第八章 化学转化膜技术
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化学转化膜chemical conversioncoating7.1.1定义及基本原理许多金属都有在表面上生成较稳定的氧化膜的倾向,这些膜在特定条件下能起保护作用,这就是金属的钝性。
化学转化膜技术就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技术。
也就是使金属钝化。
: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。
这些膜层,或者能保护基体金属不受水和其它腐蚀介质的影响,或者能提高有机涂膜的附着性和耐老化性,或者能赋予表面其它性能。
化学转化膜由于是基体金属直接参与成膜反应而生成,因而与基体的结合力比电镀层和化学镀层大的多。
几乎所有的金属都可以在选定的介质中通过转化处理得到不同应用目的的化学转化膜,但目前工业上应用较多的是钢铁、铝、锌、铜、镁及其合金。
拜斯泰克(Biextex)和(Weber)提出用下面的反应式来表示化学转化膜的形式:mM + nAz- ---> MmAn + nZe其中: M——表面金属, Az-——介质中价态为z的阴离子所以,化学转化膜同金属上别的覆盖层(例如金属的电沉积层)不一样,它的生成必须有基底金属的直接参与,与介质中阴离子生成自身转化的产物(MmAn), 因此也可以说化学转化膜的形成实际上可看作是受控的金属腐蚀的过程.7.1.2化学转化膜的分类按获得方法可分为:化学法和电化学法;按膜的主要组成物的类型分为:氧化物膜,磷酸盐膜,铬酸盐膜,草酸盐膜等。
7.1.3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。
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.一般的说:化学转化膜的防护功效取决于受转化金属的本性,膜的类型,组成和结构,膜的性能(同基底金属的结合强度,孔隙率等),环境条件。
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。
化学转化膜技术《化学转化膜技术》嘿,同学们!今天咱们来聊聊化学转化膜技术,不过在这之前呢,咱们得先把一些化学的基础知识搞清楚,这样才能更好地理解这个技术。
咱们先来说说化学键。
化学键就像是原子之间的小钩子,把原子们紧紧地连在一起。
这里面有两种特别的“小钩子”,一种是离子键,一种是共价键。
离子键啊,就好比是带正电和带负电的原子像超强磁铁一样吸在一起。
比如说氯化钠,钠原子把一个电子给了氯原子,钠原子就带正电,氯原子带负电,它们就因为这种正负相吸的力量紧紧地靠在一起了。
而共价键呢,就像是原子们共用小钩子连接起来。
像氢气分子,两个氢原子就共用一对小钩子,这样就形成了一个稳定的氢气分子。
再说说化学平衡吧。
这就像是一场拔河比赛,反应物和生成物就像是两队人。
在比赛开始的时候,可能反应物这边人多力量大,反应就朝着生成物那边进行得比较快。
但是随着反应的进行,生成物这边的力量也慢慢起来了。
等到两边的力量达到一个平衡,也就是正反应的速率和逆反应的速率相等的时候,就像拔河的两队谁也拉不动谁了,这时候反应物和生成物的浓度就不再变化了,这就是化学平衡的状态。
还有分子的极性呢。
这个可以类比成小磁针。
比如说水,水是极性分子,就像一个小磁针一样。
氧原子那一端就像是磁针的南极,带负电,氢原子那一端就像是北极,带正电。
而二氧化碳就不一样了,二氧化碳是直线对称的分子,它就像一个两边完全一样的东西,是个非极性分子,就没有这种像小磁针一样的极性。
接下来讲讲配位化合物。
这个就好比是一场聚会,中心离子就是聚会的主角,而配体呢,就是那些提供孤对电子来共享的小伙伴。
比如说在[Cu(NH₃)₄]²⁺这个配位化合物里,铜离子就是主角,氨分子就是那些来和铜离子一起玩,提供孤对电子的小伙伴,它们凑在一起就形成了这个配位化合物。
