化学转化膜课堂PPT

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1、表面技术概论表面技术概论化学转化膜化学转化膜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1.1 什么是化学转化膜什么是化学转化膜1.2 化学转化膜的用途化学转化膜的用途1.概述概述1.1.概述概述化学转化学转化膜：化膜：其反应一般式可以写成其反应一般式可以写成 mM+nAz-=MmAn+nzen化学转化膜的形成有基体金属的参与，故可以看做化学转化膜的形成有基体金属的参与，故可以看做金属金属的受控腐蚀过程。的受控腐蚀过程。将金属部件置于选定的介质条件

2、下，使表将金属部件置于选定的介质条件下，使表层金属和介质中的阴离子发生反应，生成层金属和介质中的阴离子发生反应，生成附着牢固的稳定化合物附着牢固的稳定化合物。化学转化膜的组成化学转化膜的组成并不总是象这样简并不总是象这样简单的典型化合物单的典型化合物处理方法处理方法转化膜类型转化膜类型受转化金属受转化金属 钛合金钛合金镁合金镁合金铝和铝合金铝和铝合金 铜和铜合金铜和铜合金钢钢锌和锌合金锌和锌合金 A.A.电化学法电化学法 (阳极极化阳极极化)B.B.化学法化学法1.1.化学氧化化学氧化2.2.草酸盐处理草酸盐处理 3.3.磷酸盐处理磷酸盐处理 4.4.铬酸盐处理铬酸盐处理氧化物膜氧化物膜草酸盐

3、膜草酸盐膜磷酸盐膜磷酸盐膜 铬酸盐膜铬酸盐膜 各种金属上的化学转化膜及其分类各种金属上的化学转化膜及其分类防锈防锈 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1.2 1.2 化学转化膜的用途化学转化膜的用途n化学转化膜一般是与其它防护层联合组成多元的防护层化学转化膜一般是与其它防护层联合组成多元的防护层系统，化学转化膜常作为这个系统，化学转化膜常作为这个多元系统的底层多元系统的底层。n如如化学转化膜化学转化膜+油漆油漆涂层的多元防护系统。涂层的多元防护系统。如：如：铝合金铝合金制品阳极化处理、制品阳极化处理、钢铁制品钢铁制品化学氧化处理化学氧化处理1

4、.2 1.2 化学转化膜的用途化学转化膜的用途n锌镀层铬酸盐处理锌镀层铬酸盐处理可以得到彩虹色、军绿色、亮可以得到彩虹色、军绿色、亮白色、黑色等不同外观。白色、黑色等不同外观。n铝及其合金制品经过阳极化处理铝及其合金制品经过阳极化处理后获得多孔膜，后获得多孔膜，可以染上各种色彩。可以染上各种色彩。n如磷酸盐膜和草酸盐膜可以同时起到润滑和减摩如磷酸盐膜和草酸盐膜可以同时起到润滑和减摩的作用，从而允许工件在较高的负荷下进行加工。的作用，从而允许工件在较高的负荷下进行加工。n化学转化膜电阻大化学转化膜电阻大，使较活泼的金属电位正移，异，使较活泼的金属电位正移，异金属接触部件之间的电偶腐蚀可以大大减小

5、。金属接触部件之间的电偶腐蚀可以大大减小。n对钛、铝及其合金，因表面易钝化而导致电镀层结对钛、铝及其合金，因表面易钝化而导致电镀层结合不良。采用具有适当膜孔结构的化学转化膜作底层，合不良。采用具有适当膜孔结构的化学转化膜作底层，可以使镀层与基体金属牢固结合。可以使镀层与基体金属牢固结合。涂镀底层涂镀底层润滑和减磨润滑和减磨装饰作用装饰作用防止电偶腐蚀防止电偶腐蚀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 2.12.1钢铁的氧化处理钢铁的氧化处理n钢铁在含有钢铁在含有氧化剂氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的一层均匀的蓝黑到黑色膜层蓝黑到黑色膜层

6、的过程。的过程。n氧化膜主要氧化膜主要由由FeFe3 3O O4 4组成，膜厚一般为组成，膜厚一般为0.50.51.51.5 m m。n氧化膜的颜色呈氧化膜的颜色呈灰黑、深黑或蓝黑色灰黑、深黑或蓝黑色，称为，称为发蓝或发黑发蓝或发黑。n 化学氧化膜很薄化学氧化膜很薄，对零件的尺寸和精度几，对零件的尺寸和精度几乎没有影响。乎没有影响。n 化学氧化时不析氢化学氧化时不析氢，不会造成零件氢脆。，不会造成零件氢脆。n 广泛应用于精密仪器、电子设备、光学仪广泛应用于精密仪器、电子设备、光学仪器、仪表、弹簧和武器等的防护装饰。器、仪表、弹簧和武器等的防护装饰。电化学过程电化学过程 由于钢铁表面是不均匀的，

7、当将其浸入电解质溶液中时，表面上由于钢铁表面是不均匀的，当将其浸入电解质溶液中时，表面上将形成无数微电池。将形成无数微电池。在微阳极区发生铁的溶解：在微阳极区发生铁的溶解：Fe=FeFe=Fe2+2+2e+2e 在有氧化剂的强碱性介质中，溶解的铁发生转化，生成偏铁酸：在有氧化剂的强碱性介质中，溶解的铁发生转化，生成偏铁酸：6Fe6Fe2+2+NO+NO2 2-+11OH+11OH-=6HFeO=6HFeO2 2 +H+H2 2O+NHO+NH3 3 在微阴极区偏铁酸被还原在微阴极区偏铁酸被还原:HFeOHFeO2 2+e=HFeO+e=HFeO2 2-随之，随之，HFeOHFeO2 2与与HF

8、eOHFeO2 2-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 2HFeO2HFeO2 2+HFeO+HFeO2 2-=FeFe3 3O O4 4+OH+OH-+H+H2 2O On 钢铁表面化学氧化生成的氧化膜是由钢铁表面化学氧化生成的氧化膜是由FeFe3 3O O4 4组成组成n转化膜的形成：转化膜的形成：电化学和化学过程电化学和化学过程。化学氧化机理化学氧化机理化学过程化学过程n 钢铁表面在热碱溶液和氧化剂作用下生成亚铁酸钠钢铁表面在热碱溶液和氧化剂作用下生成亚铁酸钠 4Fe+NaNO3+7NaOH=4Na2FeO2+2H2O+NH3 n 亚铁酸钠进一步与溶液中的氧化剂

