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）,（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 ＋ H3PO4 3Me(H2PO4)2 → Me3(PO4)2 + 4H3PO4 Me代表Zn2＋、Mn2＋、Ca2＋、Fe2＋等二价金属离子基体金属铁也可与磷酸二氢盐发生反应 Fe + Me(H2PO4)2 → FeHPO4 ＋ MeHPO4+ H2↑ Fe + Me(H2PO4)2 → Me2Fe(HPO4)2 + H2↑,钢铁磷化膜形成原理（2）,整个成膜过程可以写成如下反应式： 5Me(H2PO4)2 + Fe(H2PO4)2 + 8 H2O → → Me3(PO4)2 ·4H2O + Me2Fe(HPO4)2 ·4H2O+ 8 H3PO4 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。
加快磷化速度，提高磷化膜质量的方法是：1） 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；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：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,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24h,4 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 + 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2 钢铁化学氧化工艺规范,NaOH：过高的浓度易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：氧化溶液中需含0.5～2g/L的铁，可使膜层致密，提高结合力。
3 溶液成分对氧化的影响,氧化工件后处理可提高氧化膜的防护性和润滑能力 先进行皂化或填充处理，然后在105～110℃机油中浸渍5～10min4 氧化后处理,蒸汽处理（发蓝）,中碳（合金）钢零件在过饱和的热蒸汽中加热氧化，其表面将生成一层均匀、坚实、多孔、且带有磁性的Fe3O4膜，厚度约3~4微米其防锈能力比发黑要强的多蒸汽处理主要用于高速钢刀具工具、硅钢片、粉末冶金、模具和热作模具等发兰和发黑等热处理之用，处理后耐磨性、绝缘性良好蒸汽处理原理,在不同温度和不同水蒸气的浓度下，水蒸气与铁反应 H2O → [O] + H2 Fe + [O] → FexOy 由图4-1和Fe-O平衡相图可知，在低于570℃，并连续通水蒸气的情况下，反应生成物应是纯Fe3O4蒸汽处理工艺,1）预处理：零件要进行碱洗、酸洗，去除表面油脂和铁锈2）蒸汽处理：工艺见图3）后处理：热浸油不同条件下铝表面生成氧化膜的厚度三、铝及其合金的化学氧化 *,包括脱脂处理、碱蚀处理和出光处理1 预处理,2 化学氧化工艺,被处理工件接阳极，所以也称阳极氧化。
用于铝、镁轻金属及其合金的表面氧化处理，起到耐磨、耐蚀和装饰作用第六节 电化学氧化,高硬度和耐磨性：有很高的硬度（>2000HV）和耐磨性 多孔性：多孔结构可吸附染料，将氧化膜染成各种颜色 耐蚀性：氧化膜封闭处理可提高铝耐大气的腐蚀 电绝缘性：氧化膜具有高绝缘电阻和击穿电压 膜与基体金属结合强度很高阳极氧化膜的特点,在硫酸溶液中通电后，发生在阳极（铝）的电化学反应为： H2O → [O] + 2H+ + 2e 2Al + 3[O] → Al2O3 除电化学反应外，铝表面还发生化学反应 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑ Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O 所以在阳极氧化过程中，氧化膜的生成与溶解是同时进行一、 铝的阳极氧化机理,（2）AB段：电压升至A点，氧化膜较薄处被溶解或击穿，使电化学反应继续进行此时氧离子穿过阻挡层与基体铝反应，铝离子也穿过阻挡层在膜－溶液界面反应阳极氧化过程中电压－时间曲线（1）,（1）OA段：在氧化开始数秒内，铝表面生成10~100nm厚致密氧化膜，使导电性下降，电压急剧上升（“阻挡层”）。
