04第四章 金属的化学处理(化学转化膜)
不锈钢磷化处理作用
不锈钢磷化处理的作用
一、什么是磷化？
磷化是常用的前处理技术，原理上应属于化学转换膜处理，主要应用于钢铁表面磷化，有色金属（如铝、锌）件也可应用磷化。
磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。
二、磷化处理的作用？
磷化处理工艺主要用在金属表面，目的也是为金属表面提供一层保护膜，让金属与空气隔绝，防止其被腐蚀；还会用于一些产品涂漆之前的打底，有了这层磷化膜能够提高漆层的附着力和防腐蚀能力，提高装饰性让金属表面看起来更漂亮，并且还能够在部分金属冷加工过程中起到润滑的作用。
经过磷化处理后能让工件在很长时间内不会氧化生锈，所以磷化处理的应用非常广泛，也是常用的一种金属表面处理工艺，在汽车，船舶，机械制造等行业中应用越来越多。
另外磷化膜除了和基体有很好的结合性，它与油漆涂层有良好的结合力，这就是说磷化后再喷漆，漆膜不容易脱落。
人教化学选修4第四章第四节 金属的电化学腐蚀与防护(共17张PPT)
原理 ： 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极， 使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下 使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及 水中金属设备的腐蚀。
辅助阳极 （不溶性）
二、金属的电化学防护
讨论：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是： （5）（2）（1）（3）（4）
一、金属的腐蚀 1.定义 2.本质
化学腐蚀
3.分类
电化学腐蚀
钢铁的析氢腐蚀(次要) 钢铁的吸氧腐蚀（主要）
二、金属的防护
1.电化学保护法
2.改善金属的内部组织结构(内因)
3.在金属表面覆盖保护层
求知探索—千年不锈之谜
1965年冬天，在湖北省望山楚墓群中，出土了传说中的越王勾践剑。越王 勾践剑的含铜量约为80%-83%、含锡量约为16%-17%。该剑出土时插在髹漆 的木质剑鞘内。这座墓葬深埋在数米的地下，墓室四周用白膏泥填塞，其 下部采用的还是经过人工淘洗过的白膏泥，致密性更好。加上墓坑上部填 土夯实，墓室几乎成了一个密闭的空间。墓处在现代荆州附近的漳河二干 渠上，地下水位较高，该墓的墓室曾经长期被地下水浸泡，地下水酸碱性 不大，基本上为中性，这从该墓出土的大量精美的漆木器保存情况较好而 得到证实。让人惊奇的是，这把青铜宝剑穿越了两千多年的历史长河，但 剑身几乎不见锈斑。它千年不锈的原因到底是什么呢？
金属被氧化
电化学腐蚀
M – xe- = Mx+ 利用原电池原理得失电子 反应中伴随电流的产生
活泼金属被氧化
一、金属的电化学腐蚀
4、钢铁生锈的原理
一、金属的电化学腐蚀
5、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀
条 件
水膜呈酸性
化成处理工艺
水洗 水洗
7
第二章 预处理 • 一.脱脂
• 1.目的: 部分去除工件表面离型剂,切削油及其它油脂
• 2.分类: 有机溶剂脱脂,乳化剂脱脂,碱性脱脂,
•
超声波碱性脱脂,电化学脱脂
• 3.碱性脱脂剂组成: NaOH, Na2CO3, Na2SiO3,
•
Na3PO4, Na4P2O7及表面活性剂等
•
8
• 4.现代脱脂理论: 皂化,乳化,润湿,渗透,分散,增溶,
18
正常认为其对金属的防护作用有以上两原因:
• 1.膜的紧密性: • 保证金属表面同腐蚀介质可靠地隔离----“隔离屏蔽”. • 2.部份溶的六价铬化合物可以在膜的不连续部位露金属起缓
蚀作用. • 防护性是由少量可溶性六坐铬化合物,还是不溶性化合物起作
用至无统一解见. • 3.加热对膜防蚀性有不列影响.由于膜的可溶部份六价铬化合
•
b.形成铁酸钠:6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+7NaOH +NH3
• c.形成磁性氧化铁: Na2Fe2O4+Na2FeO2 +2H2O=Fe3O4+7NaOH
•
13
• (2).工艺:
• a.单槽法,双槽法
• b.药剂配方:NaOH,NaNO3,K2Cr2O7, NaNO2等 • 3.钢铁的常温化学氧化:
•
溶液中形成的膜层
3
• 四.化成皮膜特性: • (1).在腐蚀性气氛中保护基材能力很强.
