化学氧化机理
氧 化 膜
通过电化学反应和化学反应在钢铁表面附近生成Fe3O4。 由于Fe3O4在浓碱溶液中的溶解度极小，很快就从 溶液中结
的 晶析出，在钢铁表面形成晶核，
形 晶核逐渐长大，形成一层连续致密的黑色氧化膜。
成
在形成Fe3O4的同时，部分铁酸钠发生水解变为氢氧化铁(含
挂 水氧化铁)
1.0 0.5
130C
150C
0 15 30 45 60 75 90 时间(min)
表面技术概论
——化学转化膜
山东科技大学材料学院 2015
主要内容
1 概述 2 钢铁的化学氧化和磷化处理 3 铝及其合金的氧化处理 4 微弧氧化 5 转化膜技术的发展动向
1.概述
1.1 什么是化学转化膜 1.2 化学转化膜的用途
1.概述
化学转 化膜：
将金属部件置于选定的介质条件下，使表 层金属和介质中的阴离子发生反应，生成 附着牢固的稳定化合物。
金属接触部件之间的电偶腐蚀可以大大减小。
对钛、铝及其合金，因表面易钝化而导致电镀层结
涂镀底层 合不良。采用具有适当膜孔结构的化学转化膜作底层，
可以使镀层与基体金属牢固结合。
2 钢铁的化学氧化和磷化处理
2.1钢铁的氧化处理
钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成 一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程。
1.2 化学转化膜的用途
锌镀层铬酸盐处理可以得到彩虹色、军绿色、亮 白色、黑色等不同外观。
装饰作用 铝及其合金制品经过阳极化处理后获得多孔膜，
可以染上各种色彩。
润滑和减磨
如磷酸盐膜和草酸盐膜可以同时起到润滑和减摩 的作用，从而允许工件在较高的负荷下进行加工。
防止电偶腐蚀 化学转化膜电阻大，使较活泼的金属电位正移，异
✓ 由于钢铁表面是不均匀的，当将其浸入电解质溶液中时，表面上
将形成无数微电池。
电 ✓ 在微阳极区发生铁的溶解：Fe = Fe2+ + 2e
化 ✓ 在有氧化剂的强碱性介质中，溶解的铁发生转化，生成偏铁酸：
学 过
6Fe2+ + NO2- + 11OH- = 6HFeO2 + H2O + NH3
✓ 在微阴极区偏铁酸被还原:
程
HFeO2 + e = HFeO2-
✓ 随之，HFeO2与HFeO2- 相互作用，并脱水生成磁性氧化铁
2HFeO2 + HFeO2- = Fe3O4 + OH- + H2O
化学氧化机理
钢铁表面在热碱溶液和氧化剂作用下生成亚铁酸钠
4Fe + NaNO3 + 7NaOH = 4Na2FeO2 + 2H2O + NH3
钢铁化学氧化双槽工艺
溶液组成及工艺条件
配方1
配方2Biblioteka 第一槽 第二槽 第一槽 第二槽
氢氧化钠 亚硝酸钠 硝酸钠 温度 氧化时
g/L 500～600 700～800 550～650 700～800
g/L 100～150 150～200
g/L
100～150 150～200
℃ 135～140 145～152 130～135 140～150
氧化膜主要由Fe3O4组成，膜厚一般为0.5～1.5m。 氧化膜的颜色呈灰黑、深黑或蓝黑色，称为发蓝或发黑。
化学氧化膜很薄，对零件的尺寸和精度几 乎没有影响。 化学氧化时不析氢，不会造成零件氢脆。 广泛应用于精密仪器、电子设备、光学仪 器、仪表、弹簧和武器等的防护装饰。
化学氧化机理
钢铁表面化学氧化生成的氧化膜是由Fe3O4组成 转化膜的形成：电化学和化学过程。
min 10～20 45～60 15～20 30～60
双槽法:将钢铁部件在两个浓度和工艺条件不同的氧化溶液中进行两 次氧化处理，氧化膜较厚，耐蚀性高，能消除零件表面的红色挂灰。
配方1：可以获得保护性能好的蓝黑色光亮氧化膜， 配方2：可以获得较厚的黑色氧化膜。
化学氧化双槽工艺
1.5
膜厚(m)
双槽法氧 化中钢上 氧化膜的 成长
g/L
550～650
g/L
150～200
g/L
温度 氧化时间
℃ 135～145
min
15～60
单槽法操作简单，使用比较广泛，
2 600～700 200～250 25～32 130～135
15
配方1：通用氧化液，操作方便，膜层美观光亮，但膜较薄； 配方2：氧化速度快，膜层致密，但光亮度稍差。
缺点：由于在较高温度下才能获得较厚的膜，容易产生红色挂灰。
其反应一般式可以写成
mM + nAz- = MmAn + nze
化学转化膜的组成 并不总是象这样简 单的典型化合物
化学转化膜的形成有基体金属的参与，故可以看做金属 的受控腐蚀过程。
受转化金属
钛合金
◆
◆
镁合金
◆◆
◆
铝和铝合金 ◆ ◆ ◆ ◆
铜和铜合金 ◆ ◆ ◆ ◆
钢
◆ ◆◆◆◆
锌和锌合金 ◆ ◆
处理方法
化
学 亚铁酸钠进一步与溶液中的氧化剂反应生成铁酸钠
过
程
2Na2FeO2 + NaNO3 + H2O = Na2Fe2O4 + NaNO2 + 2NaOH
铁酸钠(Na2Fe2O4)与亚铁酸钠(Na2FeO2)相互作用生成磁性 氧化铁
Na2Fe2O4 + Na2FeO2 +2H2O = Fe3O4 + 4NaOH
后 90℃，浸泡1～2分钟。
处 理
(2) 钝化处理：50～80g/L的重铬酸钾(K2Cr2O7)
溶液，70～80℃，浸泡5～10分钟。
浸油：在105～110℃的机油、锭子油或变压器油中 浸5～10分钟。
（1）高温化学氧化（碱性化学氧化）
钢铁化学氧化单槽法工艺
溶液组成及工艺条件
1
氢氧化钠 亚硝酸钠 重铬酸钾
灰
Na2Fe2O4 + (m+1)H2O = Fe2O3·mH2O + 2NaOH
含水氧化铁在较高温度下失去部分水而形成红色沉淀物附在
氧化膜表面，成为红色挂灰而影响氧化膜的质量。
化学氧化机理
为了提高化学氧化膜的抗蚀能力，氧化后应进行填
充处理。 氧
化 方法是：
膜 的
(1) 皂化处理：30～50g/L的肥皂水溶液，80～
A.电化学法 ( 阳极极化 )
B. 化学法 1.化学氧化
转化膜类型
氧化物膜
2.草酸盐处理
草酸盐膜
3.磷酸盐处理
磷酸盐膜
4.铬酸盐处理
各种金属上的化学转化膜及其分类
铬酸盐膜
1.2 化学转化膜的用途
➢防锈 降低金属本身的化学活性
对环境介质的隔离作用
如：铝合金制品阳极化处理、钢铁制品化学氧化处理 化学转化膜一般是与其它防护层联合组成多元的防护层 系统，化学转化膜常作为这个多元系统的底层。 如化学转化膜+油漆涂层的多元防护系统。