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第四章第四章 金属的化学处理（化学转化膜）金属的化学处理（化学转化膜）金属的化学处理金属的化学处理金属的化学处理金属的化学处理( (化学转化膜化学转化膜化学转化膜化学转化膜) )主要内容主要内容1 1 概述概述2 2 钢铁的化学氧化和磷化处理钢铁的化学氧化和磷化处理3 3 铝及其合金的氧化处理铝及其合金的氧化处理4 4 微弧氧化微弧氧化5 5 转化膜技术的发展动向转化膜技术的发展动向金属的化学处理金属的化学处理金属的化学处理金属的化学处理( (化学转化膜化学转化膜化学转化膜化学转化膜) )1.1.定义定义p许多金属都有在表面上生成较稳定的氧化膜的倾向，许多金属都有在表面上生成较稳定的氧化膜的倾向，这些膜在特定条件下能起保护作用这些膜在特定条件下能起保护作用——金属的钝性金属的钝性Ø化学转化膜化学转化膜：：使使金属金属与与特定的腐蚀液特定的腐蚀液相接触，在一定相接触，在一定条件下发生条件下发生化学反应化学反应，在金属表面形成一层附着力良，在金属表面形成一层附着力良好的好的难溶的生成物膜层难溶的生成物膜层4.1 概述概述2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)Ø有基体金属的直接参与反应生成、结合力大。

Ø几乎所有金属都可在选定的介质中通过转化处理得到不同应几乎所有金属都可在选定的介质中通过转化处理得到不同应用目的的化学转化膜目前应用较多的是钢铁、铝、锌、铜、用目的的化学转化膜目前应用较多的是钢铁、铝、锌、铜、镁及其合金镁及其合金 Ø拜斯泰克拜斯泰克 （（BiextexBiextex）） 和和 WeberWeber提出反应式：提出反应式： 其中：其中：M M—表面金属，表面金属，A AZ- Z- —介质中价态为介质中价态为z z的阴离子的阴离子2.2.基本原理基本原理2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)Ø按获得方法：按获得方法：化学法化学法 电化学法电化学法Ø按膜的主要组成物类型按膜的主要组成物类型: : 氧化物膜氧化物膜 磷酸盐膜磷酸盐膜 铬酸盐膜铬酸盐膜 草酸盐膜草酸盐膜3.3.分类分类2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)Ø防锈防锈 降低金属本身的化学活性降低金属本身的化学活性 对环境介质的隔离作用对环境介质的隔离作用Ø耐磨耐磨 提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜）提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜）Ø涂装底层涂装底层 作为金属镀层的底层作为金属镀层的底层Ø防电偶腐蚀防电偶腐蚀 增大两金属表面间的接触电阻增大两金属表面间的接触电阻 降低配偶金属之间的电位差降低配偶金属之间的电位差4.4.基本用途基本用途2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)Ø塑性加工塑性加工 减少拉拔力及次数、延长拉拔模具寿减少拉拔力及次数、延长拉拔模具寿命命Ø绝缘绝缘 磷酸盐膜层是电的不良导体磷酸盐膜层是电的不良导体Ø装饰装饰 自身的装饰作用、多孔性吸附作用自身的装饰作用、多孔性吸附作用（吸色料）（吸色料）2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)4.2  钢铁的化学氧化和磷化处理钢铁的化学氧化和磷化处理   1 1．钢铁的氧化处理．钢铁的氧化处理Ø高温化学氧化高温化学氧化（碱性化学氧化）（碱性化学氧化）Ø常温化学氧化常温化学氧化（酸性化学氧化）（酸性化学氧化）发蓝或发黑：发蓝或发黑：钢铁在含有钢铁在含有氧化剂氧化剂的溶液中进行处理，的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色蓝黑到黑色膜层膜层的过程的过程2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)化学反应机理化学反应机理 ：：Ø在强碱（在强碱（氢氧化钠）氢氧化钠）溶液里添加氧化剂（溶液里添加氧化剂（亚硝酸纳）亚硝酸纳），，在在135～～145℃，，15～～90min →　肥皂液，　肥皂液，3～～5min  →  水洗、干燥及浸油水洗、干燥及浸油Ø表面表面生成生成极薄的极薄的Fe3O4为主要成分的氧化膜为主要成分的氧化膜、、0.5~1.5μmØ提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观（（1 1）高温化学氧化（碱性化学氧化））高温化学氧化（碱性化学氧化）2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)（（1）化学反应机理）化学反应机理 钢铁高温氧化机理钢铁高温氧化机理2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)(2)电化学反应机理电化学反应机理n钢铁浸入电解质溶液后即在表面形成无数的微电池，在微阳极区发生铁的溶解。