• (2). 对基材的附着力强. • (3). 对涂层的附着性好 • (4). 皮膜接触电阻小,抗电磁波屏蔽性(EMI)好. • (5).对涂装烘烤温度有耐热性. •
人教化学选修4第四章第四节 金属的电化学腐蚀和防护(共18张PPT)
上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可
能的是
（D）
A. 它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；
B. 环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被
酸雨溶解洗去；
CD..铜它的们金是属含活一动定性 比比 例氢 金小 、， 银因 、此 锡、不锌宜的被合氧金化；；
改变金属的内部组织结构
防腐
2020/6/15
4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n) H2O 6
2、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
电压
0.204V
1.433V
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或中性
正极 负极
2H++ 2e- =H2 O2 + 2H2O + 4e-=4OHFe - 2e- = Fe2+
练一练
下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
___(_5__)_>__(_2__)_>__(_1__)_>__(_3__)_>__(_4__)
2020/6/15
12
小结
在同一电解质溶液中，金属腐蚀的 快慢规律如下： 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引
起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施 的腐蚀
2020/6/15
2020/6/15
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二、金属的电化学防护
2、、牺牲阳极的阴极保护法： P86
2020/6/15
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二、金属的电化学防护
3、、外加电源的阴极保护法： P87
2020/6/15
辅助阳极 （不溶性） 16
金属的电化学防护
人教化学选修4第四章第四节 金属的电化学腐蚀和防护(共24张PPT)
烤漆
镀铬
涂机油 涂凡士林
镀锌
金属的防护方法 在制金成属合表金面 （覆 不盖 锈保 钢护 ）层 ——改善金属的—内—部电组镀织、结油构漆(内等因)
改变本质
思考讨论
➢金属腐蚀对生活一定不利吗？人们是否可以将金属腐 蚀的原理用于生活，为我们的生活服务呢？
FeCl3溶液腐 蚀铜电路板
情感升华
谢谢 请各位专家、老师批评指正！
小组讨论
常年与海水接触的钢闸门很容易造成腐蚀，你是否能采用原电池 及电解原理来设计两种防腐方法。
钢 闸
Zn
门
牺牲阳极的阴极保护法：原电池原理
小组讨论 常年与海水接触的钢闸门很容易造成腐蚀，你是否能采用本 章所学内容来防止钢闸门被腐蚀？
钢 闸
辅助阳极
门
外加电流的阴极保护法
联系生活
自行车的金属部件采用了什么样的防护措施?
e-
e-
Fen+
Fen+
Fe2+
ee-
Fen+
析氢腐蚀：铁在片酸性较Fe强+条2H件+ 下=F有e2氢+ +气H生2↑成的电石化墨学棒腐蚀。
实验探究
向铁粉中加入少量的炭粉，混合 均匀后，撒入内壁用氯化钠溶液 润湿过的锥形瓶中，按图示装置 好仪器，观察、比较导管中水柱 （在水中滴加几滴红墨水）的变 化。
盐酸溶液 现象：冒气泡 铁片溶解 溶液变成浅绿色
换个角度看反应
e-
e-
Fen+
Fen+
e-
e-
Fen+
微观
Fe2+
e-
e-
Fen+
Fen+
表面电镀处理知识
1、电镀：在电解质溶液中，工件为阴极，在外电流作用下，表面形成镀层的过程（镀铜、镀镍）。
2、氧化：在电解后溶溶中，工件为阳，在外电流作用下，表面形成氧化膜过程，（铝合金阳极氧化）。
1、化学转化膜处理：在电解质溶液中，金属工件在无外电流作用，化学物质与工件相互作用表面形成的镀层过程2、化学镀：在电解质流液中，工作表面经催化处理，无外电流作用化学物质的还原作用，某物质沉积于工作表面形成镀层的过程（化学镀镍、化学镀铜）。
1、热喷涂：将熔融金属雾化，喷涂于工作表面，形成的涂层的过程。
（热喷涂锌）。
