转化膜
化学转化膜的工艺流程
化学转化膜的工艺流程一、化学转化膜是啥。
化学转化膜啊，就像是给金属表面穿上了一层特别的“衣服”。
这层“衣服”可不是为了好看哦，它有着很多厉害的功能。
比如说可以让金属更耐腐蚀，就像给金属打了一把防止生锈的小伞。
而且还能增加金属表面的硬度，让金属变得更坚强，就像给它做了个小小的强化训练一样。
二、工艺流程中的表面预处理。
1. 脱脂处理。
这个就像是给金属洗个澡，把它表面那些油腻腻的东西都去掉。
如果金属表面有油，后面的转化膜就很难好好地形成啦。
就好比你要在墙上画画，要是墙上都是油，颜料肯定粘不住呀。
我们可以用一些专门的脱脂剂，把金属放在里面泡一泡，或者拿布擦一擦，让它的表面变得干干净净的。
2. 除锈。
金属有时候会生锈，生锈的地方就像是金属身上的小伤口。
我们得把这些锈除掉，不然也会影响转化膜的质量。
可以用砂纸轻轻地打磨，把锈迹都磨掉，让金属露出它原本光滑的“皮肤”。
这就像是给金属做个小美容，把那些瑕疵都去掉。
三、化学转化膜的形成。
1. 浸泡法。
这是一种很常见的方法呢。
把经过预处理的金属放到含有化学转化膜形成剂的溶液里去浸泡。
就像把小饼干放进牛奶里泡一泡，金属在溶液里就会慢慢地发生化学反应，然后在表面形成转化膜。
这个过程需要一点时间，就像小饼干要泡一会儿才能充分吸收牛奶的味道一样。
而且溶液的浓度、温度还有浸泡的时间，都对转化膜的质量有很大的影响。
如果溶液太稀，可能就没办法形成完整的膜；温度太低呢，反应就会很慢；浸泡时间太短，膜可能就太薄了，起不到很好的保护作用。
2. 喷淋法。
这个方法就比较酷啦。
把化学转化膜形成剂的溶液像小喷泉一样喷到金属表面上。
这样做的好处是可以处理一些形状比较复杂的金属部件。
因为喷淋可以到达那些浸泡法不容易触及的小角落。
不过呢，这个方法对设备的要求就比较高一点，得有专门的喷淋设备才行。
四、后处理。
转化膜形成之后也不能就这么不管啦。
我们还得给它做个后处理。
比如说清洗一下，把表面残留的溶液洗干净。
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。
表面处理技术概论-第4章 转化膜技术
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
化学转化膜
(9-5) (9-4)
使反应(9-5)向右移动，并且使Fe的界面处pH值不断上升，溶液中所 生成的不溶性磷酸锌浓度不断增加，最后终于超越了它的溶度积。
由于Fe离子从基体进入溶液中的扩散速率一般比反应的速率低，因 此磷酸锌能够迅速而整齐地沉积在金属表面上，成为致密的膜层。
(3) 钝化的影响：在稀铬酸或铬酸盐溶液(0.01％)里进行后处理，可以 减小磷化膜自由孔隙面积，不仅可提高抗蚀性，还 可改善用漆层的性能。
(4) 温度的影响： 磷酸锌膜晶体结构相当于-磷锌矿[Zn3(PO4)24H2O]， 在105C，140C，163C分别可形成-磷锌矿(斜方晶 系片状体)、-磷锌矿(斜方晶系)以及-磷锌矿(单斜晶 系)结晶。
使用的处理剂称为成膜型处理剂，其使用实例是磷酸锌、 磷酸锰等。
转化膜的基本用途：
①防锈：转化膜作为底层很薄时即可应用；对部件有较高的 防锈要求时，转化膜需均匀致密，且以厚者为佳。
②耐磨：磷酸盐膜层具有很小的摩擦系数和良好的吸油作用。 在金属接触面间产生了一缓冲层，从而减小磨损。
③涂装底层：作为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。
(9-3)
锰盐主要按(9-1)式电离，锌盐几乎全按(9-3)式电离。
锰系磷酸盐膜生成机理
Mn(H2PO4)22H2O 30g
H2O
1L
在97～99C下加热1h，溶液发生如下电离反应: Mn(H2PO4)2 MnHPO4 + H3PO4
(9-1)
反应平衡之后，溶液中存在着一定数量的磷酸分子，未电离的 Mn(H2PO4)2分子以及不溶性的MnHPO4沉淀。 把净化的钢铁件浸入此溶液之中，发生以下反应：
