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第八章 化学转化膜和着色技术 化学转化膜是金属表面防护层的一种类型。第二次世界大战以后的40多年来，这门工艺迅速发展，并且不断在各个应用领域得到开发。 1.?????? 化学转化膜的定义 处在一定介质条件下的金属，由于热力学上的不稳定性，总会自发从活态金属变为相应的钝态化合物的转化。如果介质是人为选定的，而且表面金属的这种自身转化能够导致生成附着牢固、在水和给定介质中难溶的稳定化合物，金属表面上这样得到的化合物膜层称为化学转化膜。 有一个反应式来严格定义和表达化学转化膜的生成； mM+nAz-------MmAn+nZe 式中，M为表层的金属离子，Az-为介质中价态为Z的阴离子。 化学转化膜的生成必须有基体金属的直接参与。实际上可以看成是一种受控的金属腐蚀过程。 式中电子是视为反应物来表征的。这就表明化学转化膜的形成既可以金属/介质界面间的纯化学反应，也可以是在施加外电源条件下所进行的电化学反应。 2.?????? 化学转化膜的形成方法 化学法：浸液法、喷液法 电化学法：阳极极化法。 3.????? 化学转化膜的性质和用途 (1)? 防护和装饰：转化膜对外界温度、湿度、和腐蚀介质较高的稳定性，耐腐蚀、抗污染、防变色。对转化膜还可以进行着色处理，可以得到各种颜色。 (2)? 用作涂层底层:提高涂膜和基体结合力 （3）? 耐磨减摩。磷化膜本身摩擦系数小，在金属接触面间形成缓冲层，减少了摩擦磨损。 （4）? 适用于冷成型加工。磷化后再冷加工，减小拉拔力，延长模具寿命。 (5)磷化膜和铝阳极氧化膜具有绝缘性。 4.????? 化学转化膜的分类 形成机理:有化学转化膜和电化学转化膜。 组成物的类型:有氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜和草酸盐膜。 第二节 磷化 金属在某些酸式磷酸盐（Zn2+, Mn2+, Fe2+, Ca2+）等为主的溶液处理中，使其表面沉积，形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程称为磷化处理。 磷化膜的厚度一般在1-50μm,但实际使用中通常采用的单位是单位面积的膜层质量（g/m2）.根据膜重一般可分为薄膜（1 g/m2），中等膜（1-10 g/m2）和厚膜（10 g/m2）三种。 一、钢铁磷化膜的形成机理 1.磷化膜的形成 假转化型磷化 第一阶段， 将清洗干净的钢铁件浸入酸性磷化液中，金属表面在溶液中溶解，发生反应 Fe+2H3PO4--------Fe(H2PO4)2+H2 （1） 磷酸二氢盐溶于水 第二阶段，磷酸二氢盐在一定浓度及温度条件下呈现电离平衡：生成不溶于水的磷酸一氢盐和正磷酸盐。 Me(H2PO4)2----MeHPO4+H3PO4 （2） 3Me(H2PO4)---Me3(PO4)2+4H3PO4 （3） Me:表示二价金属离子，Zn2+, Mn2+, Ca2+, Fe2+，通常由于氢气的析出，使得钢与溶液界面处的PH值升高，因此式2的平衡被打破，会继续自左而右进行，生成MeHPO4沉淀在工件表面，即形成膜层。此外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----Me2 Fe(PO4)2+MeHPO4+ H2 MeHPO4 正磷酸盐 整个成膜过程 可以写成如下反应式： 5Me(H2PO4)2+Fe(H2PO4)+8H2O---- Me3(PO4)2.4H2O+Me2Fe(PO4)3.4H2O+8H3PO4 在磷化过程中，虽然钢铁基体发生溶解并参与反应，但磷化膜的金属离子主要有溶液提供，一般为Zn2+,Mn2+,Ca2+,中的一种或者两种。所以称为假转化型磷化。 转化型磷化膜的形成过程与假转化型不同，处理液的成分是磷酸的碱金属盐（磷酸二氢钠）和表面活性剂的水溶液。或者是和氧化剂（氯酸盐），沉积的膜层是磷酸铁（FePO4）和氧化铁(Fe2O3). 2. 成膜过程及加速作用 磷化过程是化学过程和电化学结合的过程，因为材料进入磷化液，就会在表面形成微电池。 一般认为难溶性磷酸盐的沉积发生在微阴极区，实验依据是阴极极化处理能加速磷化膜的形成，而阳极极化处理的效果却相反。磷化反应速度是阳极面积的函数： -dA dt=KA, Kt=lnA0 A 式中，t为时间，A为t时间内存在的阳极面积，K为