表面工程学 第2版 教学课件 作者 曾晓雁 吴懿平 电子课件 八 转化膜 09 .ppt

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1、第一节转化膜的基本特性及用途第八章转化膜与着色技术将工件浸入处理溶液中,通过化学或电化学反应,使金属表面溶解并与溶液发生反应,在金属表面形成一层附着良好、能保护金属不被介质腐蚀的化合物膜层。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层和化学镀层这些外加膜层大得多。1转化膜的形成方法1)防护:转化膜化学稳定性高,可提高金属表面防腐性能。2)装饰:利用转化膜鲜艳的色彩,提高产品外观质量。3)过渡层:转化膜对金属和涂料结合力强,可作涂层打底层。4)耐磨:高硬度转化膜可提高金属的耐磨性。5)减摩:摩擦系数小的转化膜可减小金

2、属摩擦力和磨耗。7)电绝缘性:某些转化膜可作为电工金属材料的表面绝缘膜。2.转化膜的性质和用途1)按其形成机理:化学转化膜和电化学转化膜;2)按其成分:氧化膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、草酸盐膜;3)按其用途:防护膜、装饰膜及功能性膜(耐磨、减摩、润滑、绝缘等);3.转化膜技术的分类把金属放入含有锰、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的方法。磷化膜层为微孔结构,与基体结合牢固,具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性及较高的电绝缘性等。第二节磷化(1)根据溶液成分为锰系、锌系、锌-锰系、锌-钙系磷化液。磷化膜分类(1)(

3、2)根据磷化液使用温度分为高温(>90℃)、中温(~60℃)和常温磷化。磷化膜分类(2)1磷化膜的形成假转化型磷化处理过程:第一阶段:铁在酸性磷化液中溶解Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2↑一、钢铁磷化膜形成原理(1)第二阶段:金属与溶液界面处pH值升高,使可溶性的磷酸(二氢)盐向不溶性的磷酸盐转化,沉积在金属表面成为磷化膜Me(H2PO4)2→MeHPO4+H3PO43Me(H2PO4)2→Me3(PO4)2+4H3PO4Me代表Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+等二价金属离子。钢铁磷化膜形成原理(2)基体金属铁也可与磷酸二氢盐

4、发生反应Fe+Me(H2PO4)2→FeHPO4+MeHPO4+H2↑Fe+Me(H2PO4)2→Me2Fe(HPO4)2+H2↑钢铁磷化膜形成原理(3)整个成膜过程可以写成如下反应式:5Me(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2+8H2O→→Me3(PO4)2·4H2O+Me2Fe(HPO4)2·4H2O+8H3PO4假转化型磷化膜中的金属离子主要是由溶液提供,一般为Zn2+、Mn2+、Ca2+中之一种或两种,因而假转化型磷化液分为锌系、锰系、锌锰系、锌钙系等。钢铁磷化膜形成原理(4)加快磷化速度,提高磷化膜质量的方法是:1)加入氧化剂,如NO

5、3-,NO2-,ClO2-等,它们能除去成膜时产生的[H]和亚铁离子;2)加入电位比铁高的金属离子,如Cu2+、Ni2+、Co2+,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。3)用机械法提高被处理表面的粗糙度,增加形核数。3磷化膜的组成和结构磷化膜多孔,孔的密度为每平方毫米一百至数百个,约占膜体积的0.5%~1.5%。膜越厚,晶粒越细,孔隙度越低。1预处理(1)喷砂处理:提高表面粗糙度,有利于形核,获得致密的磷化膜。(2)有机溶剂清洗:磷化膜结晶细而致密,加快磷化过程。(3)强碱脱脂:磷化膜结晶粗大,磷化时间长。(4)强酸腐蚀:

6、磷化膜结晶粗大,膜层厚。二、钢铁磷化工艺磷化工艺主要有:高温、中温和常温磷化。提高温度可以加快磷化速度,提高磷化膜的附着力、耐磨性、耐蚀性和耐热性。2磷化配方及工艺规范(1)磷化后对磷化膜进行填充和封闭处理可提高膜的防护能力。填充后,可在锭子油、防锈油或润滑油中进行浸泡封闭。如需涂漆,应在钝化处理干燥后进行,工序间隔不超过24h4磷化膜的后处理磷化膜只有配合其它处理时,防护性才有大的提高。5磷化膜的防护性能一、钢铁的化学氧化处理(发黑、发蓝处理)膜的主要成分是Fe3O4,厚度0.5~1.5μm。第四节化学氧化常用碱性氧化法,反应过程如下:3Fe+

7、NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3↑6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+7NaOH+NH3↑(在130℃下氢氧化钠和亚硝酸钠与铁反应生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4))Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+4NaOH(氧化铁晶体成核长大,生成磁性Fe3O4氧化铁膜)。1钢铁化学氧化机理(1)氧化膜的致密度取决于形核速度与晶体长大速度之比。比值越大,膜层越致密;反之,则晶粒粗大、疏松,膜层也越厚。钢铁化学氧化机理(2)2钢铁化学氧化工艺规范NaOH:过高的浓度易

8、使氧化膜疏松和多孔。若浓度太低,氧化膜较薄,防护性差。NaNO2:强氧化剂。提高NaNO2的浓度可加快氧化速度,膜层致密牢固。Fe:氧化

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