无色转化膜
无色转化膜
无色转化膜是一种新型的材料，它可以在不改变物体本身颜色的前提下改变物体的透明度。
这种膜主要由两种化合物组成，一种是能够吸收光的有机化合物，另一种是可以增加透明度的无机化合物。
这两种化合物被混合并涂在物体表面，当光线照射时，有机化合物吸收了一部分光线，使物体显得更暗淡，而无机化合物则增加了光线的透过率，使物体变得更透明。
这种无色转化膜具有广泛的应用前景，比如可以用于建筑物的窗户和幕墙，可以根据阳光的强弱和角度自动调节透明度，实现节能和美观的双重效果。
此外，无色转化膜还可以应用于汽车、航空器等交通工具的车窗和头盔，提高驾驶员的视野和安全性。
还可以用于电子显示器、太阳能电池板等领域，增强光线透过率，提高效率。
无色转化膜的研究与开发仍在不断进行中，未来有望实现更高效、更广泛的应用。
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转化膜处理的概念特点及使用场景
转化膜处理的概念特点及使用场景
转化膜处理是一种新型的表面处理技术，它采用化学方法将物体表面上的一层物质转化为具有特殊性质的膜层。
这种处理方式具有以下几个特点：
1. 可以改变物体表面的化学性质。
转化膜处理能够使物体表面变得更加亲水或疏水，从而改善其表面润湿性和润滑性。
2. 可以增强物体表面的耐腐蚀性。
转化膜处理能够在物体表面形成一层致密的膜层，从而防止其受到外界化学物质的侵蚀。
3. 可以提高物体表面的机械性能。
转化膜处理能够使物体表面变得更加硬度和耐磨，从而提高其使用寿命和稳定性。
在实际应用中，转化膜处理经常用于以下场景：
1. 金属表面的防腐蚀处理。
利用转化膜处理能够在金属表面形成一层锌、铬、钛等物质的氧化膜，从而防止其被氧化和腐蚀。
2. 汽车、飞机等机械设备表面的润滑处理。
利用转化膜处理能够使机械设备表面变得更加光滑，从而减少摩擦力，提高设备运行效率。
3. 半导体器件表面的电学性能调节。
利用转化膜处理能够在半导体器件表面形成一层特殊的膜层，从而改变其电学性能，提高器件的性能指标。
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2011电镀工艺学第10章转化膜
盐酸（HCl，0.1mol/L）
0.8ml
磷化后处理
磷化后，可根据工件的用途进行后处 理，以提高磷化膜的抗蚀性能。磷化膜后 处理通常采用填充和封闭处理。填充处理 的工艺规范见表10.5：
磷化膜的封闭可用涂漆或锭子油，当使 用锭子油封闭时，油温为105～110℃，将 零件浸渍5～10分钟即可。
磷化膜填充处理工艺
磷化膜性能
磷化膜的颜色随着基体材料及磷化工艺 的不同由暗灰到黑灰色。磷化膜的主要成 分是磷酸盐和磷酸氢盐。
磷化膜在金属的冷变形加工的制造业中 能较好地改善摩擦表面的润滑性能，能减 少加工裂纹和表面拉伤，延长工具和模具 的使用寿命；
磷化膜在大气条件下较稳定，本身的
耐蚀性并不高，但磷化膜经封闭填充、浸 油或涂漆处理，能进一步提高其耐蚀性。
四合一磷化：所谓“四合一”磷化是将 除油、
除锈、磷化和钝化四个工序综合在一个槽中进行， 采用这种工艺可简化工序，减少设备和作业面积， 缩短工时，提高劳动生产率，降低成本，便于实 现机械化和自动化生产。用此法获得的磷化膜均 匀、细致，有一定耐蚀性和绝缘性。
电化学磷化：用电化学方法促进磷化
过程方面作过大量研究，但在工业上应用 还不成熟，一般电化学磷化可简化处理液 成分，避免氧化剂作促进剂时的弊病（如 生产过程产生有毒气体、溶液稳定性差、 泥渣量大、成本高），在低温条件下快速 获得很薄而高性能的磷化膜。
转化膜
所谓转化膜是指金属表面的原子层与某些介 质的阴离子反应生成的膜。转化膜主要有以下几 类：
1. 磷酸盐膜，其成膜过程称为磷化。 2. 氧化物膜，其成膜过程称为氧化，对钢铁零件 的氧化又称为“发蓝”或“发黑”。
3. 金属着色膜，在金属的表面采用不同的方法得 到有色膜层，如：铜、锌、镍、不锈钢等的着色。
