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第八章 化学转化膜技术研究报告.ppt
第八章 转化膜与着色技术;在一定条件下,金属与特定的腐蚀液接触发生化学、电化学反应,由于浓差极化作用和阴极极化作用等,在金属表面生成一层性质稳定,附着力良好的、能保护金属的化合物膜。
;金属基体直接参与成膜反应生成,膜与基体的结合力比电镀、化学镀和热喷涂等这些外加膜层大得多。
成膜的典型反应式:
mM+nAz- → MmAn+nze ;分类;氧化物膜;磷酸盐膜;铬酸盐膜;8.2 基本用途 ;不同的化学膜有不同的颜色;改变化学膜厚度,也可以改变颜色。
例:不锈钢用铬酸-硫酸溶液处理后可得到不同颜色;?金属表面进行磷化处理后进行塑性加工,如:钢管、钢丝等冷拔;可以减小拉拔力,延长模具寿命,减少拉拔次数。
作为挤出工艺、深拉延长工艺的前道工序; 一般钢材冷挤压时,由于变形而引起 升温可达300℃远在磷化膜的热界以下,因此,磷化膜的抗热粘附着好。
冷挤压工艺中,在一定温度的条件下,磷化膜与润滑剂(皂液或乳化剂)发生化学反应,部分脂肪酸皂与磷酸锌Zn3(Po4)2反应,生成润滑性极强的脂肪酸Zn(RCOO)2,从而加强了润滑作用。;
磷酸盐膜和阳极氧化膜都是不良导体,可以用做绝缘体。磷化膜很早就用作硅钢板绝缘层。
这种绝缘层的特点是占空系数小,耐热性好。
;转化膜应用对象;8.3 氧化处理;钢铁高温化学氧化(碱性化学氧化或发蓝)
用含有亚硝酸钠的浓碱性处理液,在140℃左右温度下处理15~60min,得到以Fe3O4为主的氧化膜,厚度一般为0.5~1.5μm,最厚为2.5 μm。;铁在热碱溶液和氧化剂——亚铁酸钠
3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3↑
亚铁酸钠——铁酸钠
6Na2FeO2 +NaNO2+5H2O = 3Na2Fe2O4+ 7NaOH +NH3↑
铁酸钠与亚铁酸钠相互作用生成四氧化三铁
Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+ 4NaOH; Fe3O4在碱性溶液中的溶解度极小,钢铁表面附近生成的Fe3O4很快就从溶液中析出,在钢铁表面成核,并不断长大,形成连续的、致密的黑色氧化膜。;在生成Fe3O4的同时,部分铁酸钠可能发生水解,生成氧化铁水合物。
Na2Fe2O4+ (m+1) H2O =
Fe2O3 ? m H2O +2NaOH
含水氧化铁在高温下失水,形成红色沉淀物吸附的黑色氧化铁膜上,形成“红霜”,这是一种缺陷。;溶液配制
在氧??槽内加入2/3容积的水,加入氢氧化钠,使其溶解;在搅拌下加入亚硝酸钠或硝酸钠,待全部溶解后,加水至规定容积。
氧化液在沸腾温度下加入工件。;氧化温度、时间与含碳量关系;溶液的维护
溶液的组分在使用过程中会发生变化,要定期检测并作调整。
当沸点过高时,表示溶液过浓,易形成红色挂灰,应加水稀释;沸点过低时,表示浓度不足,此时不能发蓝或氧化膜颜色不深,应补加氧化剂或蒸发去水。;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后处理,如皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进行填充处理。
不合格氧化膜的退除:10~15%(体积分数) HCl或H2SO4——退除 ;钢铁常温化学氧化(酸性化学氧化或发黑)
80年代以来迅速发展的新技术。
具有氧化速度快,膜层抗蚀性好,节能、高效,成本低,操作简单,环境污染小等优点。
钢铁表面的发黑处理,可得到均匀的黑色或蓝黑色外观,其表面膜的主要成分是CuSe,功能与Fe3o4相似。;常温发黑溶液在市场有商品供应,其主要成分是CuSO4、二氧化硒,还有各种催化剂、缓冲剂、络合剂与辅助材料。;SeO2溶于水中生成亚硒酸(H2SeO3):
??? ??SeO2 + H2O → H2SeO3
溶液中的游离Cu与Fe发生置换反应:
?????CuSO4 + Fe → FeSO4+Cu↓
金属Cu与H2SeO3发生氧化还原反应,生成黑色的硒化铜膜,同时伴随副反应,生成CuSeO3及FeSeO3:
3Cu + 3H2SeO3 →CuSe ↓+2CuSeO3 + 3H2O ;特点
发黑比发蓝时间短:由15~60min缩短到3~8min,生产成本降低一半。
发黑对粗糙表面、未淬火表面特别有效
发黑的结合力和耐磨性能不如发蓝层;但CuSO4和NaCl点滴试验和盐雾试验表明其耐腐蚀性能优于发蓝层。;
新鲜铝表面很快会形成氧化膜,厚度一般只有4~5nm,通过化学氧化,可以得到0.5~5μm的氧化膜,呈多孔,具有良好的吸附性,可作为有机涂层的底层。
这种氧化膜的耐磨性能和耐腐蚀性能远不如阳极氧化膜好。;铝在水中会发生以下反应:
Al→Al3++3e-
2H2
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