n在强碱性介质中有氧化剂存在的条件下，二价铁离子转化为三价铁的氢氧化物2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)n相互作用，并脱水生成磁性氧化铁相互作用，并脱水生成磁性氧化铁n在微阴极上氢氧化物被还原在微阴极上氢氧化物被还原(3)氧化膜的生长氧化膜的生长(2)电化学反应机理电化学反应机理2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜) 钢铁高温氧化工艺钢铁高温氧化工艺n (1)氢氧化钠提高氢氧化钠的质量浓度，氧化膜的厚度稍有增加，但容易出现硫松或多孔的缺陷，甚至产生红色挂灰；质量浓度过低时，氧化膜较薄，产生花斑，防护能力差n (2)氧化剂提高氧化剂的质量浓度，可以加快氧化速度，膜层致密、牢固氧化剂的质量浓度低时，得到的氧化膜厚而疏松n(3)温度提高溶液温度，生成的氧化膜层薄，且易生成红色挂灰，导致氧化膜的质量降低金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)n (4)铁离子含量氧化溶液中必须含有一定的铁离子才能使膜层致密，结合牢固铁离子浓度过高，氧化速度降低，钢铁表面易出现红色挂灰n (5)钢铁含碳量钢铁中含碳量增加，组织中Fe3C增多，即阴极表面增加，阳极铁的溶解过程加剧，促使氧化膜生成的速度加快，故在同样温度下氧化，高碳钢所得到的氧化膜一定比低碳钢的厚。

n钢铁发黑后，经热水清洗、干燥后，在油中浸3～5min，以提高耐蚀性 钢铁高温氧化工艺钢铁高温氧化工艺金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)n 钢铁常温化学氧化一般称为钢铁常温发黑与高温发黑相比，具有节能、高效、操作简便、成本较低、环境污染小等优点常温发黑得到的表面膜主要成分是CuSe，其功能与Fe3O4膜相似n钢铁常温发黑工艺操作简单、速度快，通常为2～10min目前还存在发黑液不够稳定、膜层结合力稍差等问题2 2）常温化学氧化（酸性化学氧化））常温化学氧化（酸性化学氧化）金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)            常温发黑溶液主要成分是常温发黑溶液主要成分是CuSO4，二氧化硒，二氧化硒SeO2 ，，各种催化剂，缓冲剂，络合剂与辅助材料各种催化剂，缓冲剂，络合剂与辅助材料n发黑机理：发黑机理： n①①SeO2溶于水中生成亚硒酸溶于水中生成亚硒酸(H2SeO3)：：n     SeO2 + H2O→→ H2SeO3 n②②钢铁浸入发黑液后，溶液中的钢铁浸入发黑液后，溶液中的Cu离子与离子与Fe发生置换反发生置换反应，铜覆盖在钢铁表面，并伴随应，铜覆盖在钢铁表面，并伴随Fe的溶解：的溶解：n     CuSO4 + Fe→→ FeSO4+Cun③③金属金属Cu与与H2SeO3发生氧化还原反应，生成黑色的硒化发生氧化还原反应，生成黑色的硒化铜膜，同时伴随着副反应发生，生成铜膜，同时伴随着副反应发生，生成CuSeO3的挂灰成分：的挂灰成分： n     3Cu+ 3H2SeO3→→ CuSe + 2CuSeO3 + 3H2O （（2 2）常温化学氧化（酸性化学氧化））常温化学氧化（酸性化学氧化）2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)Ø特点：特点：1.氧化速度快，氧化速度快，2.膜层抗蚀性好，膜层抗蚀性好，3.节能、高效、成本低，节能、高效、成本低，4.操作简单，操作简单，5.环境污染小。

