表面处理技术概论-第4章 转化膜技术
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铝及铝合金的化学转化膜处理
铝及铝合金的化学转化膜处理
铝及铝合金的化学转化膜处理是一种表面处理技术，主要通过化学反应在铝及铝合金表面形成一层转化膜。
这层膜的外观和性质类似于金属的氧化物或氢氧化物，可以显著提高金属的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以赋予金属其他特殊性能，如绝缘性、导热性、美观性等。
化学转化膜处理的过程通常包括以下几个步骤：
前处理：这一步主要是清洁金属表面，去除油污、锈迹、杂质等，以保证转化膜的附着力和均匀性。
常用的清洁方法有机械法、化学法和电化学法等。
转化处理：在清洁的金属表面放入特定的化学溶液中，通过化学反应在表面形成一层转化膜。
这个过程通常需要一定的温度和时间，以促进化学反应的进行。
后处理：转化处理完成后，需要对金属表面进行清洗和干燥，以保证转化膜的质量和稳定性。
铝及铝合金的化学转化膜处理有多种类型，其中最为常见的是阳极氧化和化学氧化。
阳极氧化是一种通过外加电流使铝或铝合金表面的氧化膜增厚的方法，生成的氧化膜厚度可达数十至数百微米。
化学氧化则是通过化学反应在铝或铝合金表面形成一层氧化膜，通常生成的氧化膜较薄，约为0.5至4微米。
总之，铝及铝合金的化学转化膜处理是一种有效的表面处理技术，可以显著提高金属的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以赋予金属其他特殊性能。
这种处理方法广泛应用于航空、汽车、建筑、家电等领域。
转化膜
化学反应机理为：
3Fe＋NaNO2＋5NaOH－－>3Na2FeO2＋H2O＋NH3 6Na2FeO2＋NaNO2＋5H2O－－>3Na2Fe2O4＋7NaOH＋NH3 Na2FeO2＋Na2Fe2O4＋2H2O－－>Fe3O4+4NaOH 在钢铁表面附近生成的Fe3O4，其在浓碱性溶液中的溶解度极 小，很快就从溶液中结晶析出，并在钢铁表面形成晶核，而后晶核 逐渐长大形成一层连续致密的黑色氧化膜。 在生成Fe3O4的同时，部分铁酸钠可能发生水解而生成氧化铁的水 物Na2Fe2O4＋（m＋1）H2O－>Fe2O3· 2O+2NaOH mH 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，成为红色挂灰，或称“红霜”，这是钢铁氧化过程中常见的故障， 应尽量避免。
表1－1铝及铝合金碱性铬酸盐化学氧化溶液的配方及工艺条件
组成物的质量浓度 /G· L-1 碳酸钠 铬酸钠 配 方 编 号 1 40～60 15～25 2 50～60 15～20 3 40～50 10～20
氢氧化钠
磷酸三钠 硅酸钠 温度/℃ 时间/MIN
2～5
1.5～2 0.6～1.0 85～100 5～8 95～100 8～10 90～95 8～10
3.氧化膜的后处理 钢铁工件通过化学氧化处理,得到的氧化膜其防 护性仍然较差,所以氧化后还需进行皂化处理、浸油 或在铬酸盐溶液里进行填充处理。 4.不合格氧化膜的退除 不合格氧化膜经脱脂后,在10～15％(体积分数) 的HCl或H2SO4中浸蚀数秒或数十秒即可退除,然后 可再重新氧化。
2.1.2钢铁的磷化处理
2.钢铁常温化学氧化(酸性化学氧化)
◇ 钢铁常温发黑机理：钢铁表面的发黑处理,可
化学转化膜技术
稀土转化膜
目前，稀土转化处理是镁合金无铬转化处理中 倍受关注的一种新方法，通过调节适当的浓度、 温度和成膜时间，可直接在镁合金表面得到性 能良好的化学转化膜层，能一定程度地提高镁 合金的耐蚀性，而且其转化膜毒性低，对环境 及人体危害较小。 当前的研究工作集中在含铈的稀土转化膜。
植酸转化膜
植酸(肌醇六磷酸酯)是从粮食等作物中提取的 天然无毒有机磷酸化合物，它是一种少见的金 属多齿螯合物。当其与金属络合时，易形成多 个螯合环，且所形成的络合物稳定性极强。 同时，该膜表面富含羟基和磷酸基等有机官能 团，这对提高镁合金表面涂装的附着力进而提 高其耐蚀性具有、占地少、操作简 单、能耗低、成本低廉等优点而倍受青 睐。
主要工艺
铬酸盐转化膜 磷酸盐转化膜 磷酸盐−高锰酸盐转化膜 锡酸盐转化膜 稀土转化膜 植酸转化膜
铬酸盐转化膜
铬酸盐转化膜的防蚀机理为铬酸盐转化涂层在 湿气和空气中起惰性的屏障作用，阻止了镁的 腐蚀。 尽管铬酸盐转化处理工艺成熟，性能稳定，转 化膜具有很好的防护作用，但该方法的致命弱 点是处理液中含有毒性高且易致癌的六价铬， 对人体健康有害，且污染环境，环保法规严格 限制其应用，铬酸盐处理工艺逐步被取缔。 因此，开发无铬化学转化膜工艺成为镁合金化 学转化膜的发展方向和研究热点。
