化成处理工艺

2第一章.化成處理概述•一.定義•通過化學或電化學處理,在金屬(合金)表面形成穩定化合物膜層的方法,稱為化成處理.•二.原理•金屬與特定的腐蝕液接触而在一定條件下發生化學反應,由于濃度极化作用和陽极极化作用等,使金屬表面生成一層附著力良好的能保護金屬不易受水和其它介質影響的化合物膜,其典型反應為:mMe+nAz-MemAn+Ze3•三.分類•(1).氧化物膜:金屬在含氧化劑的溶液中形成的膜層.•(2).磷酸鹽膜:金屬在含磷酸鹽或磷酸的溶液中形成的•膜層.•(3).鉻酸鹽膜:金屬在含鉻酸鹽或鉻酸的溶液中形成的•膜層.也稱為鈍化.•(4).有機(金屬)化合物膜:金屬在含有機(金屬)化合物的•溶液中形成的膜層4•四.化成皮膜特性:•(1).在腐蝕性气氛中保護基材能力很強.•(2).對基材的附著力強.•(3).對涂層的附著性好•(4).皮膜接觸電阻小,抗電磁波屏蔽性(EMI)好.•(5).對涂裝烘烤溫度有耐熱性.•5•五.化成處理的目的•(1).金屬防腐•(2).改善涂料密著性•(3).金屬滑動部分的耐摩耗化•(4).金屬冷間塑性變形加工的潤滑的皮膜•(5).電絕緣材用皮膜•(6).塑膠疊片的底地處理•(7).法蘭的底地處理(8).電氣及熔融鍍金的前處理皮膜(9).金屬熔射的前處理皮膜6•六.化成處理的方向:•1.對新式涂料或涂裝方式,開發适合的處理劑•2.免保養的處理劑開發•3.改善開發可防止公害的皮膜劑•4.開發工程簡易化的皮膜劑•5.開發大型構造物用化成處理劑•6.確立自動管理方式•7.開發富可橈性皮膜劑••7•七.化成處理一般流程:•除油水洗活化水洗•表調水洗化成水洗•八.化成處理要求的特性:•1.品質穩定•2.耐蝕性好•3.導電性佳•4.尺寸精密性好•5.上漆性好•6.無污染,環保,符合ISO140008第二章預處理•一.脫脂•1.目的:部分去除工件表面離型劑,切削油及其它油脂•2.分類:有機溶劑脫脂,乳化劑脫脂,鹼性脫脂,•超聲波鹼性脫脂,電化學脫脂•3.鹼性脫脂劑組成:NaOH,Na2CO3,Na2SiO3,•Na3PO4,Na4P2O7及表面活性劑等•9•4.現代脫脂理論:皂化,乳化,潤濕,滲透,分散,增溶,•絡合,卷離.•Na2CO3:皂化,緩沖PH值.•Na3PO4:皂化,乳化,緩沖PH值.•Na2SiO3:皂化,乳化,表面活性.•Na4P2O7:緩沖PH值.表面活性,絡合.•表面活性劑:降低界面張力,促進皂化,乳化,分散10•二.活化:•1.目的:去除工件表面剩余離型劑,切削油及表面•氧化物.•2.使用溶劑:無機酸,有機酸及相應無機鹽類;•相關絡合物•三.表調:•1.目的:去除工件表面活化后Smut,為之后成膜提•供潔淨表面,更多的“活性中心”,使膜晶粒•更細化均勻.•2.使用溶劑:鹼液,鹼性鹽類與表面活性劑.••.11第三章氧化處理•一.機理•由於氧化物自金屬/溶液界面液相區的過飽和•溶液中析出的結果.•形成過程:(1).表面金屬的溶解;•(2).溶解產物同化學氧化用的介質發生•反應,導致某种中間產物的形成.•(3).氧化物自飽和溶液中結晶析出.•從電化學觀點講:在金屬與介質組成的體系中,金屬的自溶解可以視作局部電池的作用.•在金屬表面上存在著:•活性較高部位(純金屬微區)----陽极•活性較低部位(晶界,介質,腐蝕產物)----陰极12•Keller和Faller曾假定:表面金屬的自溶解是整個化學氧化過程的控制步驟,且自溶解的速度又取決于其表面陽极區的面積,氧化膜的增長速度:dδ/dt=-dSa/dt=k*Sa•‘δ----膜厚;t----時間;Sa----金屬表面上陽极區面積;•k----常數;dδ/dt----膜的增長速度.•JIAUHEP認為:氧化物自其過飽和溶液中結晶析出的過程,對所有膜層的厚度和結構起著決定性的作用,由細晶粒構成的膜是致密的,它同基底金屬結合牢固,最終膜層厚度較薄,粗晶粒構成較厚的膜,結構疏松,與基底金屬結合不牢固.13•二.鋼鐵的化學氧化(發黑,發藍)•1.定義:鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進行處理,使其表面生成一層均勻的藍色到黑色膜層的過程,分高溫化學氧化,常溫化學氧化.•2.鋼鐵的高溫化學氧化:•(1).機理:采用含有亞硝酸鈉的濃酸性處理液,在140℃左右的溫度下處理15-90min,得到磁性氧化鐵為主的氧化膜,膜厚為0.5-2.5μm,分三個階段:•a.