环境污染小后处理：后处理：皂化处理、浸油皂化处理、浸油或在铬酸盐溶液里进或在铬酸盐溶液里进行行填充处理填充处理2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2 2．钢铁磷化．钢铁磷化定义：定义：金属在含有金属在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜磷酸盐保护膜性能：性能：5~20μm，暗灰到黑灰色暗灰到黑灰色 微孔结构，结合牢固，良好的吸附、润滑、耐蚀微孔结构，结合牢固，良好的吸附、润滑、耐蚀性，不粘附熔融金属性，不粘附熔融金属（锡、铝、锌）（锡、铝、锌）及绝缘性及绝缘性作用：作用：涂料的底层，冷加工时润滑层，金属表面保护层，涂料的底层，冷加工时润滑层，金属表面保护层，硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理特点：特点：设备简单、操作方便、成本低、生产效率高设备简单、操作方便、成本低、生产效率高2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)1 1、磷化膜的形成机理、磷化膜的形成机理n磷化处理是在含锰、铁、锌的磷化处理是在含锰、铁、锌的磷酸二氢盐磷酸二氢盐与磷酸与磷酸组成的溶液中进行的。

组成的溶液中进行的n这些磷酸二氢盐可用这些磷酸二氢盐可用M(H2PO4)2表示n处理过程中，生成含锰、铁、锌的一价、二价和处理过程中，生成含锰、铁、锌的一价、二价和三价磷酸盐三价磷酸盐n一价磷酸盐可溶，二价磷酸盐稍溶，一价磷酸盐可溶，二价磷酸盐稍溶，三价磷酸盐三价磷酸盐不溶解不溶解n三价磷酸盐在金属表面沉积即形成所谓的磷化膜三价磷酸盐在金属表面沉积即形成所谓的磷化膜 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)l含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸含有锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸l磷化层：磷化层：Fe3(PO4)2, Mn3(PO4)2, Zn3(PO4)22024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2 2、磷化处理工艺、磷化处理工艺（（1）高温磷化）高温磷化 90~98℃℃Ø优点：优点：膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快Ø缺点：缺点：工作温度高、能耗大、溶液蒸发量大，结晶粗细不均工作温度高、能耗大、溶液蒸发量大，结晶粗细不均（（2）中温磷化）中温磷化 50~70℃℃Ø优点：优点：耐蚀性较好、溶液稳定、速度快，生产效率高耐蚀性较好、溶液稳定、速度快，生产效率高Ø缺点：缺点：溶液成分较复杂，调整麻烦溶液成分较复杂，调整麻烦（（3）常温磷化）常温磷化 15~35℃℃Ø优点：优点：不需加热，节约能源，成本低、溶液稳定不需加热，节约能源，成本低、溶液稳定Ø缺点：缺点：膜层耐蚀性、结合力差，处理时间长、效率低膜层耐蚀性、结合力差，处理时间长、效率低2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)3 3、后处理、后处理Ø填充填充 重铬酸钾重铬酸钾+碳酸钠碳酸钠 90~98℃℃ 5~10minØ填充后，根据需要在锭子油、防锈油或润滑油填充后，根据需要在锭子油、防锈油或润滑油中进行封闭。

中进行封闭Ø如需涂漆，应在钝化处理干燥后进行，工序间如需涂漆，应在钝化处理干燥后进行，工序间隔不超过隔不超过24小时2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)4.3  铝及其合金的氧化处理铝及其合金的氧化处理（一）化学氧化（一）化学氧化l按溶液性质按溶液性质：碱性氧化法、酸性氧化法：碱性氧化法、酸性氧化法l按膜层性质按膜层性质：：氧化物膜、磷酸盐膜氧化物膜、磷酸盐膜 铬酸盐膜、铬酸铬酸盐膜、铬酸—磷酸盐膜磷酸盐膜特点：特点：氧化膜较薄（氧化膜较薄（0.5~4μm），且多孔、质软，），且多孔、质软，具有较好的吸附性具有较好的吸附性用途：用途：有机涂层的底层、耐磨性、耐蚀性稍差有机涂层的底层、耐磨性、耐蚀性稍差2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)（二）阳极氧化（电化学氧化处理）（二）阳极氧化（电化学氧化处理）特点：特点：厚度厚度5~20μm，有较高硬度、耐蚀性、耐，有较高硬度、耐蚀性、耐热和绝缘性，热和绝缘性，多孔多孔，有很好的，有很好的吸附能力吸附能力定义：定义：将铝或铝合金制件浸沉于将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液酸性电解液中，中，在外电流作用下作为在外电流作用下作为阳极阳极，在制件表面上形，在制件表面上形成与基体牢固结合的成与基体牢固结合的氧化膜层氧化膜层。

