专题4_材料的加工和优化处理.ppt

* 第一单元 材料的加工处理 专题4 材料加工与性能优化 化学与技术 2011.7.21 思考1：你知道的材料有哪些类型？ ①金属材料 ②无机非金属材料（水泥、陶瓷、玻璃、硅、二氧化硅） ③高分子材料（橡胶、塑料、纤维） ④复合材料 思考2：铝是一种应用广泛的金属材料。铝的化学性质活 泼，但是它的耐腐蚀性很强，请用解释其中的化学原理。 铝对氧的化学亲和力特别强，在大气中其表面总是被一 层透明的氧化膜所覆盖，但是天然的铝氧化膜极薄，只 有0.01-0.10um厚，机械强度低，抗蚀和耐磨性都不能 满足防腐蚀的需要。 利用电化学方法，可使铝（或铝合金）表面生成致密的 优质氧化膜，且膜较厚，其厚度可达几十至几百微米， 能有效地提高铝的耐腐蚀性。另外，由于所形成的氧化膜 存在均匀的孔隙，故可用有机染料进行染色处理，经封密 后色泽稳定，使铝材的应用更加广泛。 这种使铝表面氧 化的电化学工艺称为铝的阳极氧化。 1、铝的阳极氧化 步骤：1.表面预处理：把铝片浸入热的16%氢氧化钠溶液半分钟， 目的是 ； 洗去油污，去除表面的氧化膜 2.阳极氧化：准备好电解装置，使阴阳电极间距约为2cm，迅速将铝片浸入溶液，浸入部分约为全部的2/3，通电约为25min； 3.洗涤：断开电路，取出铝片。用1%氨水中和表面的酸溶液，再用水冲洗干净。 4.着色、封闭：把铝片进入茜素溶液2～3min，取出后用水冲洗，再放入沸水中浸煮5min。 5. 取出铝片，擦干。观察铝片表面的颜色。 茜素是一种有机染料，这是金属表面处理后的着色过程。思考为何在金属表层能进行着色。什么原因? 沸水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。 由于氧化膜孔层具有很强的吸附性能，可吸附色素将膜染成各种颜色。 作用：形成氧化膜，增强了铝制品的抗腐蚀和抗机械划伤能力 一 金属的表面处理 阅读P67“活动与探究” 什么是阴极、什么是阳极？ 铁在含有氧化剂和苛性钠的混合溶液中，一定温度下经一定时间后，反应生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4)，亚铁酸钠与铁酸钠又相互作用生成四氧化三铁氧化膜。其反应方程式为： 3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3↑ 8Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O=4Na2Fe2O4+3NH3↑ Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4+4NaOH 一 金属的表面处理 2、钢材的氧化处理（发蓝、发黑） 目的： 思考：上述反应中，哪些是氧化还原反应？ 0 +2 +3 —3 0 +3 +3 -3 课本P67 +2 使钢表层在化学溶液中氧化形成Fe3O4致密氧化膜。 +3 3、钢材的磷化处理 基本方法：使钢在磷酸盐溶液中表层形成磷酸盐膜。 作用：达到提高耐磨、耐蚀性。 以镀层金属板作为阳极， 被电镀的零件作为阴极， 用含有镀层金属离子的 溶液作为电解液，接通直流电后，阳极逐渐被溶解，阴极零件表面便会沉积着镀层金属。 电镀液（含镀层金属 离子） 待镀件 镀层金属 作用：提高耐磨、耐蚀性，修复磨损零件，实现表面装饰及其他目的。 一 金属的表面处理 4、电镀 原理：（以铁钥匙上镀上金属铜为例） 请大家仔细阅读教材中68页“活动与探究”及69页的内容，思考以下问题： ①电镀液中加入味精、乙二胺四乙酸的二钠盐等分别起什么作用？ ② 本实验如何控制电镀液的pH、温度和电镀时间以获得高质量的镀层？ ①(1)少量表面活性剂（味精）能改善镀层性能。 (2)乙二胺四乙酸的二钠盐等配合剂可以使镀层金属离子形成配合离子，这样能很好地控制金属在镀件上析出速率 ②本实验中电镀液的酸碱度将影响到金属配合离子的稳定性，加入0.2mol·L—1NaOH溶液进行调节pH≈9。为了避免温度影响镀层，将水浴温度控制在30~60℃。此外，电镀时间大约1~2分钟。 课本P69 5、在金属表面渗入某些其它元素 一 金属的表面处理 练习：我国第五套人民币中的一元硬币材料为钢芯镀镍， 依据你所掌握的电镀原理，你认为在硬币制作时，钢芯 应做（ ）。 A．阴极 B．阳极 C．正极 D．负极 A 例1.对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。 （1）以下为铝材表面处理的一种方法： ①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是 　　　　　　　　　　　　 （用离子方程式表示）。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收