第八章 化学转化膜技术
63页1、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。 8.1概述概念基体金属处理液难溶性膜层(转化膜) 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 8.1 概述直接化学反应、不需热处理与化学热处理区别分类氧化物膜:金属在含有氧化剂溶液中形 成的膜,其成膜过程叫氧化。磷酸盐膜:金属在磷酸盐溶液中形成的 膜,其成膜过程称磷化。铬酸盐膜:金属在含有铬酸或铬酸盐溶 液中形成的膜,其成膜过程称钝化。8.1 概述8.2 基本用途 一般防锈要求,转化膜作为底层,很薄 ,外层涂防锈油等。要求较高的防锈,转化膜要均匀致密, 以厚者为佳。 防锈减磨:磷酸盐膜具有很小的摩擦系数, 具有良好的储油作用,在接触面间产生 一缓冲层,从而减小磨损。耐磨:铝阳极氧化,形成Al2O3膜,硬 度很高,具有很好的耐磨性能。8.2 用途耐磨减磨活塞、轴承不同的化学膜有不同的颜色;改变化学膜
2、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8.2 用途 着色获得多孔结构的化学膜,进行着色处理,得 到需要的颜色。例:铝合金阳极氧化、着色,有些铝合金氧化膜本 身就有颜色 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8.2 用途塑性加工 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。塑性加工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。8.2 用途电绝缘性转化膜应用对象几乎在所有的金属表面都能生成,应用 较多的是铁、铝、锌、铜及其合金。氧化:钢铁、铝合金、镁合金等。磷化:钢铁。钝化:不锈钢、铜合金、锌合金等。8.2 用途8.3 氧化处理把
3、钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理, 在表面形成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的 过程,也称为钢铁的“发蓝”或“发黑”。钢铁的化学氧化可分为:高温化学氧化和 常温化学氧化。钢铁的氧化钢铁高温化学氧化(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1560min,得到 以Fe3O4为主的氧化膜,厚度一般为 0.51.5m,最厚为2.5 m。钢铁化学氧化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钢铁化学氧化 钢铁高温氧化的反应机理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。钢铁高温化学氧化机理在生成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 =Fe2
4、O3 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。钢铁高温化学氧化机理溶液配制在氧化槽内加入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。钢铁高温化学氧化工艺氧化温度、时间与含碳量关系钢铁钢铁 含碳量(% )溶液温度( )氧化时间时间 (min )0.7以上13513815200.40.713814220240.10.41401453560合金钢钢1401455060高速钢钢1351383040钢铁高温化学氧化工艺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。钢铁高温化学氧化工艺氧化膜的后处理 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
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