形成亞鐵酸鈉:3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+NH3+H2O•b.形成鐵酸鈉:6Na2FeO2+NaNO2+5H2O=3Na2Fe2O4+7NaOH+NH3•c.形成磁性氧化鐵:Na2Fe2O4+Na2FeO2+2H2O=Fe3O4+7NaOH•14•(2).工藝:•a.單槽法,雙槽法•b.藥劑配方:NaOH,NaNO3,K2Cr2O7,NaNO2等•3.鋼鐵的常溫化學氧化:•(1).機理:a.Fe置換Cu2+,b.形成硒化銅膜•(2).工藝:藥劑配方:CuSO4,H2SeO3,H3PO4,有機酸,•十二烷基硫酸鈉,Nacl,對苯二酚等15•三.有色金屬的化學氧化•1.鋁及鋁合金的化學氧化•(1).機理:•陽极:AlAl3++3e•陰极:3H2O+3e3OH-+3/2H2•Al3++3OH-AlOOH+H2O•AlOOHr—Al2O3+H2O•(2).分類:酸性氧化法,鹼性氧化法.•(3).藥劑配方:Na2CO3,Na2CrO4,NaOH,Na2SiO3,NaF,•CrO3,H3PO4等•(4).用途:膜厚0.5-4μm,膜多孔,吸附性好,可作涂層基底16•2.鎂及鎂合金的化學氧化•(1).用途:膜厚0.5-4μm,膜多孔,吸附性好,可作涂層基底.•(2).藥劑配方:K2CrO4,CrO3,(NH4)2SO4,HAC,MnSO4,•KCr(SO4)2,(NH4)2Cr2O7等•3.銅及銅合金的化學氧化•(1).用途:膜成分為CuO,Cu2O有很好裝飾功能.•(2).藥劑配方:CuCO3,(NH4)2S,CuSO4,NH3H2O,•KMnO4,KOH等17第四章鉻酸鹽處理•一.定義•把金屬或金屬鍍層放入含有某些添加劑的鉻酸或鉻酸鹽溶液中,通過化學或電化學的方法,使金屬表面生成由三價鉻和六價鉻組成的鉻酸鹽膜的方法.•二.基本原理:•形成過程:•a.表面金屬被氧化並以離子形式轉入溶液,氫在表面析出.•b.所析出的氫使一定數量的Cr6+被還原成Cr3+,並由於•金屬/溶液界面相區PH值提高,Cr3+以Cr(OH)3膠體形式沉淀•c.Cr(OH)3膠體自溶液中吸附和結合一定數量的Cr6+,構成具•有某種組成的轉化膜..18•三.膜的基本性質•1.物理性質:•基體金屬為Al時,膜的顏色為:透明,彩黃,棕色.•基體金屬為Mg時,膜的顏色為:白色,彩色,金黃,棕色,黑色•顏色的深淺在一定的程度上對應於膜的厚薄.在單位面積上鉻的酸膜重量為0.3mg/dm2(透的膜)-----30mg/dm2(黃褐色膜)正常的黃色在10-18mg/dm2.•正常條件形成的鉻的酸膜在冷水,熱水會溶解,高溫下烘干過度會產生大量裂紋.•2.防蝕性:•與基體金屬種類表面狀態有關,與膜的厚度,結構有關.而膜的厚度結構又與鈍化方法(表面準備,清洗,溶液成份,溫度,PH,時間)有關.19正常認為其對金屬的防護作用有以上兩原因:•1.膜的緊密性:•保證金屬表面同腐蝕介質可靠地隔離----“隔離屏蔽”.•2.部份溶的六价鉻化合物可以在膜的不連續部位露金屬起緩蝕作用.•防護性是由少量可溶性六坐鉻化合物,還是不溶性化合物起作用至無統一解見.•3.加熱對膜防蝕性有不列影響.由於膜的可溶部份六價鉻化合物轉化為難溶鉻的酸化合物,以及由於膜的失去使膜產生裂紋.20影響膜性質的因素•a.預處理的影響:•表面的氧化物,油污,固體顆粒應清除干淨.在粗糙度低的•表面上所取得的鉻的酸膜.一的具有較鮮艷的色澤,孔隙•率較少,腐蝕性較好.加入HNO3可以增加光澤,PO43-起緩•蝕作用.•b.溶液組成的影響,Cr6+/SO42-,酸度,,Cr3+.•c.操作條件:溫度,時間,攪拌21四.鋁合金的酸處理•1.鹼性鉻的酸氧化,BV法,MBV法,EW法,ALOCROM法,PYLUMIN法,PACZ法,FIROTPA法.•2.一路的酸處理•2AL+2H3PO4=2ALPO4+6H•2CrO3+6H=2Cr(OH)3•2Cr(OH)3+2H3PO4=2CrPO4+6H2O•AL+2CrO3+2H3PO4=ALPO4+CrPO4+3H2O•2AL3+4H2O=2ALO(OH)+6H+綠色;H3PO4+F据A.Douty,A.Spranance.Alodine法.3.性鉻的酸氧化(黃色膜)Cromin法Alodine2AL+6HF=2ALF3+6H6H+2CrO3=2Cr(OH)32AL22五.鎂合金蝕的酸處理DOWNO1.DOWNO等23242526272829303132333435363738394041424344WLBGMGE烤漆講師:鄭子仁