9、反应生成铁酸钠亚铁酸钠进一步与溶液中的氧化剂反应生成铁酸钠 2Na2FeO2+NaNO3+H2O=Na2Fe2O4+NaNO2+2NaOHn 铁酸钠铁酸钠(Na2Fe2O4)与亚铁酸钠与亚铁酸钠(Na2FeO2)相互作用生成磁性相互作用生成磁性氧化铁氧化铁 Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+4NaOH化学氧化机理化学氧化机理氧化膜的形成氧化膜的形成n 通过通过电化学反应和化学反应电化学反应和化学反应在钢铁表面附近生成在钢铁表面附近生成Fe3O4。n 由于由于Fe3O4在浓碱溶液中的溶解度极小，很快就从在浓碱溶液中的溶解度极小，很快就从 溶液中结溶液中结晶析出，在钢铁表面形

10、成晶核，晶析出，在钢铁表面形成晶核，n 晶核逐渐长大，形成一层连续致密的晶核逐渐长大，形成一层连续致密的黑色氧化膜黑色氧化膜。挂灰挂灰n 在形成在形成Fe3O4的同时，部分铁酸钠发生水解变为氢氧化铁的同时，部分铁酸钠发生水解变为氢氧化铁(含含水氧化铁水氧化铁)Na2Fe2O4+(m+1)H2O=Fe2O3mH2O+2NaOHn含水氧化铁在较高温度下失去部分水而形成红色沉淀物附在含水氧化铁在较高温度下失去部分水而形成红色沉淀物附在氧化膜表面，成为氧化膜表面，成为红色挂灰红色挂灰而影响氧化膜的质量。而影响氧化膜的质量。化学氧化机理化学氧化机理n为了提高化学氧化膜的抗蚀能力，氧化后应进行填为了提高化

11、学氧化膜的抗蚀能力，氧化后应进行填充处理。充处理。方法是：方法是：n (1)皂化处理：皂化处理：3050g/L的肥皂水溶液，的肥皂水溶液，8090，浸泡，浸泡12分钟。分钟。n (2)钝化处理：钝化处理：5080g/L的重铬酸钾的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，溶液，7080，浸泡，浸泡510分钟。分钟。n 浸油：在浸油：在105110的机油、锭子油或变压器油中的机油、锭子油或变压器油中浸浸510分钟。分钟。氧化膜的后处理氧化膜的后处理化学氧化机理化学氧化机理（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）单槽法操作简单，使用比较广泛，单槽法操作简单，使用比较广泛，配方配方1

12、 1：通用氧化液，操作方便，膜层美观光亮，但膜较薄；通用氧化液，操作方便，膜层美观光亮，但膜较薄；配方配方2 2：氧化速度快，膜层致密，但光亮度稍差。氧化速度快，膜层致密，但光亮度稍差。钢铁化学氧化单槽法工艺钢铁化学氧化单槽法工艺缺点：缺点：由于在较高温度下才能获得较厚的膜，容易产生红色挂灰。由于在较高温度下才能获得较厚的膜，容易产生红色挂灰。溶液组成及工艺条件12 氢氧化钠 g/L550650600700亚硝酸钠 g/L150200200250 重铬酸钾 g/L2532 温度 135145130135 氧化时间 min156015配方1配方2 第一槽第二槽第一槽第二槽 氢氧化钠 g/L500

13、600700800550650700800 亚硝酸钠 g/L100150150200 硝酸钠 g/L100150150200 温度 135140145152130135140150 氧化时 min1020456015203060 溶液组成及工艺条件钢铁化学氧化双槽工艺钢铁化学氧化双槽工艺双槽法双槽法:将钢铁部件在两个浓度和工艺条件不同的氧化溶液中进行两将钢铁部件在两个浓度和工艺条件不同的氧化溶液中进行两次氧化处理，氧化膜较厚，耐蚀性高，能消除零件表面的红色挂灰。次氧化处理，氧化膜较厚，耐蚀性高，能消除零件表面的红色挂灰。配方配方1 1：可以获得保护性能好的蓝黑色光亮氧化膜，可以获得保护性能好的

14、蓝黑色光亮氧化膜，配方配方2 2：可以获得较厚的黑色氧化膜。可以获得较厚的黑色氧化膜。0 15 30 45 60 75 901.51.00.5130C150C时间(min)膜厚(m)双槽法氧双槽法氧化中钢上化中钢上氧化膜的氧化膜的成长成长化学氧化双槽工艺化学氧化双槽工艺n氢氧化钠氢氧化钠浓度增加，氧化膜厚度增加，但易出现疏松或多孔缺陷。浓度增加，氧化膜厚度增加，但易出现疏松或多孔缺陷。浓度过高易产生红色挂灰。浓度过高易产生红色挂灰。浓度过低，生成氧化膜较薄，产生花斑，防护能力差。浓度过低，生成氧化膜较薄，产生花斑，防护能力差。n铁离子浓度铁离子浓度氧化溶液中必须含有一定量的铁离子才能使膜层致密

15、，结合氧化溶液中必须含有一定量的铁离子才能使膜层致密，结合牢固，牢固，含量一般控制在含量一般控制在0.50.52g/L2g/L。铁离子浓度过高，氧化速度降低，工件表面易出现红色挂灰。铁离子浓度过高，氧化速度降低，工件表面易出现红色挂灰。影响因素影响因素n氧化剂氧化剂提高氧化剂浓度可加快氧化速度，膜层致密、牢固。提高氧化剂浓度可加快氧化速度，膜层致密、牢固。当氧化剂浓度低时，得到的氧化膜疏松。当氧化剂浓度低时，得到的氧化膜疏松。n温度温度在碱性溶液中进行氧化处理，必须在沸腾温度下进行。在碱性溶液中进行氧化处理，必须在沸腾温度下进行。提高温度，氧化速度加快，膜层薄而致密。提高温度，氧化速度加快，膜

16、层薄而致密。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：nSeO2溶于水中生成亚硒酸溶于水中生成亚硒酸(H2SeO3)：n SeO2+H2O H2SeO3 n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+Cun金属金属Cu与与H2SeO3发生氧化还原反应，生成黑色的发生氧化还原反应，生成黑色的硒化硒化铜膜

17、铜膜，同时伴随着副反应发生，生成，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）现在常温发黑工艺：现在常温发黑工艺：CuSO4 2 g/L NiCl2 2 g/L SeO2 3 g/L RTB-I 2 g/L RTB-II 3 g/L OP-10 0.5 g/L pH 2.53.5 温度温度 540 时间时间 410min（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）n 硫酸铜和二氧化硒硫酸铜和二氧化硒 硫酸铜的浓度以硫酸铜的浓度以

