制备钝化膜
铝钝化实验报告总结
铝钝化实验报告总结1. 引言铝是一种具有良好性能和广泛用途的金属材料，但其表面易受氧化影响从而导致腐蚀。
为了改善铝材料的防腐蚀性能，钝化是一种常用的表面处理方式。
本实验旨在通过对铝材料进行钝化处理，研究钝化膜的性质及其对铝材料的防腐蚀效果。
2. 实验方法2.1 实验材料- 铝块或铝片- 磷酸或铬酸- 电化学工作站- 电化学分析仪器2.2 实验步骤1. 准备铝材料，并进行表面清洁处理。
2. 预处理铝材料：通过磷酸或铬酸浸泡铝材料，使其在腐蚀过程中形成一层钝化膜。
3. 制备实验样品：将铝材料分成若干块或片，使得不同实验条件下的样品尺寸相同。
4. 将实验样品置于电化学工作站中，以模拟真实环境下的腐蚀条件。
5. 使用电化学分析仪器测试不同实验样品的电位、电流等数据。
6. 对实验数据进行分析和比较，评估不同实验条件下钝化膜的性质和防腐蚀效果。
3. 实验结果通过对不同实验样品的电位和电流进行测量和分析，可以得出以下实验结果：1. 随着钝化处理时间的增加，铝材料表面的钝化膜逐渐增厚，防腐蚀效果逐渐提高。
2. 使用磷酸处理的铝材料在腐蚀过程中形成的钝化膜较厚，具有更好的防腐蚀性能。
3. 钝化膜的性质受到处理液中浓度、温度等因素的影响。
较高浓度和温度条件下，钝化膜形成更快且质量更稳定。
4. 实验讨论1. 磷酸和铬酸对铝材料的钝化效果不同，可能是由于不同的钝化机理导致的。
可以进一步研究和比较不同钝化处理液的性能差异。
2. 在实际应用中，钝化膜的稳定性和附着力是重要的考虑因素。
可以通过增加处理液中添加剂或改变处理条件来改善钝化膜的性质。
5. 实验结论本实验通过对铝材料进行钝化处理，研究了钝化膜的性质及其对铝材料的防腐蚀效果。
实验结果表明，磷酸和铬酸处理能够有效提高铝材料的防腐蚀性能，并且不同实验条件下钝化膜的性质不同。
在实际应用中，可以根据具体需要选择不同的钝化处理方法和条件。
6. 参考文献1. 张三，李四，王五. 钝化处理对铝材料防腐蚀性能的影响. 《材料科学与工程学报》. 2020，10（1）：12-18.2. 华北大学金属材料研究组. 钝化处理技术指南. 北京：科学出版社，2019.。
钝化的原理及条件
钝化的原理及条件
钝化是一种通过在金属表面形成一层氧化膜来改善其耐腐蚀性能的表面处理方法。
钝化的原理是利用金属与氧气发生反应，生成一种致密、稳定的氧化物薄膜。
这种氧化物薄膜可以隔绝金属与外界环境的接触，降低金属的电化学反应速率，从而达到防腐蚀的目的。
钝化的条件主要包括以下几个方面：
1.金属表面必须干净、光洁。
金属表面的油污、皮膜、锈蚀等会影响钝化膜的生成和质量。
2.金属表面要充分与氧气接触。
钝化过程需要充分的氧气供应，因此在钝化过程中需要有足够的氧气。
3.适宜的钝化剂和处理液。
不同的金属对应着不同的钝化剂和处理液，要根据金属材料选择适合的钝化剂和处理液。
4.适宜的温度和时间。
温度和时间对钝化膜形成和性能有一定的影响，需要根据具体的金属材料和处理液来进行调控。
总之，钝化的原理是通过形成氧化膜来改善金属的耐腐蚀性能，而钝化的条件主要包括金属表面的清洁光洁、充分的氧气供应、适宜的钝化剂和处理液、适宜的
温度和时间等。
铝的钝化原理
铝的钝化原理
铝钝化是一种表面处理技术，通过在铝材表面形成一层致密、稳定的氧化膜，以提高铝材的耐腐蚀性能。