2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)1 1、氧化膜的形成与生长、氧化膜的形成与生长l中等溶解能力的中等溶解能力的酸性溶液酸性溶液，，铅铅作为阴极，仅起导电作用作为阴极，仅起导电作用阳极反应：阳极反应：阴极反应：阴极反应：l同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解溶解l氧化膜的生长过程就是其不断生成和不断溶解的过程2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)整个阳极氧化电压整个阳极氧化电压—时间曲线大致分三段时间曲线大致分三段Ø第一段第一段ab（（A段）：段）：无孔层形成无孔层形成，连续、绝缘，，连续、绝缘，0.01~0.1μmØ第二段第二段bc（（B段）：段）：多孔层形成多孔层形成，溶解作用开始，最薄处空穴，，溶解作用开始，最薄处空穴， 电压下降电压下降10~15%Ø第三段第三段cd（（C段）：段）：多孔层增厚多孔层增厚2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2 2、阳极氧化工艺、阳极氧化工艺Ø硫酸阳极氧化硫酸阳极氧化Ø铬酸阳极氧化铬酸阳极氧化Ø草酸阳极氧化草酸阳极氧化Ø硼酸阳极氧化硼酸阳极氧化2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)3 3、着色处理、着色处理1 1）无机颜料着色）无机颜料着色机理：机理：物理吸附物理吸附，即无机颜料吸附于膜层微孔的表，即无机颜料吸附于膜层微孔的表面进行填充面进行填充2 2）有机染料着色）有机染料着色机理：机理：物理吸附、化学吸附与化学反应物理吸附、化学吸附与化学反应相结合相结合3 3）电解着色）电解着色机理：机理：在含有重金属盐的电解液中进行电解在含有重金属盐的电解液中进行电解2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)4 4、氧化膜的封闭处理、氧化膜的封闭处理孔隙率高，吸附性强，孔隙率高，吸附性强，易污染易污染（（1 1）沸水和蒸气封闭法）沸水和蒸气封闭法γ-Al2O3→ 一水化合物一水化合物 体积增加体积增加33% 三水化合物三水化合物 体积增加体积增加100%原理：原理：较高温度下无水氧化铝的水化作用较高温度下无水氧化铝的水化作用2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)（（2 2）水解盐封闭法）水解盐封闭法原理：原理：钴盐、镍盐的极稀溶液被氧化膜吸附后，发生钴盐、镍盐的极稀溶液被氧化膜吸附后，发生水解水解lNi(OH)2, Co(OH)2沉积在氧化膜的微孔中，将孔封闭沉积在氧化膜的微孔中，将孔封闭2024/8/1431金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)（（4 4）填充封闭法）填充封闭法有机物质有机物质如：透明清漆、熔融石蜡，各种树脂及干性油等。

如：透明清漆、熔融石蜡，各种树脂及干性油等3 3）重铬酸盐封闭法）重铬酸盐封闭法原理：原理：填充及水化填充及水化双重封闭作用双重封闭作用ü较高温度下生成较高温度下生成碱式铬酸铝及重铬酸铝碱式铬酸铝及重铬酸铝沉淀于膜孔，沉淀于膜孔，ü热溶液使氧化膜产生水化热溶液使氧化膜产生水化2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)5、影响氧化膜质量的因素影响氧化膜质量的因素 n①①硫酸浓度：通常采用硫酸浓度：通常采用1515％～％～2020％浓度升高，％浓度升高，膜的溶解速度加大，膜的生长速度降低，膜的孔膜的溶解速度加大，膜的生长速度降低，膜的孔隙率高，吸附力强，富有弹性，染色性好（易于隙率高，吸附力强，富有弹性，染色性好（易于染深色），但硬度，耐磨性略差；而降低硫酸浓染深色），但硬度，耐磨性略差；而降低硫酸浓度，则氧化膜生长速度加快，膜的孔隙少，硬度度，则氧化膜生长速度加快，膜的孔隙少，硬度高，耐磨性好高，耐磨性好n②②电解液温度：电解液温度对氧化膜质量影响很电解液温度：电解液温度对氧化膜质量影响很大。