18、1.53g/L 为宜，浓度低时膜的黑度不好；浓度高为宜，浓度低时膜的黑度不好；浓度高时置换铜的速度快，膜的结合力差。时置换铜的速度快，膜的结合力差。二氧化硒的浓度以二氧化硒的浓度以24g/L为宜，浓度低于为宜，浓度低于1.5g/L膜仍显红色。膜仍显红色。n 氯化镍氯化镍:是催化剂，可以提高成膜速度，浓度以是催化剂，可以提高成膜速度，浓度以1.53g/L为宜。浓度为宜。浓度小时催化作用不显著，大时反应速度太快，膜结合力差。小时催化作用不显著，大时反应速度太快，膜结合力差。n RTB-I和和RTB-II：络合剂和稳定剂：络合剂和稳定剂。RTB-I络合铜，控制置换速度，络合铜，控制置换速度，以保障结

19、合力。以保障结合力。RTB-II抑制沉淀物的产生，拓宽溶液对材质的适用性。抑制沉淀物的产生，拓宽溶液对材质的适用性。nOP-10是表面活性剂，作用是使膜均匀一致，消除发花现象。是表面活性剂，作用是使膜均匀一致，消除发花现象。npH值：值：控制在控制在2.53.5，小于，小于2.5时反应速度慢，膜质差；大于时反应速度慢，膜质差；大于3.5时溶液不稳定，产生白色沉淀。时溶液不稳定，产生白色沉淀。n 温度：温度：以以1535为好。温度低于为好。温度低于10 时反应速度较慢，黑度和时反应速度较慢，黑度和均匀性差；大于均匀性差；大于40时速度过快，结合力不好。时速度过快，结合力不好。n 时间：时间：处理

20、时间依据基体的成分和溶液温度而定，一般处理时间依据基体的成分和溶液温度而定，一般410分钟。分钟。时间太短形成的膜不连续，黑度不足；时间太长则膜厚而结合力差。时间太短形成的膜不连续，黑度不足；时间太长则膜厚而结合力差。（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）2.2 2.2 钢铁磷化钢铁磷化2.2 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：520m，暗灰到黑灰色。，暗灰到黑灰色。微孔结构

21、，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。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。磷化膜的性质与用途磷化膜的性质与用途涂漆的底层涂漆的底层n磷化膜是由基体金属与磷酸盐反应生成的，磷化膜是由基体金属与磷酸盐反应生成的，与基体结合牢固与基体结合牢固。n 磷化膜具

22、有微孔结构磷化膜具有微孔结构，吸附能力好。，吸附能力好。n磷化处理得当，可使漆膜附着力提高磷化处理得当，可使漆膜附着力提高23倍，整体耐腐蚀性提倍，整体耐腐蚀性提高高12倍。倍。冷加工润滑层冷加工润滑层n 磷化膜具有磷化膜具有良好的润滑性能良好的润滑性能，常用作冷变形加工时的润滑层常用作冷变形加工时的润滑层，可以减小摩擦，提高拉丝拉管速度，避免或减少表面拉伤和加工可以减小摩擦，提高拉丝拉管速度，避免或减少表面拉伤和加工裂纹，并能延长模具的使用寿命。裂纹，并能延长模具的使用寿命。磷化膜的性质与用途磷化膜的性质与用途耐蚀覆层耐蚀覆层n 磷化膜在大气中较稳定，与钢铁的氧化膜相比，其耐蚀性约高磷化膜在

23、大气中较稳定，与钢铁的氧化膜相比，其耐蚀性约高210倍，经填充、浸油或涂漆后，能进一步提高其耐蚀性能。倍，经填充、浸油或涂漆后，能进一步提高其耐蚀性能。电绝缘层电绝缘层n 磷化膜具有较高的电绝缘性磷化膜具有较高的电绝缘性(击穿电压为击穿电压为240380V，如果浸绝，如果浸绝缘漆可以提高到缘漆可以提高到1000V)，而且不影响基体材料的机械性能、强度和，而且不影响基体材料的机械性能、强度和磁性能，常用作一般变压器、电机转子和定子等的硅钢片绝缘处理。磁性能，常用作一般变压器、电机转子和定子等的硅钢片绝缘处理。防粘结防粘结n 磷化膜对熔融金属的附着力极差，因此可以用来防止零件粘附磷化膜对熔融金属的

24、附着力极差，因此可以用来防止零件粘附低熔点的熔融金属及局部防渗氮件、防止粘锡，还可避免压铸件与低熔点的熔融金属及局部防渗氮件、防止粘锡，还可避免压铸件与模具的粘结。模具的粘结。转化型磷转化型磷酸盐膜酸盐膜磷化膜的形成机理磷化膜的形成机理n钢铁表面上形成钢铁表面上形成由基体金属自身转化生成的磷酸盐和由基体金属自身转化生成的磷酸盐和氧化物组成的表面膜氧化物组成的表面膜，属于真正的化学转化膜。，属于真正的化学转化膜。转化型磷化工艺转化型磷化工艺 溶液组成及工艺条件1234 草酸 g/L552020 磷酸 g/L10或1510 草酸钠 g/L4444 磷酸二氢钠 g/L10101010 氯酸钠 g/L

25、512 硝酸钠 g/L512 亚硝酸钠 g/L0.60.6 温度2020或502020或50 时间 min5555转化型磷化机理转化型磷化机理磷酸盐膜的形成：磷酸盐膜的形成：总反应式：总反应式：4Fe+4NaH4Fe+4NaH2 2POPO4 4+3O+3O2 2=2FePO=2FePO4 4+Fe+Fe2 2O O3 3+2Na+2Na2 2HPOHPO4 4+3H+3H2 2O O 铁的溶解并与溶液中的磷酸根离子铁的溶解并与溶液中的磷酸根离子POPO4 43-3-反应生成磷酸铁，反应生成磷酸铁，磷酸二氢根离子磷酸二氢根离子H H2 2POPO4 4-转变为磷酸氢根离子转变为磷酸氢根离子HP