氧化还原反应中的电子转移也很有趣。
这就像是一场交易。
就拿锌和硫酸铜反应来说吧,锌原子就像一个慷慨的商人,把自己的电子给了铜离子。
第七章电镀§7.1电镀专业术语一、电镀常识表面处理的基本过程大致分为三个阶段:前处理,中间处理和后处理。
1.前处理:零件在处理之前,程度不同地存在着毛刺和油污,有的严重腐蚀,给中间处理带来很大困难,给化学或电化学过程增加额外阻力,有时甚至使零件局部或整个表面不能获得镀层或膜层,还会污染电解液,影响表面处理层的质量。
包括除油、浸蚀,磨光、抛光、滚光、喷砂、局部保护、装挂、加辅助电极等。
2.中间处理:是赋予零件各种预期性能的主要阶段,是表面处理的核心,表面处理质量的好坏主要取决于这一阶段的处理。
3.后处理:是对膜层和镀层的辅助处理。
二、电镀过程中的基本术语1.分散能力:在特定条件下,镀液使镀件表面镀层分布更加均匀的能力。
亦称均镀能力。
2.覆盖能力:镀液在特定条件下凹槽或深孔处沉积金属的能力。
亦称深镀能力。
3.整平能力:镀液使镀层的轮廓比底层更加平滑的能力。
亦称微观分散能力。
4.电流密度:单位面积电极上通过的电流强度,通常以A/dm²表示。
5.电流效率:电解时,实际析出(或溶解)物质的质量与理论计算应该析出(或溶解)的质量之比。
6.阴极性镀层:电极电位的代数值比基体金属大的金属镀层。
7.阳极性镀层:电极电位的代数值比基体金属小的金属镀层。
8.阳极泥:在电流作用下阳极溶解后的残留物。
9.沉积速度:单位时间内零件表面沉积出金属的厚度。
10.初次电流分布:在电极极化不存在时,电流在电极表面上的分布。
11.活化:使金属表面钝化状态消失的作用。
12.钝化:在一定环境下使金属表面正常溶解反应受到严重阻碍,并在比较宽的电极电位范围内使金属溶解反应速度降到很低的作用。
13.氢脆:由于浸蚀,除油或电镀等过程中金属或合金吸收氢原子而引起的脆性。
14.基体材料:能在其上沉积金属或形成膜层的材料。
15.辅助阴极:为了消除被镀制件上某些部位由于电力线过于集中而出现的毛刺和烧焦等毛病,在该部位附近另加某种形状的阴极,用以消耗部分电流,这种附加的阴极就是辅助阴极。
化学转化膜的发展动态:其他新型前处理技术其他新型前处理技术1.稀土转化膜技术稀土元素能改善铝合金的表面状况,提高其抗腐蚀性,并能细化晶粒,消除杂质,使其微合金化等。
稀土钝化膜无毒,对人体及环境危害很小,所以受到广泛关注。
1.1 铝合金表面稀土转化膜上世纪80年代,Hinton发现在NaCl溶液中加入少量CeCl3,能大大降低7075铝合金的腐蚀速度。
经过20多年的努力,稀土转化膜的研究取得了很大进展。
具体有以下几种方法:以单一稀土溶液长时浸泡,强氧化剂加其他添加剂浸泡法,波美层(Bokmite)处理法,化学一电化学联合处理法,等等[3]。
1.1.1 单一稀土溶液长时浸泡法7075A1合金浸入0.1 mol/L NaCl+0.2 g/L CeCl3溶液中20 d,其腐蚀速率下降20倍。
1.1.2 强氧化剂加其他添加剂浸泡法常见工艺为:CeCl3 3.8 g/LH202 0.3%(体积分数)pH l.9θ室温浸泡 5 min可成膜。
CKS(硝酸铈一高锰酸钾一过硫酸铵)工艺:Ce(N03)3 10~l2 g/LKMn04 1.00~1.25 g/L(NH4)2S208 0.1~0.3 g/Lθ20~30℃f(浸泡) 15~30 min此工艺所形成的转化膜耐蚀性略高于铬酸盐钝化膜。
1.1.3 波美层处理法此工艺是先将铝合金在热水中煮沸一段时间(90~100℃,<5 min),预先形成波美层,再转入稀土盐溶液(100℃,1.0 g/L CeCl3+1%LiN03,pH=4)中浸 5 min,所形成的稀土转化膜的耐蚀性能优于铬酸盐转化膜和阳极氧化膜。
1.1.4 熔盐浸泡法将6061铝合金放入200℃的NaCl-SnCl2-CeCl3熔融体系中浸泡2 h,可使6061表面获得含Ce氧化物。