3 转化膜形成的基本方式
使金属表面生成转化膜通常有两种方式： 一种是在处理液中不含重金属离子，而使 金属表面的金属与阴离子反应生成转化膜；
此种使用的处理剂称为非成膜型处理剂， 其使用实例有磷酸铁、铅酸盐等；
另一种是在处理液与底材金属之间虽然 也发生了某种程度的溶解现象，但主要 还是依靠处理液本身含有的重金属离子 的成膜作用。
化学成膜处理的机理是金属与特定的腐蚀 液接触而在一定条件下发生化学反应，由于浓 差极化作用和阴极极化作用等，使金属表面生 成一层附着力良好的，能保护金属不易受水和 其他腐蚀介质影响的化合物膜。
7-化学转化膜
化学氧化膜很薄，对零件的尺寸和精度几 乎没有影响。 化学氧化时不析氢，不会造成零件氢脆。 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。
化学氧化机理
钢铁表面化学氧化生成的氧化膜是由Fe3O4组成 转化膜的形成：电化学和化学过程。
✓ 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。
电 ✓ 在微阳极区发生铁的溶解：Fe = Fe2+ + 2e 化 ✓ 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： 学 6Fe2+ + NO2- + 11OH- = 6HFeO2 + H2O + NH3
过 ✓ 在微阴极区偏铁酸被还原:
程
HFeO2 + e = HFeO2-
1.2 化学转化膜的用途
装饰作用
锌镀层铬酸盐处理可以得到彩虹色、军绿色、亮 白色、黑色等不同外观。 铝及其合金制品经过阳极化处理后获得多孔膜， 可以染上各种色彩。
润滑和减磨
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。
防止电偶腐蚀
化学转化膜电阻大，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。
对钛、铝及其合金，因表面易钝化而导致电镀层结
涂镀底层 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。
2 钢铁的化学氧化和磷化处理
2.1钢铁的氧化处理
钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一 层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程。
氧化膜主要由Fe3O4组成，膜厚一般为0.5～1.5m。 氧化膜的颜色呈灰黑、深黑或蓝黑色，称为发蓝或发黑。
化学氧化机理
钢铁表面化学氧化生成的氧化膜是由Fe3O4组成 转化膜的形成：电化学和化学过程。
✓ 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。
电 ✓ 在微阳极区发生铁的溶解：Fe = Fe2+ + 2e 化 ✓ 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： 学 6Fe2+ + NO2- + 11OH- = 6HFeO2 + H2O + NH3
过 ✓ 在微阴极区偏铁酸被还原:
程
HFeO2 + e = HFeO2-
1.2 化学转化膜的用途
装饰作用
锌镀层铬酸盐处理可以得到彩虹色、军绿色、亮 白色、黑色等不同外观。 铝及其合金制品经过阳极化处理后获得多孔膜， 可以染上各种色彩。
润滑和减磨
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。
防止电偶腐蚀
化学转化膜电阻大，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。
对钛、铝及其合金，因表面易钝化而导致电镀层结
涂镀底层 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。
2 钢铁的化学氧化和磷化处理
2.1钢铁的氧化处理
钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一 层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程。
氧化膜主要由Fe3O4组成，膜厚一般为0.5～1.5m。 氧化膜的颜色呈灰黑、深黑或蓝黑色，称为发蓝或发黑。