钝化膜主要由氧化铝组成，能够有效隔绝铝材与环境介质的直接接触，防止氧化、腐蚀等化学反应的发生。
铝的钝化原理主要有以下几个方面：
1. 在铝材表面形成氧化层：铝与氧气反应生成氧化铝层，该层一般呈现为白色或钢灰色。
氧化层能够通过挤压的方式封闭铝材表面，形成致密的隔离层，阻止了水、氧气、酸、碱等物质的渗透，从而保护了铝材的内部组织。
2. 生成稳定的氧化膜：氧化铝层具有一定的抗腐蚀性能，但通常较薄且不稳定，容易受到外界环境的影响。
在钝化过程中，可以通过电解、化学浸渍等方式，进一步加强氧化膜的稳定性。
添加适量的化学成分可以帮助增厚、增硬氧化膜，提高其耐腐蚀性能。
3. 形成均匀的氧化膜：在钝化过程中，需要保证钝化液、电流、温度等因素的合理控制，以使氧化膜在整个铝材表面形成均匀、致密的薄膜。
均匀的氧化膜有助于提高钝化层的质量和耐腐蚀性能。
铝钝化的主要目的是提高铝材的抗腐蚀性能，延长使用寿命。
同时，钝化处理也可以改善铝材的外观，增加其表面颜色的多
样性，以满足不同需求。
铝钝化工艺在汽车、建筑、电子、航空等领域得到广泛应用，提高了铝材的使用效益和经济价值。
不锈钢表面钝化膜的生成及保护
不锈钢表面钝化膜的生成及保护耐腐蚀是不锈钢和不锈钢管区别于其他钢种和普通钢管的首要性能。
按照现代的认识，一般不锈钢也只是在不受污染的大气环境中才能保持不“生锈”或“耐腐蚀”。
在实际应用、特别是许多工业应用环境中，不锈钢仍然可因腐蚀介质的侵蚀而产生腐蚀，而晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀开裂等局部腐蚀往往是其主要表现形式。
不锈钢的耐腐蚀性能好坏取决于钢种的化学成分、表面状态和环境条件。
在具体的应用条件中，即钢种和环境条件确定以后，清洁光滑的表面生成均匀致密的钝化膜是保证其耐腐蚀性的前提，而钝化膜的局部破损正是产生局部腐蚀的根本原因。
不锈钢并非绝对不生锈的钢，其耐腐蚀性好只是相对的、有条件的，保持其表面清洁、即钝化状态尤为重要。
首先来说说不锈钢表面钝化膜的生成及保护。
钝化膜的生成特征在高温条件下不锈钢表面会生成粘着力极高的氧化皮，其主要成分是Cr：0 。
但常温下不锈钢表面生成的钝化膜并非“真”氧化膜，其物理化学结构至今尚未完全确认，目前常称其为复什氧化物或氢氧化膜㈣。
纯净不锈钢表面会在大气或其他含氧环境中自发形成并具有自愈特征的这种钝化膜。
常温、净化及有氧环境是三个重要的概念或钝化膜生成要素。
不锈钢管及所有不锈钢制品交货时都应十分重视净化或钝化处理，目的就是为了使其表面生成纯化膜，从而确保其耐腐性。
钝化膜的污损不锈钢表面的钝化膜厚度很小，仅1-3 nm，钝化处理过的不锈钢管在贮运和使用过程，特别是后续加工过程很容易因某些原因而使其表面钝化膜污损，从而影响其耐蚀性。
钝化膜污损的主要原因：(1)碰撞或锋利物挤压、划破不锈钢表面钝化膜。
(2)各种液体、溶剂、坯料、墨水、打标记、油脂或防护材料对不锈钢表面的沾污，造成钝化膜局部变性。
(3)含有Zn，Pb，Cu，A1，Fe及黄铜、青铜、、镀锌生成物、含锌漆的尘埃沉积或嵌入不锈钢表面，破坏钝化膜的均匀性。
(4)焊接、热成形、热处理等热加工引起的局部或整体氧化色斑。
不同温度条件下生成的这些色斑的厚度、成分和性态都与所要求的钝化膜有很大差异，对不锈钢的耐蚀性不利。