2、化学热处理：工作与化学物质接触加热，在高温态下某种元素进入工件表面的过程（渗氮、渗碳）。
1、物理气相沉积：在真空条件下，金属气化成原子或分子，真空法直接沉积到工件表面，形成涂层的过程。
而生成固态沉积层的过程。
表面处理知识2、化学气相沉积：低压下，气态物质在工件表面因化学反应一、表面处理定义：表 面 处 理 分 类（磷化、钝化、发蓝）。
热加工方法电化学方法化学方法：二、表面处理几种类形1、电镀锌（白锌、蓝锌、彩锌、黑锌、红锌、黄锌、绿锌）。
2、电镀镍。
3、化学镀镍。
4、酸洗、钝化。
三、电镀原理：1、电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程。
电镀时将金属制件作为阴极，所以镀金属作为阳，分别挂于铜制的极棒上而浸入会有镀层成份的电解液中，并通入直流电。
下面以镀镍为例叙述。
在阴极上镍离子得到电子还原为镍金属NiNi 2、电镀过程实质上是金属的电结晶过程。
①水化的金属离子向阴极扩散和迁移。
②水化膜变形。
③金属离子从水化膜中分离出来。
④金属离子被吸附和迁移到阴极上的活性部分。
⑤金属离子还原成金属原子，并排列组成一定晶格的金属晶体。
Ni+2+2eNi 2++ 2e3、镀层特点：1、与基本金属结合牢固，附着力好。
2、镀层完整，结晶细致紧密，孔隙率小。
3、具有良好的物理化学性能。
4、具有符合标准规定的厚度，而且均匀。
3、电镀工艺流程：四、化学镀镍原理：1、不是靠基体金属的氧化提供电子，而是靠溶液中的还原剂氧化来提供电子，同时使溶液中金属离子在基体表面还原沉积，而不是在溶液中发生还原沉积。
钢的表面处理名词解释
钢的表面处理名词解释钢是一种常用的金属材料，广泛应用于建筑、制造业和交通工具等领域。
然而，钢材的表面往往需要经过一系列的处理，以提高其耐腐蚀性、美观性和功能性。
在本文中，我们将解释一些常见的钢的表面处理名词，帮助读者更好地理解这些技术的原理和应用。
1. 镀锌（Galvanizing）镀锌是将钢材表面覆盖一层锌的处理方法。
这一过程常用于保护钢材不被氧化，从而延长其使用寿命。
通过将钢材浸泡在熔化的锌中，或者将锌涂覆于钢材表面，形成一层致密的锌层，可以有效地防止钢材被氧化腐蚀。
镀锌的钢材在室外环境中表现出良好的耐腐蚀性。
2. 酸洗（Pickling）酸洗是一种常用的去除钢材表面氧化层和杂质的处理方法。
通常使用的酸洗剂包括盐酸、硫酸和硫酸亚铁等。
在酸洗过程中，钢材被浸泡在酸性溶液中，酸性环境有助于溶解氧化层和杂质，使钢材表面恢复洁净。
然而，酸洗也可能会导致钢材表面粗糙度的增加，因此通常需要进行后续的处理，如抛光或涂层。
3. 喷砂（Sandblasting）喷砂是一种通过高速喷射磨料颗粒对钢材表面进行打磨处理的方法。
在喷砂过程中，喷砂机通过压缩空气将磨料颗粒喷射至钢材表面，使其表面粗糙度增加，去除氧化层和污物。
喷砂常用于准备钢材的表面，以便后续的涂层或镀层能够更好地附着。
4. 阳极氧化（Anodizing）阳极氧化是一种表面处理方法，主要应用于铝材和其合金。
通过在酸性溶液中施加电流，形成氧化膜，使铝材表面产生一层致密的氧化层。
这一层氧化层具有良好的耐腐蚀性和装饰性，可以改善铝材的外观和性能。
5. 涂装（Coating）涂装是一种将钢材表面覆盖一层特殊涂料的处理方法。
涂料的种类较为多样，包括喷涂、电泳、粉末涂料等。
涂装能够保护钢材不受外部环境的侵蚀，增强其耐腐蚀性和美观性。
此外，涂层还可以增强钢材的耐磨性和耐热性，提高其功能性。
6. 化学转化膜（Chemical Conversion Coating）化学转化膜是一种通过在钢材表面形成一层化学反应产物，改变其表面性质的处理方法。
金属转化膜
如硫酸和硝酸(5％)混合酸、H2O2 或FeCl3 等均可提高除灰效果。
(4) 阳极氧化：硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、硬质阳极氧化、 特殊阳极氧化。
A. 硫酸阳极氧化：硫酸法直流阳极氧化是最广泛使用的方法。氧化膜无色透 明，可接受各种着色处理。封孔性能较好，可以做耐蚀防护层。电源以直流 电最普通，一般是15～20V。在所有影响因素中，硫酸浓度和操作温度起主导 性作用。在较低硫酸浓度和温度下氧化时，可以得到较厚和较硬的膜。
耐蚀性，但其防护性仍然较差,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。
6.2.2铝及铝合金的化学氧化 (1)化学氧化原理
把A1浸入水中就可以使天然氧化膜加厚，发生下列反应，并生成Al2O3
薄膜：
Al A13+ +3e 2H2O + 2e 2OH + H2 (1) (2)