阳极氧化特性曲线与氧化膜生长示意图,阳极氧化过程中电压－时间曲线（2）,（4）C点以后：要想得到厚膜，必须继续升高电压3）BC段：受空穴数量和导电能力的影响，电压保持不变，氧化膜Al2O3·H2O的生成速度先是大于溶解速度，但随膜的增厚，电阻增大，膜的生长速率下降当膜的生成速度等于化学溶解速度时，膜厚达到极限不再增加阳极氧化特性曲线与氧化膜生长示意图,铝阳极氧化膜的结构特点： 在阻挡层上堆积了蜂窝状的晶胞，每个晶胞为一六角柱体，柱的中央有一个贯穿到阻挡层的孔二、阳极氧化膜微观结构（1）,受阳极氧化条件的影响，晶胞c的大小为： c = 2δU + d nm 式中，δ－壁厚(nm); U－电压（V）；d－孔隙直径（nm） 不同氧化条件下形成氧化膜的孔隙数目阳极氧化膜微观结构（2）,1 预处理包括脱脂处理、碱蚀处理和出光处理三、 阳极氧化工艺,（1） 硫酸法：氧化膜有较强吸附能力、较高的硬度、良好耐磨性和抗蚀性能，膜层无色透明，容易染成各种美丽的色泽。
2）硫酸阳极氧化配方及工艺条件2 防护装饰性阳极氧化,1） 硫酸浓度：浓度越高，膜的化学溶解速度越快，膜也越薄，硬度越低，但吸附力强，染色性能好一般硫酸的浓度应在18～20％3） 影响阳极氧化的工艺因素（1）,2） 溶液温度：升高温度导致氧化膜溶解速度加大，膜的生长速度减小，并影响膜的硬度和耐磨性在10～20℃时，膜多孔、吸附性好、富有弹性，宜染色影响阳极氧化的工艺因素（2）,3） 电压及电流密度：阳极电压对膜的结构影响提高电流密度可加快膜生长速度，硬度和耐磨性也比较好过高电流密度会使膜的生长速度反而下降影响阳极氧化的工艺因素（3）,4） 氧化时间：膜厚与时间成正比，当膜生长到一定厚度时，膜的生长速度与腐蚀速度平衡，膜不再增厚影响阳极氧化的工艺因素（4）,6） 搅拌：常用压缩空气搅拌，使温度均匀7） 铝合金的成分：成分对膜的质量、厚度和颜色等有着十分重要的影响纯铝上获得的氧化膜最厚，硬度最高，耐蚀性最好影响阳极氧化的工艺因素（5）,5） 电源：可用直流或交流电电源直流脉冲电源，能改善氧化膜的质量，提高氧化速度影响阳极氧化的工艺因素（6）,8）硫酸阳极氧化工作条件对氧化膜性能的影响。
有良好的耐磨性和隔热性，厚度一般在40μm以上 硬质阳极氧化工艺 一般用硫酸溶液低温直流氧化法：硫酸15％，电流密度2.4A/dm2，温度0～4℃初始电压25～30V，以后逐渐增至40～60V2） 硬质阳极氧化,四、 阳极氧化膜的着色,主要有自然发色法、吸附着色法和电解着色法1）自然发色的发色体在多孔层的夹壁中；（2）吸附着色中的染料发色体沉积在氧化膜孔隙的上部；（3）电解着色的金属发色体沉积在多孔层的孔隙底部1 着色机理,1）氧化膜本身是无色透明的；2）有适当的厚度；3）吸附染色对氧化膜的要求应有一定的孔隙率和吸附性2 吸附染色法 (化学染色法)对氧化膜的要求,多用染纤维织物的酸性染料、直接染料和活性染料等1） 有机染料着色机理： 氧化膜与着色物之间属于物理吸附和化学反应吸附，以化学键或形成络合物等形式结合2）有机染料着色特点：(a) 色泽鲜艳，颜色范围广，上色速度快b) 耐晒性能差1） 有机染料着色,有机染料着色工艺规范,1） 无机颜料着色机理 利用氧化膜具有的多孔结构和强吸附能力，使孔内吸附的两种无机盐起化学反应，生成具有一定色泽的新盐，沉淀与氧化膜的孔隙之中，达到染色的目的。
2）无机颜料着色特点及应用 透明度较差，着色的色调不鲜艳，与基体结合力差，但无机颜料的耐晒保色性能好，主要用于建筑铝型材的染色处理。