26、OHPO4 42-2-，FeFe和和O O2 2反应生成反应生成FeFe2 2O O3 3，析出的氢与氧反应生成水。析出的氢与氧反应生成水。磷化膜由磷化膜由FePOFePO4 4和和FeFe2 2O O3 3组成组成，其中，其中FePOFePO4 4含量达含量达60%60%。n转化型磷化膜很薄，只有转化型磷化膜很薄，只有1 1 m m左右左右(重约重约1g/m1g/m2 2，属轻膜，属轻膜)。膜的。膜的孔隙率很高孔隙率很高(约约2%)2%)。n因此转化型磷化膜非常适合于作涂料的底层。因此转化型磷化膜非常适合于作涂料的底层。l磷化层：磷化层：Fe3(PO4)2,Mn3(PO4)2,Zn3(PO4

27、)2本身含有重金属离子，通过溶液自身的反应生成膜本身含有重金属离子，通过溶液自身的反应生成膜层，称为假转化型或成膜型磷化；层，称为假转化型或成膜型磷化；假转化磷酸盐膜假转化磷酸盐膜n假转化型磷化膜是结晶型的，主要假转化型磷化膜是结晶型的，主要由锌、锰、铁的正磷酸盐所由锌、锰、铁的正磷酸盐所组成组成，颜色为浅灰到深灰色。，颜色为浅灰到深灰色。高温中温常温123456 磷酸二氢锰铁盐 g/L xFe(H2PO4)2yMn(H2PO4)23040404065 磷酸二氢锌 g/L Zn(H2PO4)22H2O304030405070 硝酸锌 Zn(NO3)26H2O g/L556512080100 5

28、0100 80100 硝酸锰 Mn(NO3)26H2O g/L152550 亚硝酸钠 NaNO2 g/L0.21 氧化锌 ZnO g/L48 氟化钠 NaF g/L34.5 乙二胺四乙酸 g/L C10H16O8N212 游离酸度 点3.55693757.53446 总酸度 点3650 4058 90120 608050907595 温度 9498 8895 5565607020301535 时间 min1520 81520101530452040 溶液组成及工艺条件准转化型磷化工艺准转化型磷化工艺磷化处理工艺磷化处理工艺（1）高温磷化）高温磷化 9098优点：优点：膜层厚、耐蚀性、结合力、耐

29、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 5070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 1535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、效率低钢的高温磷化膜结构钢的高温磷化

30、膜结构后处理后处理填充填充 重铬酸钾重铬酸钾+碳酸钠碳酸钠 9098 510min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。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。小时。影响磷化膜性质的因素影响磷化膜性质的因素(1)(1)表面预处理：表面预处理：表面预处理方法表面预处理方法对磷化过程、磷化膜的对磷化过程、磷化膜的性质、磷化膜晶格点阵的畸变程度和类型性质、磷化膜晶格点阵的畸变程度和类型有很大的影响。有很大的影响。在各种清净方式中以在各种清净方式中以机械清理特别是喷砂机械

31、清理特别是喷砂的效果最好，的效果最好，最有利于磷化膜的生成。最有利于磷化膜的生成。(2)(2)磷化条件的影响：磷化条件的影响：磷化膜的质量还取决于磷化溶液的磷化膜的质量还取决于磷化溶液的浓度、组成和温度。氢离子的浓度、重金属离子和浓度、组成和温度。氢离子的浓度、重金属离子和H H2 2POPO4 4 离子对成膜反应有很大的影响。离子对成膜反应有很大的影响。(3)(3)钝化的影响：钝化的影响：在稀铬酸或铬酸盐溶液在稀铬酸或铬酸盐溶液(0.01(0.01)里进行里进行后处理，后处理，可以减小磷化膜自由孔隙面积可以减小磷化膜自由孔隙面积，不仅可提高抗蚀性，还可改善用，不仅可提高抗蚀性，还可改善用漆层

32、的性能。漆层的性能。(4)(4)温度的影响：温度的影响：磷酸锌膜晶体结构相当于磷酸锌膜晶体结构相当于-磷锌矿磷锌矿ZnZn3 3(PO(PO4 4)2 2 4H4H2 2OO，在，在105105 C C，140140 C C，163163 C C分别可形成分别可形成-磷锌矿磷锌矿(斜方晶系片状体斜方晶系片状体)、-磷锌矿磷锌矿(斜方晶系斜方晶系)以及以及-磷锌矿磷锌矿(单斜晶单斜晶系系)结晶。结晶。(5)(5)钢的成分的影响：钢的成分的影响：当磷化溶液不能溶解合金时，产生的膜是当磷化溶液不能溶解合金时，产生的膜是多孔的，膜生长不好；在离子浓度低时使合金钢难以磷化。多孔的，膜生长不好；在离子浓度

33、低时使合金钢难以磷化。影响磷化膜性质的因素影响磷化膜性质的因素膜重范围(g/m2)耐盐雾 性能 室内防锈期 及应用范例工序间防锈锌系、锌钙系510无或钝化0.53.0月库存防锈锌系、锌锰系1020钝化或浸油820312月长效防锈锌系、锌锰系1030浸防锈油、涂脂4812012年拉丝拉管锌系、锌钙系515硼砂或皂化处理冷加工深冲锌系、锌钙系115皂化冷加工挤压锌系1030皂化精密配合承载锰系13浸油活塞环压缩机等大配合承载锰系530浸油齿轮离合器片等用 途常用磷化体系后处理工序工业应用工业应用无或铬钝化7201200静电喷漆锌系、锌钙系1.03.5无零部件仪表等粉末涂装锌系、非晶轻铁系 0.53

34、.0无500电器办公具等空气喷漆锌系、锌钙系2.04.5无零部件电柜等锌系、锌锰镍系3 3 铝及其合金的氧化处理铝及其合金的氧化处理铝是活泼金属铝是活泼金属(标准电位标准电位-1.66V)-1.66V)，又是易钝化金属，在空气，又是易钝化金属，在空气中表面很容易生成天然氧化物膜，中表面很容易生成天然氧化物膜，为什么还要进行阳极氧化为什么还要进行阳极氧化?因为在空气中生成的因为在空气中生成的自然氧化物膜只有自然氧化物膜只有0.010.010.10.1 m m厚厚，保护作用，保护作用差。经阳极化处理，可以使氧化膜增厚至几十甚至几百差。经阳极化处理，可以使氧化膜增厚至几十甚至几百微米微米。铝及铝合金