材料表面工程技术之转化膜与着色技术PPT课件( 30页)
转化膜与着色技术
§1 转化膜的基本特性及用途
定义：
金属化学处理法（化学转化膜）是通过化学 或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物 膜层的方法。
机理：
金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发 生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作 用等，使金属表面生成一层附着力良好的，能 保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的化合 物膜。
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，
人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
•
10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。
钠、重铬酸钾，并加有硝酸、硫酸，有的还有少量添 加剂以改善工艺。
老化：钝化膜形成后的烘干称为老化处理。
铝和铝合金的铬酸盐钝化
预处理：预处理是先脱脂再进行碱蚀，以除去制件表面
氧化层，露出新鲜、均匀的基体表面。
成膜处理：铝材铬酸盐膜成膜溶液的特殊之处是含有氟
离子。
§4 化学氧化
化学氧化处理因为成本低，设备简单， 处理方便，使用范围不断扩大。化学氧化 处理可在铝、铜、钢铁、锌、锡、镉等金 属及其合金上进行，获得不同性能、不同 颜色的氧化膜。
加入氧化剂，如NO3-，NO2-，ClO2-等，它们能 除去成膜时产生的[H]和亚铁离子。
加入电位比铁高的金属离子，如Cu2+、Ni2+、 Co2+，它们通过电化学反应沉积在基材表面上， 扩大阴极面积，加速磷化过程。
钢铁磷化工艺
预处理
§1 转化膜的基本特性及用途
定义：
金属化学处理法（化学转化膜）是通过化学 或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物 膜层的方法。
机理：
金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发 生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作 用等，使金属表面生成一层附着力良好的，能 保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的化合 物膜。
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，
人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
•
10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。
钠、重铬酸钾，并加有硝酸、硫酸，有的还有少量添 加剂以改善工艺。
老化：钝化膜形成后的烘干称为老化处理。
铝和铝合金的铬酸盐钝化
预处理：预处理是先脱脂再进行碱蚀，以除去制件表面
氧化层，露出新鲜、均匀的基体表面。
成膜处理：铝材铬酸盐膜成膜溶液的特殊之处是含有氟
离子。
§4 化学氧化
化学氧化处理因为成本低，设备简单， 处理方便，使用范围不断扩大。化学氧化 处理可在铝、铜、钢铁、锌、锡、镉等金 属及其合金上进行，获得不同性能、不同 颜色的氧化膜。
加入氧化剂，如NO3-，NO2-，ClO2-等，它们能 除去成膜时产生的[H]和亚铁离子。
加入电位比铁高的金属离子，如Cu2+、Ni2+、 Co2+，它们通过电化学反应沉积在基材表面上， 扩大阴极面积，加速磷化过程。
钢铁磷化工艺
预处理
化学转化膜(汇总)
化学转化膜技术
氧化膜（发蓝技术） 磷酸盐膜技术 铬酸盐膜技术 草酸盐膜技术 阳极氧化膜技术
化学法
电化学法
钢铁的化学氧化
钢铁的化学氧化是将钢铁制件浸在含有氧化 剂的碱性溶液中进行处理，使其表面形成一层保护 性氧化4)组成，膜厚一 般为0.5～1.5m，最厚可达2.5m。依据钢铁的成分、 表面状态和氧化操作条件的不同，氧化膜的颜色呈 灰黑、深黑或蓝黑色，故习惯上又称为发蓝或发黑。
在挤出工艺、深拉延工艺等各种冷加工方 面均有广泛的应用。
6.绝缘（1）不良导体
磷酸盐膜层是电的不良导体，所以很早就 用它作为硅钢板的绝缘层。这种绝缘层的 特点是占空系数小、耐热性良好，而且在 冲裁加工时可减少工具磨损等。