a357铝合金轮毂无铬终钝化膜的制备与耐蚀性
DOI: 10.19289/j.1004-227x.2019.23.010 A357铝合金轮毂无铬终钝化膜的制备与耐蚀性王双红1, 2（1.沈阳大学机械工程学院，辽宁沈阳110044；2.沈阳防锈包装材料有限责任公司，辽宁沈阳100033）摘要：采用由双氨基硅烷、环氧基硅烷、纳米SiO2和氟锆酸组成的无铬钝化液，在温度20 °C下对A357铝合金钝化3 min，得到无色、透明的钝化膜，不会影响铝合金原有的光泽和表面品质。
该膜层是由夹杂了纳米SiO2的无机复合物和有机硅烷膜组成的三维复合膜，无需涂装也能满足耐96 h中性盐雾腐蚀试验的要求。
关键词：铝合金；无铬钝化膜；硅烷；二氧化硅；氟锆酸；耐蚀性中图分类号：TG174 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2019) 23 – 1291 – 04 Preparation and corrosion resistance of chromium-free passivation film as a final finish on A357 aluminum alloy wheel hub // WANG Shuang-hongAbstract:A357 aluminum alloy was passivated in a bath comprising diamino silane, epoxy silane, nano-SiO2, and fluorozirconic acid at temperature 20 °C for 3 min. A colorless and transparent passivation film were obtained, which had no impact on luster and surface quality of the aluminum alloy substrate. The passivation film is a kind of three-dimensional composite consisting of inorganic compounds and organic silane film with SiO2 nanoparticles distributed in it, and meets the requirement of resistance to neutral salt spray corrosion for 96 hours.Keywords: aluminum alloy; chromium-free passivation film; silane; silica; fluorozirconic acid; corrosion resistance Author’s address: School of Mechanical Engineering, Shenyang University, Shenyang 110044, China 铝合金轮毂主要采用A356或A6061锻造成型[1-2]，在机械高抛光后通常进行无铬钝化预处理再涂装多道有机涂层来满足耐蚀性要求。
钼酸盐钝化成膜机理
钼酸盐钝化成膜机理
钼酸盐是一种常用的钝化剂，常用于钢铁表面的膜形成和保护。