35、的阳极化是将铝铝及铝合金的阳极化是将铝(或铝合金或铝合金)制品浸在电解液制品浸在电解液(硫酸、铬硫酸、铬酸、草酸溶液酸、草酸溶液)中，作为阳极通电进行电解，使铝表面生成需要厚中，作为阳极通电进行电解，使铝表面生成需要厚度的氧化物膜。度的氧化物膜。铝及铝合金的阳极化如何进行铝及铝合金的阳极化如何进行?阳极化过程中发生什么反应阳极化过程中发生什么反应?在通入阳极电流的情况下，铝表面上同时发生氧化物生在通入阳极电流的情况下，铝表面上同时发生氧化物生成反应成反应(成膜反应成膜反应)和氧化物的溶解反应和氧化物的溶解反应(溶膜反应溶膜反应)：控制溶液组成和工艺条件，控制溶液组成和工艺条件，使成膜反应速度大

36、于溶膜反使成膜反应速度大于溶膜反应速度应速度，就能使铝表面生成需要厚度的氧化物膜。，就能使铝表面生成需要厚度的氧化物膜。2Al+3H2O=Al2O3+6H+6e (成膜反应成膜反应)Al2O3+6H+=Al3+3H2O (溶膜反应溶膜反应)成膜反应究竟是如何进行？成膜反应究竟是如何进行？为什么阳极化要使用酸性溶液？为什么阳极化要使用酸性溶液？3.13.1铝阳极化的原理铝阳极化的原理n在在pH=4.45pH=4.458.588.58之间为之间为“钝钝化区化区。这种状态下氧化物膜极薄。这种状态下氧化物膜极薄。n为了得到厚度满足要求的氧化为了得到厚度满足要求的氧化物膜，阳极化过程的条件必须越物膜，阳

37、极化过程的条件必须越出钝化区。出钝化区。n在酸性溶液中，铝的氧化物处在酸性溶液中，铝的氧化物处于介稳状态。于介稳状态。氧化物膜在有限溶氧化物膜在有限溶解的同时继续生成，厚度达到工解的同时继续生成，厚度达到工业应用的要求。业应用的要求。0 2 4 6 8 10 12 14 pH 铝铝的的电电位位-p pH H 图图 钝化区 腐蚀区(碱性溶解)腐蚀区(酸性溶解)氧化物 介稳状 态区 免蚀区 2.0 1.00.0-1.0-2.0电极反应电极反应 在铝的阳极化过程中，在铝的阳极化过程中，铝作为阳极，表面发生氧化反应铝作为阳极，表面发生氧化反应 Al =Al3+3e (铝的溶解铝的溶解)2Al+3H2O

38、=Al2O3+6H+6e (成膜反应成膜反应)成膜反应可以分解为：成膜反应可以分解为：H2O=O+2H+2e 2Al+3O=Al2O3 在阴极上发生析氢反应：在阴极上发生析氢反应：2H+2e=H2 在酸溶液中，铝表面的氧化物发生化学溶解：在酸溶液中，铝表面的氧化物发生化学溶解：Al2O3+6H+=2Al3+3H2On膜的生成和溶解同时进行。膜的生成和溶解同时进行。选择合适的溶液和工艺条件，可以使膜选择合适的溶液和工艺条件，可以使膜的生成速度大于溶解速度的生成速度大于溶解速度，膜厚便不断增加。，膜厚便不断增加。氧化膜生成的特性曲线氧化膜生成的特性曲线左图的左图的阳极氧化电压阳极氧化电压-时间曲线

39、时间曲线的的试验体系：试验体系：铝试样铝试样 200g/L 硫酸溶液硫酸溶液 温度温度25、阳极电流密度阳极电流密度1A/dm2该曲线明显地分为该曲线明显地分为ab，bc，cd三三段，每一段都反映了氧化膜生长段，每一段都反映了氧化膜生长的特点。的特点。Vtabcd阳极氧化特性曲线阳极氧化特性曲线氧化膜的生成规律，可以用氧化过程的电压氧化膜的生成规律，可以用氧化过程的电压-时间曲线来说明。时间曲线来说明。Vtabcd阳极氧化特性曲线阳极氧化特性曲线abab段段：n在开始通电后的很短时间在开始通电后的很短时间内，电压急剧上升，这时铝内，电压急剧上升，这时铝表面生成一层致密的、具有表面生成一层致密的

40、、具有很高电阻的氧化膜，很高电阻的氧化膜，厚度约厚度约为为0.010.010.015 0.015 m m，称为密，称为密膜层或阻挡层。膜层或阻挡层。n密膜层阻碍了电流通过及密膜层阻碍了电流通过及氧化反应继续进行。密膜层氧化反应继续进行。密膜层的厚度在很大程度上取决于的厚度在很大程度上取决于外加电压。外加电压。外加电压越高，外加电压越高，密膜层厚度越大。密膜层厚度越大。密膜层密膜层铝基体铝基体Vtabcd阳极氧化特性曲线阳极氧化特性曲线n电解液对氧化膜的溶解速度越快，氧电解液对氧化膜的溶解速度越快，氧化膜越容易出现孔穴，化膜越容易出现孔穴，b b点的电压就越点的电压就越低，出现的时间越早。低，出

41、现的时间越早。n升高电解液温度，氧化膜的溶解速度升高电解液温度，氧化膜的溶解速度加快，加快，b b点电压降低，出现的时间提前。点电压降低，出现的时间提前。bcbc段段：当电压达到一定数值后开始下降，一般可当电压达到一定数值后开始下降，一般可以比其最高值下降以比其最高值下降101015%15%。这是由于电。这是由于电解液对氧化膜的溶解作用所致。解液对氧化膜的溶解作用所致。由于氧由于氧化膜的厚度不均匀，氧化膜最薄的化膜的厚度不均匀，氧化膜最薄的地方因溶解而形成孔穴，该处电阻地方因溶解而形成孔穴，该处电阻下降，电压也就随之下降。下降，电压也就随之下降。氧化膜上产生孔穴后，电解液得以与新的氧化膜上产生

42、孔穴后，电解液得以与新的铝表面接触，电化学反应又继续进行，氧铝表面接触，电化学反应又继续进行，氧化膜就能继续生长。化膜就能继续生长。孔穴孔穴密膜层密膜层铝基体铝基体Vtabcd阳极氧化特性曲线阳极氧化特性曲线cdcd段：段：n当电压下降到一定数值后不再下降，而趋于平稳。当电压下降到一定数值后不再下降，而趋于平稳。此时阻挡此时阻挡层的生成速度与溶解速度达到平衡，其厚度不再增加层的生成速度与溶解速度达到平衡，其厚度不再增加，因而电压，因而电压保持平稳。保持平稳。n阻挡层厚度不增加，但氧化并未停止，在孔穴底部氧化膜的生阻挡层厚度不增加，但氧化并未停止，在孔穴底部氧化膜的生成与溶解仍在继续进行，使孔穴