（2）电偶腐蚀
在工程和机械的结构设计中，必须考虑到两 种不同金属零件会由于装配接触而在使用环 境的条件下产生电偶腐蚀的问题。而化学转 化膜（例如镁合金上的铬酸盐和铝及铝合金 上的阳极氧化膜）就可用于避免电偶腐蚀的 发生。 ①增大两金属表面间的接触电阻； ②可以使较活泼的金属在环境介质中的电位 变化，以降低配偶金属之间的电位差。
4.涂装底层
对钛、铝及其合金来说，电镀的一个困难问题 是表面易钝化而导致结合不良。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。 化学转化膜作为金属镀层的底层：作涂装底 层的化学膜要求膜层致密，质地均匀，薄厚适宜， 晶粒细小。
5.塑性加工
金属材料表面形成磷酸盐膜后再进行塑性 加工（例如进行钢管，钢丝等冷拉伸）时， 可以减小拉拔力，延长拉拔模具受命，减 少拉拔次数。
P.S. 电极上有（净）电流流过时，电极电势偏离其平衡值，此现象 称作极化。 根据电流的方向又可分为阳极化和阴极化。在阳极，电子流走 了，离子化反应赶不上补充；在阴极，电子流入快，取走电子 的阴极反应赶不上，这样阳极电位向正移，阴极电位向负移， 从而缩小电位差，减缓了腐蚀。 浓差极化指由于溶液中有关物质扩散速度小于电化学反应速度 而造成的极化。
金属的化学处理(化学转化膜)
2020/9/14
3.分类
➢按获得方法：化学法 电化学法
➢按膜的主要组成物类型: 氧化物膜 磷酸盐膜 铬酸盐膜 草酸盐膜
2020/9/14
4.基本用途
➢防锈 降低金属本身的化学活性
对环境介质的隔离作用
➢耐磨 提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜） ➢涂装底层 作为金属镀层的底层 ➢防电偶腐蚀 增大两金属表面间的接触电阻
(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。
(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。
钢铁高温氧化工艺
(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。
➢高温化学氧化（碱性化学氧化） ➢常温化学氧化（酸性化学氧化）
2020/9/14
（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）
化学反应机理 ： ➢ 在强碱（氢氧化钠）溶液里添加氧化剂（亚硝酸纳），
在135～145℃，15～90min → 肥皂液，3～5min → 水洗、干燥及浸油 ➢ 表面生成极薄的Fe3O4为主要成分的氧化膜、0.5~1.5μm ➢ 提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观
➢ 特点： 1. 氧化速度快， 2. 膜层抗蚀性好， 3. 节ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、高效、成本低， 4. 操作简单， 5. 环境污染小。
2020/9/14
2．钢铁磷化
定义：金属在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处 理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜。 性能：5~20μm，暗灰到黑灰色。
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（锡、铝、锌）及绝缘性。
3.分类
➢按获得方法：化学法 电化学法
➢按膜的主要组成物类型: 氧化物膜 磷酸盐膜 铬酸盐膜 草酸盐膜
2020/9/14
4.基本用途
➢防锈 降低金属本身的化学活性
对环境介质的隔离作用
➢耐磨 提高硬度、减少摩擦阻力、吸油（磷酸盐膜） ➢涂装底层 作为金属镀层的底层 ➢防电偶腐蚀 增大两金属表面间的接触电阻
(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。
(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。
钢铁高温氧化工艺
(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。
➢高温化学氧化（碱性化学氧化） ➢常温化学氧化（酸性化学氧化）
2020/9/14