B. 铬酸阳极氧化：铬酸膜较薄，大致为0.5~1.25μm，可能由于膜中
留有铬酸根，具有很好的耐蚀防护性能。氧化膜颜色从灰白到深灰色，难 染色，膜较软，耐磨性不如硫酸氧化膜；膜的孔隙度较低，不作封孔也可
使用。适于尺寸容差小和表面光洁度高的零件，在飞机制造和机械制造业
理剂；
(3) 开发研制不产生污染的化学处理剂；
(4) 开发研制能简化工艺、缩短流程的化学处理剂； (5) 开发研制应用于大型构件的化学处理剂；
(6) 开发具有更致密、保护性能更好的转化膜；
(7) 开发具有更高硬度、更耐磨的转化膜； (8) 开发具有特殊功能的转化膜。
6.2化学氧化
化学氧化是指金属表面与介质中的阴离子发生氧化反应生
金属转化膜的生成：
mM + nAz-→ MmAn + nze
第7章 化学转化膜
第7章 化学转化膜化学转化膜是金属或镀层金属表层原子与水溶液介质中的阴离子相互反应，在金属表面形成含有自身成分附着性好的化合物膜。
成膜的典型反应式如下：z m n m M nAM A nze -+→+ （7-1）式中，M 为与介质反应的金属或镀层金属；A z-为介质中价态为z 的阴离子。
转化膜是表层的基底金属直接与介质阴离子反应，形成基底金属化合物（M m A n ）。
可见化学转化膜实际上是一种受控的金属腐蚀过程。
上述反应式中，电子可视为反应产物，转化膜的形成可以是金属与介质界面间的化学反应，也可以是施加外电源进行的电化学反应。
前者为化学法，后者为电化学法（阳极氧化）。
化学法时反应式产生的电子将传递给介质中的氧化剂。
电化学法时所产生的电子将传递给与外电源相接的阳极，以阳极电流形式脱离反应体系。
实际上，化学转化膜形膜过程相当复杂，存在着伴生或二次反应。
因此得到的转化膜的实际组成往往也不是按上式反应生成典型的化合物膜。
例如，钢铁件在磷酸盐溶液中进行磷化处理时，所得到磷化膜的主要组成是二次反应生成的产物，即锌和锰的磷酸盐。
尽管如此，考虑到化学转化膜形成过程的复杂性，以及二次反应产物也是金属基底自身转化的诱导才生成的，所以一般不再严格进行区分，都称为化学转化膜。
转化膜的形成方法大多是化学法，也可以用电化学法。
化学法是将金属在溶液中浸渍，通过化学反应形成转化膜，也可将溶液喷射于工件表面，通过化学反应成膜。
转化膜按它的组成物分为氧化物膜、硫化物膜、铬酸盐膜、磷酸盐膜和草酸盐膜。
电化学氧化法（阳极氧化法）是指工件作为阳极，在电解液中电化学处理，在金属表面形成10~20μm 稳定的转化膜的过程，也称电化学转化膜。
阳极氧化法可以大大提高铝及铝合金耐蚀耐磨性；可以改善外观，作为装饰用。
还能提高金属的热绝缘性和表层电阻，同时也可以作为油漆的底层。
转化膜用途十分广泛，可以分为：涂装底材用转化膜，塑性加工用转化膜，耐磨损用转化膜，防锈用转化膜，绝缘用转化膜和其他功用转化膜（如搪瓷底材用转化膜、装饰用转化膜）。
第四章 金属材料化学制备方法PPT课件
金属热还原法（金属置换法）
常用还原剂：铝、钙、镁、钠等。
铝：最常用还原剂，但铝容易和许多金属生成 合金。可采用调节反应物配比来尽量使铝完全 反应而不残留在生成的金属中。
钙、镁一般不和各种金属生成合金，因此可用 作钛、锆、铪、钒、铌、钽等氧化物的还原剂。
部分金属氧化物很稳定，可先转换成卤化物再 通过金属热还原，如： TiCl4+4Na===Ti+4NaCl TiCl4+2Mg===Ti+ZMgCl2
铷锶 钇 锆铌 钼 锝 钌 铑钯银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙
6 55 Cs 56 Ba 57-71 72 Hf 73 Ta 74 W 75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn
铯 钡 La-Lu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
矿石；适用于工业生产；
热分解法：
部分金属仅用加热矿石的方法就可以得到。 在金属活动顺序中，在氢后面的金属其氧 化物受热就容易分解。 HgO和Ag2O加热发生下列分解反应：
2HgO===2Hg+O2 将辰砂(硫化汞)加热也可以得到汞：
HgS+O2===Hg+SO2
热还原法
工业生产中最常用的冶金过程
RECl3 + 3Na == 3NaCl + RE （RE=稀土）
碳热还原法
对不同的矿石，采用不同的步骤 氧化物矿:MgO+C====Mg+CO
SnO2+2C===Sn+2CO2 碳酸盐矿:一般重金属的碳酸盐受热时都能分
解为氧化物，再用焦炭还原。 硫化物矿:先在空气中锻烧，使它变成氧化物，