43、底部逐渐向金属基体内部移动。成与溶解仍在继续进行，使孔穴底部逐渐向金属基体内部移动。n随着氧化时间的延长，孔穴加深，形成孔隙和孔壁。孔壁与电随着氧化时间的延长，孔穴加深，形成孔隙和孔壁。孔壁与电解液接触的部分也同时被溶解并水化解液接触的部分也同时被溶解并水化(Al(Al2 2O O3 3.x xH H2 2O)O)，从而形成可，从而形成可以导电的孔膜层，其厚度由以导电的孔膜层，其厚度由1 1至几百微米。至几百微米。Al2O3H2O孔膜层密膜层铝基体 在阳极氧化的整个过程中，氧化膜的厚度不断增加。但但随着阳极化时随着阳极化时间的延长，膜的增厚速度减小。这是由于在阳极氧化过程中电流效率逐渐间的延长

44、，膜的增厚速度减小。这是由于在阳极氧化过程中电流效率逐渐下降造成的下降造成的。阳极电流效率下降的原因：随着膜厚增加，膜中的孔逐渐加深，电解液到达孔底越来越困难。由于孔穴中的真实电流密度很高，其外层水化程度加大，提高了导电能力，从而促使析氧加剧，降低了电流效率。氧化膜的化学溶解使氧化膜的量减少。阳极电流效率阳极电流效率 电 解 液电流密度,A/dm2 温度,阳极电流效率,%15%硫酸1.32579.463.8 3%草酸1.3223069.450.3 9%铬酸0.333552.4几种阳极化工艺的电流效率几种阳极化工艺的电流效率从氧化过程的分析知，从氧化过程的分析知，氧化膜的生长，是在已生成的氧化膜

45、下面，即氧化氧化膜的生长，是在已生成的氧化膜下面，即氧化膜与金属铝的交界处，向着基体金属生长膜与金属铝的交界处，向着基体金属生长。在这个过程中，电解液必须到达孔隙的底部使阻挡层溶解，孔内的电在这个过程中，电解液必须到达孔隙的底部使阻挡层溶解，孔内的电解液必须不断更新。实验测出，膜孔的孔径为解液必须不断更新。实验测出，膜孔的孔径为0.0150.0150.033 0.033 m m，在这样，在这样狭小的孔中，狭小的孔中，电解液如何进行更新？电解液如何进行更新？电解液是通过电解液是通过电渗析电渗析更新的。更新的。膜膜 孔孔 内内 的的 电电 渗渗 液液 流流 在电解液中水化了的在电解液中水化了的氧化

46、膜孔壁氧化膜孔壁表面带负电荷，在其附近的溶液中靠表面带负电荷，在其附近的溶液中靠近孔壁是带正电荷的离子。近孔壁是带正电荷的离子。由于电位由于电位差的影响，产生电渗液流，贴近孔壁差的影响，产生电渗液流，贴近孔壁带正电荷的液层向孔外流动，而外部带正电荷的液层向孔外流动，而外部的新鲜溶液沿孔的中心轴流向孔内。的新鲜溶液沿孔的中心轴流向孔内。这种电渗液流是氧化膜生长增厚这种电渗液流是氧化膜生长增厚的必要条件之一。的必要条件之一。密膜孔膜孔膜壁氧化膜的结构氧化膜的结构n通过电子显微镜观察，在硫酸、草通过电子显微镜观察，在硫酸、草酸、铬酸和磷酸等电解液中生成的酸、铬酸和磷酸等电解液中生成的氧化膜的结构基本

47、相似，氧化膜的结构基本相似，其孔体都其孔体都是六角形结构是六角形结构。n 靠近金属铝的内层为密膜层靠近金属铝的内层为密膜层(阻阻挡层挡层)，厚度，厚度0.010.05 m。n 外层为孔膜层，厚度可达外层为孔膜层，厚度可达250 m。3.23.2阳极氧化工艺阳极氧化工艺n铝阳极化工艺流程铝阳极化工艺流程预处理预处理阳极化阳极化后处理后处理除除 油油碱碱 蚀蚀出出 光光化学抛光或电化学抛光化学抛光或电化学抛光着着 色色封封 闭闭碱蚀碱蚀n除去制件在碱性除油中残存的氧化膜、表面变质层、除去制件在碱性除油中残存的氧化膜、表面变质层、渗入基体表面层的污物等，使表面均匀一致。渗入基体表面层的污物等，使表面

48、均匀一致。Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O 氧化膜溶解 2Al+2NaOH=2NaAlO2+3H2 铝的溶解 2NaAlO2+4H2O=2NaOH+2Al(OH)3 铝酸钠的水解碱蚀的碱蚀的反应反应:常用碱蚀工艺规范常用碱蚀工艺规范 溶液组成及操作条件123 氢氧化钠 g/L5010050605070 葡萄糖酸钠 g/L15 柠檬酸钠 g/L1.5 HD-87添加剂 ml/L2030 温度 408050706070 时间 min0.531668出出 光光n碱蚀之后铝表面上仍残留有不溶于碱的铜、锰、硅、碱蚀之后铝表面上仍残留有不溶于碱的铜、锰、硅、铁等合金元素，俗称铁等合金元素，俗

49、称“硅灰硅灰”，必须除去；同时中和铝，必须除去；同时中和铝表面碱性。表面碱性。对于一般工业纯铝及铝合金，采用对于一般工业纯铝及铝合金，采用3050%(vol)的硝酸溶液的硝酸溶液。高硅铝合金和铸铝合金，采用高硅铝合金和铸铝合金，采用HNO3 HF=1 3的混合酸的混合酸。对于建筑铝合金，因含硅、镁少，基本不含铜、对于建筑铝合金，因含硅、镁少，基本不含铜、锰、铁等，可采用锰、铁等，可采用废硫酸氧化液废硫酸氧化液，既废物利用，既废物利用，又可防止杂质带入氧化槽。又可防止杂质带入氧化槽。阳极化工艺种类阳极化工艺种类硫酸阳极化工艺硫酸阳极化工艺铬酸阳极化工艺铬酸阳极化工艺草酸阳极化工艺草酸阳极化工艺瓷