钼酸盐钝化成膜的机理可以通过以下几个步骤来解释：
1. 涂层形成：首先，在钢铁表面涂上一层含有钼酸盐的溶液。
这一溶液中的钼酸盐会与钢铁表面的金属离子（如铁离子）发生反应。
2. 酸化反应：钼酸盐溶液中的钼酸根离子（MoO42-）与金属
离子反应形成钼酸酸根离子（MoO3-）。
这一反应会改变金属表面的化学性质。
3. 水解反应：钼酸酸根离子与水分子发生水解反应，生成钼酸（MoO3）沉淀。
这一沉淀层会覆盖在金属表面上，形成钝化膜。
钼酸沉淀层具有一定的质子导电性和阻挡氧化剂进入金属内部的能力。
4. 结晶和成长：钼酸沉淀层中的钼酸分子会在钝化过程中逐渐结晶和成长。
这一过程会使钝化膜变得更加致密和均匀，提供更好的保护性能。
总的来说，钼酸盐钝化成膜机理涉及到钼酸盐的反应、水解、结晶和成长等过程，通过形成致密的钼酸沉淀层来提供金属表面的保护。
这一钝化膜能够防止氧化剂和其他腐蚀介质侵入金属内部，从而延长金属的使用寿命。
磷化钝化膜形成原理
磷化钝化膜形成原理在金属表面处理中，磷化和钝化是两种常用的工艺，它们能够增强金属的耐腐蚀性。
磷化是通过化学反应在金属表面形成磷酸盐的转化膜，而钝化则是通过化学反应使金属表面形成一层氧化膜，从而增强金属的耐腐蚀性。
磷化是一种化学反应过程，通常在金属表面形成一层磷酸盐的转化膜。
磷化膜的形成原理可以概括为以下几个步骤：1.表面处理：首先需要对金属表面进行除锈、除油等预处理，以确保金属表面的清洁度和粗糙度，从而增加磷化膜与金属表面的附着力。
2.酸洗：将金属浸入酸洗液中，通过酸洗液与金属表面的反应，去除金属表面的氧化物和杂质，使金属表面呈现出活性状态。
3.磷化：将酸洗后的金属浸入磷化液中，磷化液中的磷酸根离子会与金属表面发生反应，形成磷酸盐的转化膜。
这个转化膜具有多孔性，能够吸附更多的颜料和涂层，从而增强金属的耐腐蚀性和装饰性。
钝化的过程与磷化类似，它也是通过化学反应在金属表面形成一层氧化膜。
与磷化不同的是，钝化使用的化学试剂通常是强氧化剂，如浓硫酸、浓硝酸等。
这些强氧化剂能够迅速将金属表面氧化，形成一层致密的氧化膜。
钝化膜的形成原理可以概括为以下几个步骤：1.表面处理：同样需要对金属表面进行除锈、除油等预处理，以提高钝化膜与金属表面的附着力。
2.酸洗：将金属浸入酸洗液中，去除金属表面的氧化物和杂质，使金属表面呈现出活性状态。
3.钝化：将酸洗后的金属浸入钝化液中，钝化液中的强氧化剂会迅速将金属表面氧化，形成一层致密的氧化膜。
这个氧化膜能够阻挡腐蚀介质对金属的侵蚀，从而提高金属的耐腐蚀性。
通过磷化和钝化处理，金属表面的耐腐蚀性能得到了显著提高。
同时，这两种处理方法还可以增强金属的装饰性能，使其具有更美观的外观。
在实际应用中，应根据不同的需求选择合适的处理方法。
总的来说，磷化、钝化都是通过化学反应在金属表面形成一层保护膜，从而提高金属的耐腐蚀性。
虽然它们的化学反应机理和所用试剂有所不同，但它们的表面处理和反应过程是相似的。
有机钝化膜技术
有机钝化膜技术是一种表面处理技术，通过在金属表面形成一层有机薄膜来提高金属的耐腐蚀性能和表面保护。
这种技术主要应用于金属制品的防锈、防蚀和美化处理。
有机钝化膜技术的工艺流程一般包括以下几个步骤：
1. 清洗：首先将金属待处理物件进行清洗，去除表面的油脂、污垢和氧化物等物质。
常用的清洗方法包括碱洗、酸洗或溶剂清洗等。
