比电镀和化学镀膜层大的多。 用途 保护和装饰 提高涂膜与基体的结合力 耐磨减摩 用于冷成形加工 电绝缘性 分类： 按形成机理分为： 化学转化膜 电化学转化膜 按成分分为 氧化物膜 磷酸盐膜 铬酸盐膜 草酸盐膜 按用途分为 功能性膜（耐磨、减摩、润滑、电绝缘、冷成型加工、涂层基底） 防护性 装饰性 §2 磷化 磷化膜是由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而形成的。以钢铁磷化处理应用最广。 钢铁磷化膜按其厚度 厚膜、薄膜， 根据磷化膜的形成方式 假转化型磷化、转化型磷化。 根据其处理溶液成分或温度 锰系、锌系、锌－锰系、锌－钙系磷化 高温(90℃以上)、中温(60-70℃)、低温(30-50℃)和常温(室温)磷化等。 钢铁磷化膜形成基本机理 磷化膜的形成 (1) Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2（pH值升高） (2) Me(H2PO4)2→MeHPO4+H3PO4 3Me(H2PO4)2 →Me3(PO4)2+4H3PO4 使可溶性磷酸二氢盐向不溶性磷酸盐转化，沉积成膜。 Fe+ Me(H2PO4)2 →FeHPO4+MeHPO4+H2 Fe+ Me(H2PO4)2 →Me2Fe(PO4)2+H2 Fe与磷酸二氢盐反应。 Me(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2+8H2O →Me3(PO4)2·4H2O+Me2Fe(PO4)2·4H2O+8H3PO4 成膜过程及加速所用 磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。难溶性磷酸盐的沉积发生在微阴极区，而阳极极化处理效果却相反。 随着温度的上升，速率亦相应增大，最后达到最大值。表面越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。溶液性质不同，其相界面的扩散系数、溶液成分进入晶格时结晶的排列情况以及催化作用和抑制作用也不同。 磷化处理到一定时间以后，成膜速度降低到零，膜的形成和溶解达到平衡。磷化膜的形成并不是在停止放氢时就停止了，而是在细孔中进一步形成。在停止放氢的一瞬间，膜的孔隙率仍占金属总面积的3％~20％，只有在某一时间以后(大约10min)，孔隙率才达到0.5％的恒定值。 为了加快磷化速度，提高磷化膜质量，通常采用的方法是： 加入氧化剂，如NO3-，NO2-，ClO2-等，它们能除去成膜时产生的[H]和亚铁离子。 加入电位比铁高的金属离子，如Cu2+、Ni2+、Co2+，它们通过电化学反应沉积在基材表面上，扩大阴极面积，加速磷化过程。 钢铁磷化工艺 预处理 脱脂浸蚀预处理 表面调整工序 对于非涂装的防护磷化(厚膜)， 表面调整包括机械方法(如擦、刷、喷砂等)和化学方法(如钛盐、草酸、镍盐、铜盐等)，其中最有效和最有实用价值的是钛盐活化。 磷化 厚膜磷化 92℃以上，15～60min，膜厚20μm以上，膜重60g/m2。 用途：用于浸油、防护油或蜡及染黑后作防护用。 薄膜磷化 温度一般为20～90℃，时间短（0.5～3min），厚度1～5μm，膜重范围浸渍磷化为2～5g/m2，喷林为1～3g/m2。 用途：主要是涂装底层。 转化型磷化 磷化膜的结构 无定型磷酸盐 结晶型磷酸盐 磷化膜的性质：防护性 金属磷酸盐转化膜质量评定已建立国家标准，见GB/T11376－1997。 当所用的磷化膜是作为涂装底层时，其质量检验应采用GB/T 6807－1986《钢铁工件涂漆前磷化处理技术条件》。 转化膜的膜重测量方法见GB/T 9792－1988《金属材料上的转化膜，单位面积膜层质量的测定(重量法)》。 §3 铬酸盐钝化膜 铬酸盐膜形成机理 铬酸盐膜的形成是通过金属－溶液界面上的化学反应，其中关键反应是金属与六价铬之间的氧化还原。 金属与六价铬之间的氧化还原反应，金属表面溶解，金属离子进入溶液，六价铬被还原成三价铬。 上述反应消耗了氢，金属表面pH值升高，使凝胶状的Cr(OH)3，等在表面沉淀，形成钝化膜。 上述凝胶状沉淀物吸附其它成分，如六价铬、水、金属离子等，构成成分复杂的铬酸盐钝化膜。 钝化膜为无定形膜，由不溶型的三价铬化合物和可溶性的六价铬化合物组成。 不溶型部分具有足够的强度和稳定性，为骨架； 可溶性部分充填在骨架内部； 当钝化膜受到轻度损伤时，露出的基