金属表面转化膜技术简介

许多金属都有在表面生成较稳定氧化膜的倾向，这些膜能在特定条件下对金属起保护作用。金属表面转化膜技术就是使金属与特定的腐蚀液相接触，通过化学或电化学手段，使金属表面形成一层稳定的、致密的、附着良好的化合物膜。这种通过化学或电化学处理所生成的膜层称为化学转化膜。化学转化膜由于是基体金属直接参与成膜反应而生成的，因此与基体的结合力比电镀层和化学镀层大得多。

表面转化膜几乎可以在所有的金属表面生成。按主要组成物的类型，金属表面转化膜分为氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜和草酸盐膜等；按转化过程中是否存在外加电流，分为化学转化膜和电化学转化膜两类，后者常称为阳极转化膜。金属表面转化膜能提高金属表面的耐蚀性、减摩性、耐磨性和装饰性，还能提高有机涂层的附着性和抗老化性，用作涂装底层。此外，有些表面转化膜还可提高金属表面的绝缘性和防爆性。

1）钢铁的发蓝处理

发蓝是钢铁的化学氧化过程，也称发黑。它是指将钢铁在含有氧化剂的溶液中保持一定时间，在其表面生成一层均匀的、以Fe3O4为主要成分的氧化膜的过程。

传统发蓝方法是在氢氧化钠溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸钠），在140℃下处理15～90min，生成氧化膜。钢铁发蓝后氧化膜的色泽取决于工件表面的状态、材料成分以及发蓝处理时的操作条件，一般为蓝黑到黑色。碳质量分数较高的钢铁氧化膜呈灰褐色或黑褐色。发蓝处理后膜层厚度在0.5～1.5μm，对零件的尺寸和精度无显著影响。

钢铁发蓝处理广泛用于机械零件、精密仪表、气缸、弹簧、武器和日用品的一般防护和装饰，具有成本低、工效高、不影响尺寸精度、无氢脆等特点。氧化膜具有较好的吸附性，通过浸油或其他后处理，氧化膜的耐蚀性可大大提高，在使用中也应定期擦油。

2）金属的磷化处理

金属在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的结晶型磷酸盐保护膜的方法，叫做金属的磷酸盐处理，简称磷化。磷化膜厚度一般在1～50μm，具有微孔结构，膜的颜色一般由浅灰到黑灰色，有时也可呈彩虹色。

磷化膜层与基体结合牢固，经钝化或封闭后具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性及较高的绝缘性等，不黏附熔融金属（锡、铝、锌），广泛用于汽车、船舶、航空航天、机械制造及家电等工业生产中，如用作涂料涂装的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及硅钢片的绝缘处理、压铸模具的防粘处理等。

涂装底层是磷化的最大用途所在，占磷化总工业用途的60%～70%，如汽车行业的电泳涂装。磷化膜作为涂漆前的底层，能提高漆膜附着力和整个涂层体系的耐蚀能力。磷化处理得当，可使漆膜附着力提高2～3倍，整体耐蚀性提高1～2倍。

磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。磷化技术的发展方向是薄膜化、综合化、降低污染、节省能源。尤其降低污染是研究的重点方向，包括生物可降解表面活性剂技术、无磷脱脂剂技术、过氧化氢无污染促进剂技术等。(www.xing528.com)

3）铝及铝合金的氧化处理

铝及铝合金虽然在空气中能自然形成一层厚度为0.01～0.02μm的氧化膜，但薄而多孔，不均匀，硬度也不高。虽然在大气中有一定的耐蚀性，但是在碱性和酸性溶液中易被腐蚀，不能作为可靠的防护—装饰性膜层。目前，在工业上广泛采用阳极氧化或化学氧化的方法，在铝及铝合金制件表面生成一层氧化膜，以达到防护和装饰的目的。

铝及铝合金氧化处理的方法主要有两种：

（1）化学氧化。氧化膜较薄，厚度为0.5～4μm，多孔而质软，具有良好的吸附性，可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和耐蚀性能均不如阳极氧化膜。

铝及铝合金的化学氧化处理设备简单，操作方便，生产效率高，不消耗电能，适用范围广，不受零件大小和形状的限制。故大型铝件或难以用阳极氧化法获得完整膜层的复杂铝件（如管件、定位焊件或铆接件等）通常会采用化学氧化法处理。目前，铝及铝合金化学氧化液大多以铬酸盐法为主，按其溶液性质可分为碱性氧化法和酸性氧化法两大类，按膜层性质可分为氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、铬酸酐—磷酸盐膜。

（2）电化学氧化（阳极氧化）。氧化膜厚度为5～20μm（硬质阳极氧化膜厚度可达60～200μm），有较高的硬度、良好的耐热性和绝缘性，耐蚀能力高于化学氧化膜，多孔，有很好的吸附能力。

将铝及铝合金放入适当的电解液中，以铝工件为阳极，其他材料为阴极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜，这种方法称为阳极氧化。按电解液的种类可分为硫酸阳极氧化、草酸阳极氧化和铬酸阳极氧化。

铝和铝合金阳极氧化膜的应用：①用于防护与装饰。经过阳极氧化的铝制品，具有一定的防腐蚀抗氧化能力。再经过着色处理，即能得到各种不同的色彩。②用作耐磨层。氧化膜非常耐磨，在润滑条件下由于氧化膜的多孔性，微孔内吸附并留有润滑油，从而改变了润滑条件，提高了铝制品表面的耐磨性能。③用作电绝缘层。氧化膜是一种良好的绝缘材料，耐高温、抗腐蚀，可以用作铝导线的绝缘膜。④用作油漆涂料的底层和电镀底层。由于阳极氧化膜的多孔性、良好的吸附性以及较高的化学稳定性，可使油漆膜或电镀层与铝基体结合牢固，提高油漆膜或电镀层与铝基体的结合力。

金属表面处理技术还有很多，如覆盖膜中，将熔融状态的金属雾化并连续地喷射在制件表面上的热喷镀；在高真空容器中，将金属材料加热蒸发，并镀着在制件表面的真空镀。转化膜中，利用钝化液在制件表面形成不易被腐蚀的钝化膜的化学钝化或电化学钝化；为使金属表面美观并有一定耐蚀性的着色与封闭处理等。由于篇幅关系，不再赘述。