50、质阳极化工艺瓷质阳极化工艺硬质阳极化工艺硬质阳极化工艺硫酸阳极化工艺硫酸阳极化工艺n 直流法直流法1和交流法适用于一般铝及铝合金的防护和交流法适用于一般铝及铝合金的防护-装饰性氧化装饰性氧化n直流法直流法2适用于纯铝和铝镁合金装饰性氧化。适用于纯铝和铝镁合金装饰性氧化。特特 点点n可以得到厚度可以得到厚度520 m、无色透明的氧化膜，、无色透明的氧化膜，膜的硬度较高，膜的硬度较高，吸附能力强，易于染色吸附能力强，易于染色；n经封闭处理后耐蚀性较好，主要用于经封闭处理后耐蚀性较好，主要用于防护和装饰防护和装饰。直 流 法12 硫酸 g/L150200160170100150 温度 1525031

51、525 阳极电流密度 A/dm20.81.50.4624 电压 V182516201830 氧化时间 min2040602040 交流法电解液组成及工艺条件硫酸阳极化工艺硫酸阳极化工艺硫酸阳极化工艺硫酸阳极化工艺铬酸阳极化工艺铬酸阳极化工艺n工艺工艺1适用于一般机加工和钣金件，适用于一般机加工和钣金件，n工艺工艺2适用于经过抛光并允许公差小的零件，适用于经过抛光并允许公差小的零件，n工艺工艺3适用于纯铝及包铝零件。适用于纯铝及包铝零件。n氧化膜一般厚度只有氧化膜一般厚度只有25 m。膜层质软，弹性好，耐磨性差。膜层质软，弹性好，耐磨性差。n氧化膜呈灰色或者彩虹色，不透明，很难染色。氧化膜呈灰色

52、或者彩虹色，不透明，很难染色。n 膜的孔隙率很低，不经封闭处理即可使用。膜的孔隙率很低，不经封闭处理即可使用。膜层与有机涂料膜层与有机涂料结合力很好，是油漆涂料的良好底层结合力很好，是油漆涂料的良好底层。特特 点点电解液组成及工艺条件123 铬酐 g/L5060304095100 温度 35 240 237 2 阳极电流密度 A/dm21.52.50.20.60.32.5 电压 V040040040 氧化时间 min606035 阴极材料 铅板或石墨草酸阳极化工艺草酸阳极化工艺n工艺工艺1适适用于纯铝材料制作电绝缘氧化膜用于纯铝材料制作电绝缘氧化膜，n工艺工艺2、3适用于纯铝和铝镁合金的表面装

53、饰。适用于纯铝和铝镁合金的表面装饰。n能得到硬度较高和厚度较大能得到硬度较高和厚度较大(可达可达60 m)的氧化膜的氧化膜，弹性好，电绝，弹性好，电绝缘性能优良，适宜作为铝线绕组的绝缘层。缘性能优良，适宜作为铝线绕组的绝缘层。n缺点是成本高，电能消耗大；缺点是成本高，电能消耗大；n草酸有毒草酸有毒,在生产过程中草酸在阳极上被氧化为在生产过程中草酸在阳极上被氧化为CO2，在阴极上被，在阴极上被还原为烃基乙酸，造成还原为烃基乙酸，造成电解液不稳定电解液不稳定，因此需经常调整。，因此需经常调整。特特 点点 电解液组成及工艺条件123 草酸 C2H2O4.2H2O g/L27335010050 温度

54、15213535 阳极电流密度 A/dm2122312 电压 V11012040603035 氧化时间 min12030603060 电源直流交流直流 电解液组成及工艺条件123 铬酐CrO3 g/L35403040 草酸 C2H2O4.2H2O g/L51225 硼酸 H3BO3 g/L5713810 草酸钛钾 TiO(KC2O4).2H2O g/L3545 柠檬酸 C6H8O7.H2O g/L11.5 温度 455540502428初始23终止0.10.6初始23终止0.61.2 电压 V2540408090110 氧化时间 min406040603040 膜层厚度 m1016101610

55、16 颜色乳白色灰 色灰白色0.81 阳极电流密度 A/dm2瓷质阳极化工艺瓷质阳极化工艺n最适合瓷质阳极氧化的材料是纯铝和铝镁合金。最适合瓷质阳极氧化的材料是纯铝和铝镁合金。n瓷质阳极氧化工艺可以得到瓷质阳极氧化工艺可以得到具有瓷釉或搪瓷般光泽的氧化膜具有瓷釉或搪瓷般光泽的氧化膜，膜层致密、不透明、结合力好、硬度高、耐磨性和耐蚀性强膜层致密、不透明、结合力好、硬度高、耐磨性和耐蚀性强.n还具有良好的绝热性、电绝缘性和吸附性，能染色，色泽美观。还具有良好的绝热性、电绝缘性和吸附性，能染色，色泽美观。瓷质阳极化工艺瓷质阳极化工艺 电解液组成及工艺条件1234 硫酸 g/L120200150240

56、 草酸 C2H2O4.2H2O g/L103550 苹果酸 C4H6O5 g/L17 丙二酸 C3H4O4 g/L25301224 乳酸 C3H6O3 g/L 甘油 C3H8O3 g/L12816 硫酸锰 MnSO4.5H2O g/L34 硫酸铝 Al2(SO4)3.18H2O g/L8 温度 910161810301020 阳极电流密度 A/dm2102034342.54 初始 40 终止1303570电压 V10752024混酸硬质阳极化工艺混酸硬质阳极化工艺n电解液是在电解液是在硫酸或草酸溶液的基础上加入一定量的有机酸或少量无机硫酸或草酸溶液的基础上加入一定量的有机酸或少量无机盐盐。这样

57、可以在。这样可以在接近常温的条件下获得较厚的硬质阳极化膜接近常温的条件下获得较厚的硬质阳极化膜。硬质阳极氧化膜的特点硬质阳极氧化膜的特点n 膜厚度大：膜厚度大：可以在铝及铝合金制品表面生成质硬、多孔的厚氧化可以在铝及铝合金制品表面生成质硬、多孔的厚氧化膜，膜，厚度最大可达厚度最大可达250 m。故故硬质阳极氧化又称为厚层阳极氧化硬质阳极氧化又称为厚层阳极氧化n硬度高、耐磨：硬度高、耐磨：硬质阳极氧化膜的硬度很高，膜层多孔，可吸附硬质阳极氧化膜的硬度很高，膜层多孔，可吸附和贮存各种润滑油，提高减摩能力。和贮存各种润滑油，提高减摩能力。n绝缘：绝缘：硬质阳极氧化膜的电阻率很高，经过封闭处理后平均硬