2. 钝化处理：清洗后的金属表面进行钝化处理，即在金属表面形成一层具有钝化效果的有机薄膜。
常用的有机钝化剂包括有机酸类、有机腐蚀抑制剂等。
这些钝化剂可以通过涂覆、喷涂、浸渍等方式施加在金属表面上。
3. 干燥：经过钝化处理后，将金属待处理物件进行干燥，使钝化膜充分固化。
4. 测试与检验：对处理后的金属进行测试与检验，以确保钝化膜形成的质量和性能符合要求。
常用的测试方法包括耐蚀性测试、厚度测量、附着力测试等。
5. 后续处理：根据具体需求，可以对处理后的金属进行进一步的涂覆、涂漆、抛光等后续处理，以增加金属的美观性和耐久性。
有机钝化膜技术的优点包括良好的钝化效果、易于施工和成本较低。
它广泛应用于汽车制造、航空航天、建筑装饰、家电等领域，为金属制品提供了有效的防腐蚀和保护措施。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3SiH 4 6O2 4POCl 3 3SiO2 2P2O5 12 HCl
§5-3 氮化硅钝化膜
在MOS集成电路中，二氧化硅层用做 MOSFET的绝缘栅介质。这时的二氧化硅层是
器件的一个重要组成部分，二氧化硅层的厚度
大小、质量好坏、其中含电荷的多少和种类以 及硅与二氧化硅界面的性质都直接影响到MOS 器件的电特性。二氧化硅层用做MOS器件的栅 介质层是二氧化硅的最重要应用之一。
生长二氧化硅层的方法不止一种，但在大规模集成电 路的制造中主要采用热氧化法形成二氧化硅层，其原因是 以热氧化法生长的二氧化硅层质量最好。
在实际生产中，往往将磷硅玻璃与其它介质薄膜构成多 层介质钝化膜。
形成磷硅玻璃的方法很多，最常用的方法是将二氧化 硅层在850-900℃下，通三氯氧磷POCl3，使五氧化二磷 扩散到二氧化硅内，经过适当时间后在氧化层表面即形成 磷硅玻璃。 用三氯氧磷生长磷硅玻璃的反应式如下：
4POCl 3 3O2 2P2O5 6Cl2
3、热氧化法制备二氧化硅 热氧化法是指硅片与氧或水或其它含氧物质在高温下进
行氧化反应而生长二氧化硅膜的方法。其方法是将硅片置 于高温炉内，在氧化气氛中硅片表面与氧化物质作用生长 成二氧化硅层。 常用的热氧化气氛有：水蒸气、干氧和湿氧。不同的氧化气 氛和条件生长得到的二氧化硅层的质量是不同的。
( 1 ) 水蒸气氧化 在高温下，水蒸气与硅反应：
( 4 ) 氮化硅不仅能掩蔽二氧化硅所能掩蔽的硼、磷、砷 等杂质的扩散，而且还能掩蔽二氧化硅所不能掩蔽 的镓、锌、氧等杂质的扩散；
( 5 ) 氮化硅的介电强度和对同种杂质的掩蔽能力比二氧 化二硅强，可得到更高的击穿电压和使用更薄的钝 化膜，而薄掩蔽层有利于提高光刻质量；
可以采用高压氧化方法，在25个大气压下用水 汽进行氧化制备二氧化硅。
高压使低温下氧化膜的生长明显地加快。
由于可以低温下制备氧化膜，高压氧化法很有 意义。
§5-2 磷硅玻璃钝化膜
实验发现，二氧化硅钝化膜极易被钠离子沾污，影响器 件电学性能，甚至使器件失效。但是，当二氧化硅中吸收 磷，形成磷硅玻璃之后，可使器件的性能稳定，因而广泛 采用磷硅玻璃作为钝化膜。
当硅表面生长一层二氧化硅膜后，二氧化硅就阻碍 了水蒸气与硅片直接接触，于是水分子扩散通过二氧化硅 层的间隙，到达硅－二氧化硅界面，与硅反应生成新的二 氧化硅，从而使氧化层不断增厚，而反应所产生的氢气就 沿着硅——二氧化硅界面散开。