此膜层在0.5 mol/L NaCl 溶液中浸泡30 d,不出现点蚀。
但因操作温度较高,故应用较少。
1.1.5 电解沉积法将铝工件置于稀土盐溶液中作阴极,在铝表面形成稀土转化膜。
化學轉化膜承認:檢印:作成:化學轉化膜是金屬表面物質參與化學或電化學反應所形成的膜層,它有良好的附著性。
常用的化學轉化膜有:磷化膜、氧化膜、陽極膜、鈍化膜。
一、磷化膜(發黑)磷酸鹽膜,也稱為磷化膜。
鋼鐵以磷酸鹽處理的成膜過程,即磷化,俗稱發黑.磷化膜為多孔的晶體結構,有磷酸鋅型膜和磷酸錳型膜,磷化處理方法有浸液法和噴液法。
鋼鐵磷化處理的工藝流程①①表中“+”表示需要,“-”表示不需要,“±”表示視情況可要可不要。
②封閉處理在70~90℃的重鉻酸鉀溶液(50~80 g/l)中進行,處理時間為10~15 min。
③據處理目的決定,可用油漆、油料或潤滑劑。
塗油或塗漆,應在磷化後24 h內進行。
④經噴砂後形成的磷化膜質量最佳,但磷化需在噴砂後6 h內進行。
二、氧化膜(發藍)氧化物膜,也稱氧化膜。
鋼鐵經氧化處理的成膜過程俗稱發藍。
發藍膜是一種磷性氧化物,通常膜厚約0.5~1.5 μm,抗蝕性較差,不宜用於戶外,但塗覆油,蠟劃清漆後,防護性及摩擦性能均可改善。
鋼鐵的發藍採用在沸騰的濃溶液中浸漬處理,分單槽、雙槽兩種不同方法。
三、陽極膜陽極氧化膜,也稱陽極膜。
鋁和鋁合金經氧化處理的成膜過程,稱為陽極化。
它是在電解液中以鋁零件為陽極經電解形成的。
普通陽極氧化膜(軟膜)用於防護、裝飾、電絕緣、防接觸腐蝕和無損探傷等。
鋁和鋁合金陽極氧化用的溶液組成和特點四、鈍化膜鉻酸鹽膜,也稱鈍化膜。
銅和銅合金在鉻酸或重鉻酸酸鹽溶液中的處理進程,俗稱鈍化。
鈍化膜很薄,具有防護性,可防止表面因硫化物作用而發暗。
鈍化溶液配方和工作條件是:重氧酸鈉Na2Cr2P7·2H2O 100~150 g/l硫酸(1.83)5~10 g/l氯化鈉4~7 g/l溫度室溫時間3~8 s。
化学转化膜技术化学转化膜技术啊,就像是一场微观世界里的魔法秀。
你想啊,那些金属材料原本就像一个个质朴的小村姑或者憨厚的小农夫,普普通通地在那待着。
然后化学转化膜技术一来,就像是仙女挥动了魔法棒,或者魔法师念动了咒语。
这技术就像是给金属穿上了一层超级酷炫的铠甲。
这铠甲可不是那种又笨又重的铁疙瘩,而是像蜘蛛侠的战衣一样,既轻薄又超级厉害。
比如说,铝制品,本来就像个软弱的小书生,在空气中很容易就被欺负得锈迹斑斑。
但有了化学转化膜,就像是有了金钟罩铁布衫,立马变得坚强无比,能在各种恶劣环境下潇洒地说“我不怕”。
化学转化膜的形成过程呢,就像是一场微观粒子的狂欢派对。
那些化学物质就像一群调皮的小精灵,在金属表面上蹦蹦跳跳,你拉我扯的,然后就构建出了一层神奇的膜。
这膜薄得呀,就像一层薄纱,但是它的作用可一点都不小。
就好比一个超级小的蚂蚁,却能举起比自己重好多倍的东西一样,这薄纱般的膜能给金属带来巨大的改变。
而且啊,化学转化膜技术就像一个神奇的化妆师。
它能把金属表面变得五颜六色的,就像给金属化了妆一样。
有的时候是漂亮的蓝色,就像深邃的海洋;有的时候是迷人的金色,仿佛是被阳光照耀的沙滩。
这可比那些普通的金属颜色有趣多了,让金属从一个“土包子”变成了时尚的弄潮儿。
在工业领域,化学转化膜技术那就是个超级英雄。
它拯救那些容易被腐蚀的金属设备,就像超人拯救世界一样。
如果没有它,那些金属设备就像是没有伞的孩子,在酸雨、盐水这些“暴风雨”中瑟瑟发抖。
有了化学转化膜,就像躲进了温暖的小房子里,安心得很。
要是把金属比作一个个士兵,化学转化膜技术就是给士兵们配备的秘密武器。
这个武器虽然看不见摸不着,但是在对抗腐蚀、磨损这些“敌人”的时候,那可是相当厉害。
就像孙悟空的七十二变一样,总能让金属在各种复杂的环境中应对自如。
有时候我就想啊,化学转化膜技术是不是从外太空来的魔法呢?它对金属的改变就像是把一块普通的石头变成了闪闪发光的宝石。
而且这个魔法还特别环保,就像大自然的精灵在施展善意的法术,不会对环境造成破坏。