（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）
化学反应机理 ： ➢ 在强碱（氢氧化钠）溶液里添加氧化剂（亚硝酸纳），
在135～145℃，15～90min → 肥皂液，3～5min → 水洗、干燥及浸油 ➢ 表面生成极薄的Fe3O4为主要成分的氧化膜、0.5~1.5μm ➢ 提高零件的耐蚀性、润滑性、改善外观
➢ 特点： 1. 氧化速度快， 2. 膜层抗蚀性好， 3. 节ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、高效、成本低， 4. 操作简单， 5. 环境污染小。
2020/9/14
2．钢铁磷化
定义：金属在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处 理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜。 性能：5~20μm，暗灰到黑灰色。
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（锡、铝、锌）及绝缘性。
金属的化学处理(化学转化膜)
2021/3/18
(2)电化学反应机理
在微阴极上氢氧化物被还原
FeOOH e HFeO2
相互作用，并脱水生成磁性氧化铁
2FeOOH HFeO2 Fe3O4 +OH- +H2O
(3)氧化膜的生长
2021/3/18
钢铁高温氧化工艺
(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。
(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。
(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。
钢铁高温氧化工艺
(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。
3Fe(H 2PO4 )2 Fe3 (PO4 )2 4H3PO4
磷化层：Fe3(PO4)2, Mn3(PO4)2, Zn3(PO4)2
2021/3/18
2、磷化处理工艺
（1）高温磷化 90~98℃
➢优点：膜层厚、耐蚀性、结合力、耐磨性都较好，磷化速度快 ➢缺点：工作温度高、能耗大、溶液蒸发量大，结晶粗细不均
Ni2 2H2O Ni(OH )2 2H Co2 2H2O Co(OH )2 2H
Ni(OH)2, Co(OH)2沉积在氧化膜的微孔中，将孔封闭
2021/3/18
31/46
（3）重铬酸盐封闭法
原理：填充及水化双重封闭作用 ✓较高温度下生成碱式铬酸铝及重铬酸铝沉淀于膜孔， ✓热溶液使氧化膜产生水化
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⑶铝及铝合金阳极氧化膜的特点
①功能性：可以通过封孔处理以提高其保护性，也可在孔隙 中沉积特殊性能的物质而获得某些特殊功能，从而形成多 种多样的功能性膜层。
②吸附性：由于氧化膜呈现多孔结构，且微孔的活性较高， 有很好的吸附性。氧化膜对各种染料、盐类、润滑剂、石 蜡、干性油、树脂等均表现出很高的吸附能力。
4.1.4 表面转化膜用途
⑴提高材料的耐蚀性 ；氧化或磷化 ⑵提高材料的减摩耐磨性；磷化 ⑶提高材料的装饰性 ；钝化 ；着色 ⑷用作涂装底层；磷化膜 ⑸绝缘；磷化膜 ⑹防爆；瓦斯，粉尘，铝及铝合金与不锈钢
碰撞易通过铝热反应发生火花引爆。
• 4.2 阳极氧化
• 4.2.1 铝及铝合金的阳极氧化 • 4.2.2 铝阳极氧化膜的着色和封闭 • 4.2.3 镁合金阳极氧化
• 铝及铝合金进行阳极氧化时，由于电解质 是强酸性的，阳极电位较高，因此阳极反 应首先是水的电解，产生初生态的[O]，氧 原子立即对铝发生氧化反应，生成氧化铝， 即薄而致密的阳极氧化膜。阳极发生的反 应如下：
H2O-2e-→[O]+2H+
2Al+3[O]→A12O3
阴极只是起导电作用和析氢反应：
4.1 转化膜技术简介
• 转化膜是指由金属的外层原子和选配的介质的阴 离ne
镁合金摩托车端盖磷酸盐转化膜
它的生成必须有基底金属的 直接参与，也就是说，它是 处在表层的基底金属直接同 选定介质中的阴离子反应， 使之达成自身转化的产物 （MmAn）。
易实现机械化或自动化作业，生产效 率高，转化处理周期短、成本低，但 设备投资大
无需专用处理设备，投资最省、工艺 灵活简便。但生产效率低、转化膜性 能差、膜层质量不易保证
适用范围