温度升高，膜的溶解速度加大，膜厚降低温度升高，膜的溶解速度加大，膜厚降低因此，生产时必须严格控制电解液的温度要制因此，生产时必须严格控制电解液的温度要制取厚而硬的氧化膜时，必须降低操作温度，在氧取厚而硬的氧化膜时，必须降低操作温度，在氧化过程中采用压缩空气搅拌和比较低的温度，通化过程中采用压缩空气搅拌和比较低的温度，通常在零度左右进行硬质氧化常在零度左右进行硬质氧化2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)n③③电流密度：在一定限度内，电流密度升高，膜生长速度电流密度：在一定限度内，电流密度升高，膜生长速度升高，氧化时间缩短，生成膜的孔隙多，易于着色，且硬升高，氧化时间缩短，生成膜的孔隙多，易于着色，且硬度和耐磨性升高；电流密度过高，则会因焦耳热的影响，度和耐磨性升高；电流密度过高，则会因焦耳热的影响，使零件表面过热和局部溶液温度升高，膜的溶解速度升高，使零件表面过热和局部溶液温度升高，膜的溶解速度升高，且有烧毁零件的可能；电流密度过低，则膜生长速度缓慢，且有烧毁零件的可能；电流密度过低，则膜生长速度缓慢，但生成的膜较致密，硬度和耐磨性降低但生成的膜较致密，硬度和耐磨性降低。

n④④氧化时间：氧化时间的选择，取决于电解液浓度、温度、氧化时间：氧化时间的选择，取决于电解液浓度、温度、阳极电流密度和所需要的膜厚相同条件下阳极电流密度和所需要的膜厚相同条件下, ,当电流密度当电流密度恒定时恒定时, ,膜的生长速度与氧化时间成正比；但当膜生长到膜的生长速度与氧化时间成正比；但当膜生长到一定厚度时一定厚度时, ,由于膜电阻升高由于膜电阻升高, ,影响导电能力影响导电能力, ,而且由于温而且由于温升升, ,膜的溶解速度增大，所以膜的生长速度会逐渐降低，膜的溶解速度增大，所以膜的生长速度会逐渐降低，到最后不再增加到最后不再增加2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)n⑤⑤搅拌和移动：可促使电解液对流搅拌和移动：可促使电解液对流,强化冷却效果，保证溶强化冷却效果，保证溶液温度的均匀性，不会造成因金属局部升温而导致氧化膜液温度的均匀性，不会造成因金属局部升温而导致氧化膜的质量下降的质量下降n⑥⑥电解液中的杂质：在铝阳极氧化所用电解液中可能存在电解液中的杂质：在铝阳极氧化所用电解液中可能存在的杂质有的杂质有Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+等。

其中等其中Clˉ,Fˉ,NO3ˉ使膜的孔隙率增加使膜的孔隙率增加,表面粗糙和疏松若其含表面粗糙和疏松若其含量超过极限值量超过极限值,甚至会使制件发生腐蚀穿孔（甚至会使制件发生腐蚀穿孔（Clˉ应小于应小于0.05g/L,Fˉ应小于应小于0.01g/L）；当电解液中）；当电解液中Al3+含量超过一含量超过一定值时，往往使工件表面出现白点或斑状白块定值时，往往使工件表面出现白点或斑状白块,并使膜的吸并使膜的吸附性能下降附性能下降,染色困难（染色困难（Al3+应小于应小于20g/L）；当）；当Cu2+含量含量达达0.02g/L时，氧化膜上会出现暗色条纹或黑色斑点；时，氧化膜上会出现暗色条纹或黑色斑点；Si2+常以悬浮状态存在于电解液中常以悬浮状态存在于电解液中,使电解液微量混浊使电解液微量混浊,以褐色以褐色粉状物吸附于膜上粉状物吸附于膜上 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)n⑦⑦铝合金成分：一般来说铝合金成分：一般来说, ,铝金属中的其它元素使铝金属中的其它元素使膜的质量下降，且得到的氧化膜没有纯铝上得到膜的质量下降，且得到的氧化膜没有纯铝上得到的厚的厚, ,硬度也低，不同成分的铝合金硬度也低，不同成分的铝合金, ,在进行阳极在进行阳极氧化处理时要注意不能同槽进行。

氧化处理时要注意不能同槽进行2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)4.4 微弧氧化微弧氧化n定义：定义：微弧氧化微弧氧化(Microarc oxidation，，MAO)又称又称微等离子体氧化，是通过电解液与相应电参数的微等离子体氧化，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层化物为主的陶瓷膜层n在微弧氧化过程中，化学氧化、电化学氧化、等在微弧氧化过程中，化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在，因此陶瓷层的形成过程非离子体氧化同时存在，因此陶瓷层的形成过程非常复杂，至今还没有一个合理的模型能全面描述常复杂，至今还没有一个合理的模型能全面描述陶瓷层的形成陶瓷层的形成 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)1、发展历史、发展历史n3030年代初期，第一次报道了在高电场下，浸在液体里金属年代初期，第一次报道了在高电场下，浸在液体里金属表面出现火花放电现象，火花对氧化膜具有表面出现火花放电现象，火花对氧化膜具有破坏破坏作用。