水蒸气氧化的生长速率快，不易控制，氧化层质量不 高，容易产生各种缺陷，稳定性不好，对磷扩散的掩蔽能 力较差。
( 2 ) 二氧化硅膜对于器件表面有保护和钝化作用，在硅片 表面生长一层二氧化硅膜，将硅片表面或PN结与外界隔 离，减少了环境状态对硅片表面状态的影响，从而能 提高器件的可靠性和稳定性。
( 3 ) 二氧化硅具有较高的介电强度，击穿电压高。是一种 良好的绝缘体，热氧化生长的二氧化硅膜电阻率约为 1015～1016 欧姆·厘米。因此，二氧化硅可作集成电路的隔 离介质、铝引线和各种元件之间的绝缘层、大规模集成电 路双层布线间的绝缘介质、电容器的介质以及MOS场效 应晶体管的绝缘栅等。
( 2 ) 干氧和湿氧氧化 在高温下，氧气与硅反应：
当硅表面生成一层二氧化硅膜之后，氧分子只有靠扩 散才能通过二氧化硅层而到达二氧化硅－硅的界面，继 续与硅反应，生成新的二氧化硅层。
由于氧分子在二氧化硅中的扩散系数远小于水蒸气(水 分子在二氧化硅中的扩散系数比氧分子的扩散系数大千 倍以上)，所以水汽氧化速率比干氧、湿氧氧化速率大。
第五章 制备钝化膜
半导体器件工艺中，钝化膜的作用主要包括：
1）器件表面钝化保护膜； 2）掩蔽膜：选择区域掺杂或刻蚀； 3）器件之间的绝缘材料； 4）器件中的组成部分（MOS中的栅极，电容 器）。
二氧化硅、磷－硅玻璃、氮化硅、氧化铝等膜
§5-1 二氧化硅钝化膜
二氧化硅（SiO2）是硅工艺中基本的和重要的膜。
磷吸收工艺就是利用磷硅玻璃(P2O5－SiO2)薄层对钠离 子的“提取”和“阻挡”作用，把钠离子“固定”在二氧化
硅表 面的磷硅破璃薄层中，从而减弱钠离子对硅表面状态的影 响，以提高器件的稳定性和可靠性。
磷硅玻璃作为钝化膜的不足之处：
1）在高温处理时，被捕获的钠离子会再度“释放”出来； 2）随着磷浓度的增高，磷硅玻璃中的五氧化二磷会产生 极化现象。当在外电场作用时，五氧化二磷成为极化 分子，使器件性能不稳定。 3）含高浓度磷的磷硅玻璃具有吸潮性，给光刻带来了不 利，所以必须把磷的浓度控制在适当范围内。可在磷 硅玻璃上覆盖一层三氧化二铝或二氧化硅，以克服磷 硅玻璃的吸潮性。
干氧氧化虽然时间长，但生长的二氧化硅层结构比较致密。
湿氧氧化
湿氧氧化是将干氧通过水浴（温度为95℃) 再进入氧化 炉，气流中水汽含量由水浴温度和气体流量决定。
（3）高压氧化
在高压环境下，在干氧氧化室即使低温也可以制备二 氧化硅。
需要较厚的氧化层时，一般采用湿氧氧化方法， 但膜的密度不如干氧氧化致密。
氮化硅性能比磷硅玻璃更为优越。
氮化硅钝化膜的优点： ( 1 ) 氮化硅具有阻器件的稳定性较高；
( 2 ) 氮化硅的化学稳定性高，除氢氟酸和热磷酸能缓慢地 腐蚀它以外，其它酸都几乎不与它作用。 但熔化状态的强碱对它有较明显的腐蚀作用。
(3 ) 氮化硅结构致密，硬度大，疏水性好，针孔密度低， 气体和水汽难以透入。
1、二氧化硅薄膜在器件中的作用
( 1 ) 在一定的温度下，各种不同杂质在二氧化硅中的扩散系 数是不同的，二氧化硅对扩散系数大的杂质，如镓、铝等， 基本上没有掩蔽作用，因此，硅平面工艺一般不用镓、铝作 杂质扩散源。而硼、磷、砷、锑等杂质在二氧化硅中的扩散 系数远比硅中的小，它们在二氧化硅中的扩散速度比在硅中 的小得多，可以用二氧化硅膜作这些杂质选择扩散的掩蔽 膜，使杂质进行定域扩散。