可处理各类零件，尤其适用 于几何形状复杂的零件。常用 于铝合金的化学氧化、钢铁氧 化或磷化、锌材钝化等
适用于铝、镁、钛及其合金阳 极氧化处理。可获得各种性能 的化学转化膜
• 由此可见，化学转化膜的形成实际上 可以看作是受控的金属腐蚀的过程。
• 电子是视为反应产物来表征的。化学 转化膜的形成既可是金属/介质界面间 的纯化学反应，也可以是在施加外电 源的条件下所进行的电化学反应。
4.1.1 转化膜的分类
• 按是否存在外加电流分类：化学转化膜与电化学转化膜 • 按膜的主要组成物分类：氧化物膜；铬酸盐膜、磷酸盐膜
第四章 转化膜技术
目录
• 4.1 转化膜技术简介 • 4.2 阳极氧化 • 4.3 微弧氧化 • 4.4 化学氧化 • 4.5 金属的磷化 • 4.6 金属的铬酸盐钝化 • 4.7 着色处理技术 • 思考题
• 4.1 转化膜技术简介
• 4.1.1 转化膜的分类
• 4.1.2 化学转化膜常用处理方法 • 4.1.3 防护性能 • 4.1.4 表面转化膜用途
及草酸盐膜等 • 按界面反应类型：转化膜与伪转化膜两类 • 按基体金属种类：钢铁转化膜、铝材转化膜、锌材转化膜、
铜材转化膜及镁材转化膜 • 按用途分：涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜、除锈用
转化膜、装饰性转化膜、减摩或耐磨性转化膜及绝缘性转 化膜等 • 按形成膜层时所采用的介质分：氧化物膜 －氧化 ；磷酸 盐膜 －磷化 ；铬酸盐膜 －钝化
4.2.1 铝及铝合金的阳极氧化
• 铝阳极氧化是将铝及其合金置于相应电解液（如硫酸、铬 酸、草酸等）中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下， 进行电解。
⑴ 原理
铝是两性金属，铝表面氧化物膜的生成既与点位有关，也与 溶液的pH值有关。
一般认为，铝和铝合金在碱性和酸性两种电 解液里都能进行阳极氧化，最常用的是酸性电解 液， 工业上铝及铝合金的进行阳极氧化时，所用 的电解液一般为中等溶解能力的酸性溶液，如硫 酸、铬酸、草酸等，铅作为阴极，仅起导电作用。
4.2 阳极氧化
阳极氧化的主要用途包括以下几点：
⑴ 作为防护层：阳极氧化膜在空气中有足够的稳 定性，能够大大提高铝制品表面的耐蚀性能。
⑵ 作为防护-装饰层：在硫酸溶液中进行阳极氧 化得到的膜具有较高的透明度，经着色处理后能 得到各种鲜艳的色彩，在特殊工艺条件下还可以 得到具有瓷质外观的氧化层。
⑶ 作为耐磨层：阳极氧化膜具有很高的硬度，可 以提高制品表面的耐磨性。
4.1.2 化学转化膜常用处理方法
化学转化膜常用方法、特点及适用范围
方法 浸渍法 阳极化法 喷淋法 刷涂法
特点
工艺简单易控制，由预处理、转化处 理、后处理等多种工序组合而成。投 资与生产成本较低、生产效率较低、 不易自动化
阳极氧化膜比一般化学氧化膜性能更 优越。需外加电源设备，电解磷化可 加速成膜过程
2H++2e-→H2↑ 同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解：
2Al+6H+→2Al3++3H2↑
A12O3+6H+→2A13++3H2O 因此,氧化膜的生长与溶解同时进行，只是在 氧化的不同阶段两者的速度不同，当膜的 生长速度和溶解速度相等时，膜的厚度才 达到定值。
⑵铝阳极氧化膜的结构
铝及铝合金的氧化膜具有蜂窝状结构，如下图所示。其规 则的微孔垂直于表面．其结构单元尺寸、孔径、壁厚和阻 挡层厚等参数均可由电解液成分和工艺参数控制。一般来 说，孔的长度(膜厚)为孔径的1000倍以上。孔隙率通常在 10％左右，硬质膜的孔隙率可以降至2％～4％，建筑用氧 化膜的孔隙率约为11％。
⑷ 作为绝缘层：阳极氧化膜具有很高的绝缘电阻和 击穿电压，可以用作电解电容器的电介质或电器 制品的绝缘层。
⑸ 作为喷漆底层：阳极氧化膜具有多孔性和良好的 吸附特性，作为喷漆或其他有机覆盖层的底层， 可以提高漆或其他有机物膜与基体的结合力。
⑹ 作为电镀底层：利用阳极氧化膜的多孔性，可以 提高金属镀层与基体的结合力。
适用于几何形状简单、表面腐 蚀程度较轻的大批量零件
适用于大尺寸工件局部处理或 小批零件以及转化膜局部修理
4.1.3 防护性能
• 主要是依靠将化学性质活泼的金属单质转化为化 学性质不活泼的金属化合物，如氧化物、铬酸盐、 磷酸盐等，提高金属在环境中的热力学稳定性。
一般来说，化学转化膜的防护效果取决于下列几个因素。 ①被处理基体金属的本质。 ②转化膜的类型、组成和结构。 ③膜层的处理质量，如与基体金属的结合力、孔隙率等。 ④使用的环境。