后作用后来研究发现利用此现象也可来研究发现利用此现象也可生成氧化膜生成氧化膜n此技术最初采用此技术最初采用直流模式直流模式，应用于镁合金的防腐上，直到，应用于镁合金的防腐上，直到现在，镁合金火花放电阳极氧化技术仍在研究开发之中现在，镁合金火花放电阳极氧化技术仍在研究开发之中n约从约从7070年代开始，美国和德国等用直流或单向脉冲电源开年代开始，美国和德国等用直流或单向脉冲电源开始研究始研究AlAl、、TiTi等阀金属表面火花放电沉积膜等阀金属表面火花放电沉积膜n俄罗斯的研究人员俄罗斯的研究人员19771977年开始此技术的研究他们采用年开始此技术的研究他们采用交交流电流电压模式，使用电压比火花放电阳极氧化高，并称之为压模式，使用电压比火花放电阳极氧化高，并称之为微弧氧化微弧氧化2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)n进入进入9090年代以来，美、德、俄、日等国加快了微年代以来，美、德、俄、日等国加快了微弧氧化或火花放电阳极氧化技术的研究开发工作弧氧化或火花放电阳极氧化技术的研究开发工作n我国从我国从9090年代初开始关注此技术，目前仍处于起年代初开始关注此技术，目前仍处于起步阶段。

步阶段n目前目前俄罗斯俄罗斯在研究规模和水平上在研究规模和水平上占据优势占据优势使用交流电源在铝合金表面生长的陶瓷氧化膜性能比交流电源在铝合金表面生长的陶瓷氧化膜性能比直流电源高得多，交流模式是微弧氧化技术的重直流电源高得多，交流模式是微弧氧化技术的重要发展方向要发展方向2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2、微弧氧化技术的原理、微弧氧化技术的原理n1））Al、、Mg、、Ti等金属样品放入电解液中，通电后金属表等金属样品放入电解液中，通电后金属表面立即生成很薄一层完整的氧化物绝缘膜面立即生成很薄一层完整的氧化物绝缘膜n2）当样品上的电压超过某一临界值时，这层绝缘膜上某）当样品上的电压超过某一临界值时，这层绝缘膜上某些薄弱环节被击穿，发生微弧放电现象些薄弱环节被击穿，发生微弧放电现象n3）因为击穿总是在氧化膜相对薄弱部位发生，因此最终）因为击穿总是在氧化膜相对薄弱部位发生，因此最终生成的氧化膜是均匀的生成的氧化膜是均匀的n4）在以铝、钛、镁金属及其合金表面形成优质的强化陶）在以铝、钛、镁金属及其合金表面形成优质的强化陶瓷膜达到表面强化的目的达到表面强化的目的。

 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)3、微弧氧化技术的突出特点、微弧氧化技术的突出特点n（（1）大幅度地提高了材料的表面硬度，显微硬度在）大幅度地提高了材料的表面硬度，显微硬度在1000至至2000HV，最高可达，最高可达3000HV，可与硬质合金相媲美，大，可与硬质合金相媲美，大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度；大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度；n（（2）良好的耐磨性能；）良好的耐磨性能；n（（3）良好的耐热性及抗腐蚀性从根本上克服了铝、镁、）良好的耐热性及抗腐蚀性从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前钛合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前景；景；n（（4）有良好的绝缘性能，绝缘电阻可达）有良好的绝缘性能，绝缘电阻可达100MΩ；；n（（5）溶液为环保型，符合环保排放要求；）溶液为环保型，符合环保排放要求；n（（6）工艺稳定可靠，设备简单；）工艺稳定可靠，设备简单；n（（7）反应在常温下进行，操作方便，易于掌握；）反应在常温下进行，操作方便，易于掌握；n（（8）基体原位生长陶瓷膜，结合牢固，陶瓷膜致密均匀。