转化膜
85～100
95～100
90～95
时间/MIN
5～8
8～10
8～10
表1－2 铝及铝合金酸性铬酸盐化学氧化溶液配方及工艺条件
组成物的质
量浓度
/G·L-1
1
配方编号 2
磷酸
10～15 50～60
铬酐
1～2
20～25
氟化钠
3～5
氟化氢氨
3～3.5
磷酸氢二氨
2～2.5
硼酸
0.6～1.2
铁氰化钾
重铬酸钾
温度/℃
3Cu + 3H2SeO3 ---> CuSe + 2CuSeO3 + 3H2O
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。
根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分 为高温化学氧化法和常温化学氧化法。这两种 方法所用处理液成分不同，膜的组成不同，成 膜机理也不同。
1.钢铁高温化学氧化(碱性化学氧化)
<1>高温化学氧化是传统的发黑方法，一般是在强 碱溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸钠）， 在140ºC左右的温度下处理15～90分钟，生成以 Fe3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.5～ 1.5微米，最厚可达2.5微米。氧化膜具有较好的 吸附性，氧化膜很薄。对零件尺寸和精度几乎没 有影响。
化学反应机理为：
3Fe＋NaNO2＋5NaOH－－>3Na2FeO2＋H2O＋NH3
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其中：M—表面金属，AZ- —介质中价态为z的阴离
子
注 ：上述反应式是化学转化膜反应的基本形式，具体的转
化膜形成过程要复杂的多，一般都包含多步化学反应和电 化学反应，也包含多种物理化学变化过程。其反应产物也 不像式中那样单一，而是要复杂的多。
1. 2转化膜的分类
按用途分为： 功能性膜（耐磨、减摩、润滑、电绝缘、冷成型加工、涂层基底） 防护性 装饰性
1. 3转化膜的基本用途
<1>防锈：转化膜一方面降低金属本身的化学活性， 提高了在环境介质中的热力学稳定性，另一方面 对环境介质的隔离作用。作防锈用的化学转化膜 主要用于以下二种情况：
①对部件有一般的防锈要求：如涂防锈油等，转化 膜作为底层很薄时即可应用。
转化膜技术
汇报人：张慧桥 指导老师：刘小萍 教授
1 概述
1.1定义及基本原理
定义： 转化膜技术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： 使金属与特定的腐蚀液相接触，在一定条件下
发生化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难 溶的生成物膜层。
特点：
由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜 反应而成的，因而膜与基体的结合力比电镀和化 学镀膜层大的多。
◇ 钢铁常温发黑机理：钢铁表面的发黑处理,可
得到均匀的黑色或蓝黑色外观，其表面膜的主要 成分是CuSe，功能与Fe3O4相似。
◇ 目前,常温发黑溶液在市场有商品供应,品种型
号甚多，其主要成分是CuSO4,二氧化硒,还含有 各种催化剂,缓冲剂,络合剂与辅助材料。
化学反应机理：
①SeO2溶于水中生成亚硒酸(H2SeO3):
SeO2 + H2O ---> H2SeO3 ②钢铁工件浸入发黑液中时,溶液中的游离Cu与Fe发生置换
反应,金属铜覆盖在工件表面,且伴随着Fe的溶解: CuSO4 + Fe ---> FeSO4+Cu Fe + 2H＋ ---> Fe + H2
③金属Cu与H2SeO3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CuSeO3及FeSeO3的挂灰 成分:
根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分 为高温化学氧化法和常温化学氧化法。这两种 方法所用处理液成分不同，膜的组成不同，成 膜机理也不同。
1.钢铁高温化学氧化(碱性化学氧化)
<1>高温化学氧化是传统的发黑方法，一般是在强 碱溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸钠）， 在140ºC左右的温度下处理15～90分钟，生成以 Fe3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.5～ 1.5微米，最厚可达2.5微米。氧化膜具有较好的 吸附性，氧化膜很薄。对零件尺寸和精度几乎没 有影响。
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·mH2O+2NaOH
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。
2.钢铁常温化学氧化(酸性化学氧化)
<2>耐磨：耐磨用化学转化膜广泛用于金属与金属 面互相摩擦的部位。其主要作用是①提高硬度， ②减少摩擦阻力（如表面上的磷酸盐膜层具有很 小的摩擦系数），③吸油：如磷酸盐膜层具有良 好的吸油能力，在金属接触面间产生了一缓冲层， 从化学和机械两方面保护了基体,减小磨损。
<3>涂装涂层：化学转化膜在某些情况下也可作为 金属镀层的底层。作涂装底层的化学膜要求膜层
*按形成机理分为： 化学转化膜（无外加电流） 电化学转化膜（有外加电流）
按膜的主要组成物分为： 氧化物膜：金属在含有氧化剂的溶液中形成的膜，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的溶液中形成的膜，其成膜 过程在我国习惯上称钝化； 草酸盐膜：钢铁材料在含有草酸盐溶液中处理得到的草酸盐膜
<6>绝缘：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。
<7>装饰：依靠自身的装饰外观，或者靠他的多孔性质能够 吸附各种美观的色料，常用于日常用品等的装饰上。
1. 4转化膜的主要施工方法
• 浸渍法 • 喷淋法 • 刷涂法 • 滚涂法 • 蒸气喷枪法 ● 三氯乙烯综合处
理法
浸渍法
致密，质地均匀，薄厚适宜，晶粒细小。
<4>防电偶腐蚀：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 转化膜的作用是：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。
<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。
刷 镀
滚镀法
法
2转化膜
□ 2.1 □ 2.2 □ 2.3 □ 2.4 □ 2.5
钢铁的化学氧化处理和磷化处理 铬酸盐钝化膜 草酸盐钝化 铝及其合金的氧化处理 微弧氧化
2.1 钢铁的化学氧化处理和磷化处理
2.1.1钢的氧化处理
钢的氧化处理(又称发蓝或发黑):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。
化学反应机理为：
3Fe＋NaNO2＋5NaOH－－>3Na2FeO2＋H2O＋NH3
6Na2FeO2＋NaNO2＋5H2Байду номын сангаас－－>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。
②对部件有较高的防锈要求，部件又不受挠曲，冲 击等外力作用：转化膜要求均匀致密，且以厚者 为佳。
需要注意的是：
虽然化学转化膜有一定的防护作用，但是同别 的防护层（例如金属镀层等）比较，其防护功效是 不十分显著的，它往往不足以使金属得到有效的保 护，所以金属在施行化学转化处理后，通常大都需 要补以其他防护措施。