58、质阳极氧化膜的电阻率很高，经过封闭处理后平均1 m厚的氧化膜可耐压厚的氧化膜可耐压25V。n耐热：耐热：硬质阳极氧化膜的熔点高达硬质阳极氧化膜的熔点高达2050，而且导热系数低，约，而且导热系数低，约为为0.421.26W/cm.n耐腐蚀：耐腐蚀：硬质阳极氧化膜硬质阳极氧化膜经封闭处理后在大气和海洋气候条件下经封闭处理后在大气和海洋气候条件下具有很好的抗蚀能力具有很好的抗蚀能力。氧化膜与纯铝及铝合金的结合力很强。氧化膜与纯铝及铝合金的结合力很强。硬质阳极氧化膜的生成过程硬质阳极氧化膜的生成过程n与普通阳极氧化过程一样，都是膜的与普通阳极氧化过程一样，都是膜的电化学生长与化学溶解两电化学生长与化

59、学溶解两个过程同时作用个过程同时作用的结果。的结果。Vtabcdn 普通阳极氧化的特性曲线普通阳极氧化的特性曲线n硬质阳极氧化的特性曲线硬质阳极氧化的特性曲线Vtabcden两条曲线的两条曲线的abc段有相似规律：段有相似规律：ab段对应于阻挡层形成，段对应于阻挡层形成，bc段对段对应于孔穴出现。从应于孔穴出现。从c点以后则有较大差异。点以后则有较大差异。Vtabcdecdcd段：段：n电压不是保持稳定，而是平稳地上升。电压不是保持稳定，而是平稳地上升。n说明硬质阳极氧化形成的多孔层孔隙率说明硬质阳极氧化形成的多孔层孔隙率较小较小，随着膜的增厚电阻不断增加。，随着膜的增厚电阻不断增加。cdcd

60、段段越长，氧化膜就越厚。越长，氧化膜就越厚。dede段：段：电位急剧上升。达到一定电压后电位急剧上升。达到一定电压后出现火花，氧化膜被击穿。此电出现火花，氧化膜被击穿。此电压叫做压叫做“击穿电压击穿电压”。正常的氧化时间应在正常的氧化时间应在d d点附近结点附近结束束，时间大约为，时间大约为9090100100分钟，分钟，保证氧化膜的质量。保证氧化膜的质量。硬质氧化膜与普通氧化膜特征的比较硬质氧化膜与普通氧化膜特征的比较 类型特征膜厚(m)12 3030 200阻挡层厚(m)0.01 0.0150.1 0.15显微硬度(MPa)400 800内:3300 6000外:3000 4500孔径(n

61、m)12.012.0孔隙率(%)20 302 6电阻率(Wm)1071013击穿电压(V)280 500800 3000普通氧化膜硬质氧化膜3.33.3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孔膜层有机染料吸附有机染料着色有机染料着色孔膜层两种盐反应生成有色盐无机颜

62、料着色无机颜料着色孔膜层还原生成的重金属原子电解着色电解着色三类着色方法示意3.4 3.4 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OnHOAlOnHOAl232232-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310%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（2 2）水解盐封闭法）水解盐封闭法原理：原理：钴盐、镍盐的稀溶液被氧化膜吸附后发生钴盐、镍盐的稀溶液被氧化膜吸附后发生水解水解HOHNiOHNi2)(2222HOHC

63、oOHCo2)(2222lNi(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（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，热溶液使氧化膜产生水化热溶液使氧化膜产生水化铝阳极化、着色自动线铝阳极化、着色自动线4 4 微弧氧化微弧氧化n 微弧氧化又称微弧氧化又称微等离子体氧化微等离子体

64、氧化，是通过电解液与相应电参数的，是通过电解液与相应电参数的组合，通过组合，通过在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时产生的瞬时高温高压作用，高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。n其实质是在普通阳极氧化的基础上，通过其实质是在普通阳极氧化的基础上，通过弧光放电增强并激活弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而形成了强化陶瓷膜在阳极上发生的反应，从而形成了强化陶瓷膜。1515吋镁合金汽车轮毂吋镁合金汽车轮毂微弧氧化微弧氧化-HTC One S-HTC One Sn HTC One S厚度仅有厚度仅有

65、7.95mm，机身材质采用的是，机身材质采用的是铝制铝制unibody设计，设计，采用了微弧氧化技术和渐变阳极技术，我们所看到的黑色其实并不是烤采用了微弧氧化技术和渐变阳极技术，我们所看到的黑色其实并不是烤漆的颜色，而是铝金属表面经过漆的颜色，而是铝金属表面经过微弧氧化微弧氧化后而得到本色，使金属表面有后而得到本色，使金属表面有陶瓷版感觉陶瓷版感觉,而而渐变阳极技术渐变阳极技术(蓝色款蓝色款)使机身有着不同颜色视觉效果。使机身有着不同颜色视觉效果。微弧氧化微弧氧化-HTC One S-HTC One S4.14.1涂层形成机理涂层形成机理设备原理设备原理n将铝、镁、钛合金样品置于脉冲电场环境电

66、解液中；将铝、镁、钛合金样品置于脉冲电场环境电解液中；n样品表面因受端电压作用而发生样品表面因受端电压作用而发生微弧放电微弧放电；n所产生的高温高压条件使微区的所产生的高温高压条件使微区的铝、镁原子与溶液中的活化氧铝、镁原子与溶液中的活化氧离子结合离子结合生成有陶瓷结构特征的氧化层。生成有陶瓷结构特征的氧化层。n阳极氧化阶段、火花放电阶段、微弧氧化阶段和熄弧阶段。阳极氧化阶段、火花放电阶段、微弧氧化阶段和熄弧阶段。n放电结束后，放电结束后，反应产物经历了一个熔融、冷却和凝固的过程反应产物经历了一个熔融、冷却和凝固的过程，在放电通道内积累，使陶瓷膜的厚度增长在放电通道内积累，使陶瓷膜的厚度增长。反应过程反应过程微弧氧化陶瓷层的形貌特征微弧氧化陶瓷层的形貌特征 陶瓷层截面形貌陶瓷层截面形貌 陶瓷层表面形貌陶瓷层表面形貌 n陶瓷层与基体以陶瓷层与基体以冶金冶金型微熔过渡区连型微熔过渡区连接，层内组织致密无穿孔接，层内组织致密无穿孔n表面表面 级盲孔微区均匀分布级盲孔微区均匀分布，既利于连续油膜的形成，降低摩擦，既利于连续油膜的形成，降低摩擦系数，同时又可增强后续涂装的其附着力系数，同时又可增