基体原位生长陶瓷膜，结合牢固，陶瓷膜致密均匀 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)4、微弧氧化所需设备、微弧氧化所需设备n1、输入电源、输入电源 n    三相三相380V电压 n2、微弧氧化电源、微弧氧化电源 n　　因电压要求较高，需专门定制通常配备硅变压器　　因电压要求较高，需专门定制通常配备硅变压器 n　　电源输出电压：　　电源输出电压：0—750V可调可调 n　　电源输出最大电流：　　电源输出最大电流：5A、、10A、、30A、、50A、、100A等等可选 n3、微弧氧化槽及配套设施、微弧氧化槽及配套设施 n　　槽体可选用　　槽体可选用PP、、PVC等材质，外套不锈钢加固可外等材质，外套不锈钢加固可外加冷却设施或配冷却内胆加冷却设施或配冷却内胆 n4、挂具及阴极材料、挂具及阴极材料 n　　挂具可选用铝或铝合金材质，阴极材料选用不溶性金　　挂具可选用铝或铝合金材质，阴极材料选用不溶性金属材料，推荐不锈钢属材料，推荐不锈钢 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜) HD-30型微弧氧化脉型微弧氧化脉冲电源设备冲电源设备 配冷却内胆的微弧氧化配冷却内胆的微弧氧化槽槽 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)5、微弧氧化槽液、微弧氧化槽液n　　微弧氧化主要针对铝、镁、钛等材质。

铝钛可选用同微弧氧化主要针对铝、镁、钛等材质铝钛可选用同一种液体一种液体 n1. 氧化液密度：不同液体有不同比重，大体比重在氧化液密度：不同液体有不同比重，大体比重在1.0—1.1不等 n2. 氧化液工作电压：氧化液工作电压：400V—750V n3. 电流密度：液体不同，工件电流密度不同大体约：每电流密度：液体不同，工件电流密度不同大体约：每平方分米平方分米0.01—0.1安培但也有大电流情况出现，且超过安培但也有大电流情况出现，且超过每平方分米每平方分米8安培 n4. 微弧氧化时间：微弧氧化时间：10—60分钟，时间越长，膜层越致密，分钟，时间越长，膜层越致密，但粗糙度也增加但粗糙度也增加 n5. 液体酸碱度：碱性，液体酸碱度：碱性，PH通常为通常为8—13 n6. 微弧氧化工艺流程：去油微弧氧化工艺流程：去油 ---- 水洗水洗 ---- 微弧氧化微弧氧化 ---- 纯纯水洗水洗 ---- 封闭封闭 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)6、微弧氧化影响因素、微弧氧化影响因素n1. 工件材质及表面状态工件材质及表面状态 n　　（　　（1）微弧氧化对铝材要求不高，不管是含铜或是含）微弧氧化对铝材要求不高，不管是含铜或是含硅的难以阳极氧化的铝合金，均可用于微弧氧化，且能得硅的难以阳极氧化的铝合金，均可用于微弧氧化，且能得到理想膜层。

到理想膜层 n　　（　　（2）表面状态一般不需要经过抛光处理，对于粗糙）表面状态一般不需要经过抛光处理，对于粗糙的表面，经过微弧氧化，可修复得平整光滑；对于光滑的的表面，经过微弧氧化，可修复得平整光滑；对于光滑的表面，则会增加粗糙度表面，则会增加粗糙度 n2. 液体成分对氧化造成的影响液体成分对氧化造成的影响 n　　电解液成分是得到合格膜层的关键因素一般选用含　　电解液成分是得到合格膜层的关键因素一般选用含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液，如硅酸盐、磷酸有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液，如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等在相同的微弧电解电压下，电解质浓度越盐、硼酸盐等在相同的微弧电解电压下，电解质浓度越大，成膜速度就越快，溶液温度上升越慢，反之，成膜速大，成膜速度就越快，溶液温度上升越慢，反之，成膜速度较慢，溶液温度上升较快度较慢，溶液温度上升较快 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)n3. 3. 温度对微弧氧化的影响温度对微弧氧化的影响 n　　微弧氧化与阳极氧化不同，所需温度范围较宽一般　　微弧氧化与阳极氧化不同，所需温度范围较宽一般为为10—9010—90度。

温度高，成膜快，但粗糙度也增加且温度度温度高，成膜快，但粗糙度也增加且温度高，会形成水气一般建议在高，会形成水气一般建议在20—6020—60度由于微弧氧化以度由于微弧氧化以热能形式释放，所以液体温度上升较快，微弧氧化过程须热能形式释放，所以液体温度上升较快，微弧氧化过程须配备容量较大的热交换制冷系统以控制槽液温度配备容量较大的热交换制冷系统以控制槽液温度 n4. 4. 时间对微弧氧化的影响时间对微弧氧化的影响 n　　微弧氧化时间一般控制在　　微弧氧化时间一般控制在1010～～60min60min氧化时间越长，氧化时间越长，膜的致密性越好，但其粗糙度也增加膜的致密性越好，但其粗糙度也增加 n5. 5. 阴极材料阴极材料 n　　阴极材料可选用不锈钢，碳钢，镍等，可将上述材料　　阴极材料可选用不锈钢，碳钢，镍等，可将上述材料悬挂使用或做成阴极槽体悬挂使用或做成阴极槽体 n6. 6. 后处理对微弧氧化的影响后处理对微弧氧化的影响 n　　微弧氧化过后，工件可不经过任何处理直接使用，也　　微弧氧化过后，工件可不经过任何处理直接使用，也可进行封闭，电泳，抛光等后续处理可进行封闭，电泳，抛光等后续处理。

2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)微弧氧化表面形貌微弧氧化表面形貌2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)铝合金微弧氧化零件铝合金微弧氧化零件 镁合金微弧氧化零件镁合金微弧氧化零件 钛合金微弧氧化零件钛合金微弧氧化零件 2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)7、微弧氧化和阳极氧化技术比较、微弧氧化和阳极氧化技术比较　　微弧氧化微弧氧化阳极氧化阳极氧化电压、电流电压、电流高压、强流高压、强流低压、电流密度小低压、电流密度小工艺流程工艺流程去油去油→微弧氧化微弧氧化碱蚀碱蚀→酸洗酸洗→机械性清理机械性清理→阳极氧化阳极氧化→封孔封孔溶液性质溶液性质碱性溶液碱性溶液酸性溶液酸性溶液工作温度工作温度＜＜45℃低温低温氧化类型氧化类型化学氧化、电化学氧化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化化、等离子体氧化化学氧化、电化学氧化化学氧化、电化学氧化氧化膜相结构氧化膜相结构晶态氧化物（如晶态氧化物（如α-Al2O3、、γ-Al2O3））无定形相无定形相2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)镁合金微弧氧化不同时刻的样品表面状态镁合金微弧氧化不同时刻的样品表面状态2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)微弧氧化处理铝合金天然气汽车发动机活塞微弧氧化处理铝合金天然气汽车发动机活塞2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)微弧氧化处理铝合金汽油机气缸内壁（替代电镀铬工艺，彻底解决污染排放问题）2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)微弧氧化处理(a)登陆艇铝合金桨叶(b)镁合金吊舱组件2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)微弧氧化处理的镁合金车前体和轮毂（通用汽车）2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)8、微弧氧化膜的应用、微弧氧化膜的应用2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)4.5 转化膜技术的发展动向转化膜技术的发展动向n1. 化学表面处理技术必须与新的涂装技术发展相适应，即化学表面处理技术必须与新的涂装技术发展相适应，即开发和研制适合于新型涂料和涂装方式的化学处理剂；开发和研制适合于新型涂料和涂装方式的化学处理剂；n2. 开发研制不产生污染的化学处理剂；开发研制不产生污染的化学处理剂；n3. 开发研制对金属件无需清理即不形成保护转化膜的化学开发研制对金属件无需清理即不形成保护转化膜的化学处理剂；处理剂； n4. 开发研制能简化工艺，缩短流程的化学处理剂；开发研制能简化工艺，缩短流程的化学处理剂；n5. 开发研制应用于大型构件的化学处理剂；开发研制应用于大型构件的化学处理剂；n6. 开发具有更高硬度，更耐磨的转化膜；开发具有更高硬度，更耐磨的转化膜；n7. 开发具有更致密，保护性能更好的转化膜；开发具有更致密，保护性能更好的转化膜；n8. 开发具有特殊功能的转化膜。

开发具有特殊功能的转化膜2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)作业作业n1. 铬酸盐处理是一种常用的化学转化膜处铬酸盐处理是一种常用的化学转化膜处理方式，请例举一种使用铬酸盐处理的实理方式，请例举一种使用铬酸盐处理的实例，写出其工艺流程例，写出其工艺流程n2. 解释钢铁高温氧化原理解释钢铁高温氧化原理2024/8/14金属的化学处理金属的化学处理(化学转化膜化学转化膜)。