前言

金属表面转化膜技术的发展一方面体现在转化膜工艺技术水平的提高，另一方面也体现在开发新的转化膜膜层，以满足各种使用要求。转化膜技术在提高产品耐腐蚀性能方面是传统的常用方法，目前的转化处理常常采用多种转化技术复合进行，使转化膜耐腐蚀性能有了很大提高。转化处理能使产品具有美观的外表和颜色。转化处理使零件具有较高硬度和较好耐磨性能，具有较好的导电性或者绝缘性、隔热性等，这些都能使产品性能得到很大提高。现今的产品，往往要求转化膜同时具有多种功能，例如要求转化处理后零件既硬度高又耐腐蚀。转化处理技术的发展，都能很好地满足这些要求。目前，生产上使用的材料越来越多，各方面的要求也越来越多，这些都在转化处理方法、转化种类方面对转化处理技术提出了较高的要求。

随着我国现代化水平的提高，各种产品不断打入国际市场，参与国际竞争，对转化膜的种类和性能都提出了更高的要求。编写一本转化膜方面的书籍，归纳和总结国内外最新研究成果，对提高转化膜技术的理论水平、促进转化膜技术的推广应用、推动工业产品防腐蚀技术发展等具有重要意义。本书的编写中，既结合了国内外的最新研究成果，又结合了生产实际应用。大量的工艺，无法去一一实验验证，笔者结合自己生产科研实际，尽最大可能编写出满足生产要求的工艺。书中比较系统地提出了微弧氧化的原理。在转化膜层研究方面，也阐述了自己的一些研究成果。这些研究成果一是要在理论上经得起推敲，二是基本与实验事实符合。因此，笔者认为在生产和科研中能够起到很好的指导作用，值得读者借鉴并应用到生产科研中。

本书在编写过程中，刘菊英等同志进行了大量文字校核及编排工作。长安望江工业集团熊焱、陈端杰、肖秀松、林巧，重庆表面工程协会胡国辉以及西安理工大学郭延峰博士等提供了资料，并介绍了一些应用经验，在此表示感谢。

在本书编写过程中，还得到了长安望江工业集团王忠强副总工程师、瞿章林副总工程师、杜彬副总工程师，装备及工艺研究所王帅所长、罗金山书记及陈希林副所长等领导的大力支持和帮助，得到了重庆大学陈昌国教授、刘渝萍副教授及中国人民解放军陆军勤务学院欧忠文教授的支持和帮助，在此表示感谢。

由于时间仓促，加之作者水平有限，疏漏之处在所难免，热忱欢迎广大读者批评指正。

陈治良2023年5月于重庆

目录：

第1章化学转化膜原理与作用1

1.1化学转化膜概述1

1.2化学转化膜原理2

1.3化学转化膜作用4

1.4化学转化膜的发展趋势5

第2章表面转化的前处理7

2.1粗糙表面的整平7

2.1.1刷光7

2.1.2磨光7

2.1.3机械抛光9

2.1.4电解抛光和化学抛光11

2.1.5滚光18

2.1.6振动光饰19

2.1.7喷砂19

2.1.8喷丸20

2.2除油20

2.2.1物理机械法除油20

2.2.2有机溶剂除油20

2.2.3化学除油23

2.2.4电化学除油28

2.2.5擦拭除油和滚筒除油30

2.2.6超声波除油30

2.2.7水蒸气与热水除油31

2.3除锈31

2.3.1机械法除锈31

2.3.2浸蚀法除锈31

2.4不同基体金属的化学转化前处理54

2.5化学转化前处理实施55

2.5.1预处理55

2.5.2局部化学转化前的绝缘方法55

第3章盐类转化膜56

3.1磷化56

3.1.1钢铁零件磷化56

3.1.2锌及锌合金磷化76

3.1.3镁及镁合金磷化78

3.1.4镉磷化79

3.1.5钛及钛合金磷化79

3.1.6铝及铝合金磷化80

3.2锆盐转化技术80

3.2.1成膜机理80

3.2.2工艺流程及优缺点81

3.2.3工业现状和发展方向81

3.2.4锡酸盐转化膜技术82

3.3钼酸盐与稀土转化膜技术82

3.4有机酸处理83

3.4.1植酸转化膜技术83

3.4.2单宁酸转化膜技术83

3.5钒酸盐转化膜技术84

3.6硅酸盐钨酸盐转化膜技术84

第4章化学氧化处理85

4.1钢铁的化学氧化处理85

4.1.1钢铁高温氧化法85

4.1.2钢铁常温氧化法89

4.1.3不锈钢等难氧化材料的化学氧化处理92

4.1.4磷化氧化复合处理92

4.2铝及铝合金的化学氧化处理93

4.2.1铝及铝合金氧化的特性与分类93

4.2.2化学氧化93

4.2.3铝化学导电膜氧化96

4.2.4其它氧化工艺102

4.3镁合金的化学氧化处理102

4.3.1铬酸盐化学转化过程102

4.3.2镁合金化学氧化工艺规范103

4.3.3溶液的配制和调整105

4.3.4溶液成分和工艺参数的影响105

4.3.5填充处理105

4.3.6局部化学氧化处理105

4.3.7常见故障及纠正方法106

4.3.8Dow1处理107

4.4钛及钛合金的化学氧化处理110

4.4.1钛及钛合金化学氧化工艺规范110

4.4.2溶液的配制和调整110

4.4.3溶液成分和工艺参数的影响111

4.5铜和铜合金的化学氧化处理111

4.5.1概述111

4.5.2铜和铜合金的化学氧化工艺规范111

4.6金属氧化的其他形式117

4.6.1熔融盐氧化118

4.6.2可控离子渗入氧化118

第5章阳极氧化119

5.1铝合金的阳极氧化119

5.1.1概述119

5.1.2硫酸阳极氧化122

5.1.3草酸阳极氧化134

5.1.4铬酸阳极氧化135

5.1.5瓷质阳极氧化136

5.1.6特种阳极氧化139

5.1.7阳极氧化膜的染色与着色141

5.1.8封闭处理172

5.1.9质量检查177

5.1.10阳极氧化膜的退除177

5.2镁合金的阳极氧化178

5.2.1概述178

5.2.2镁合金阳极氧化工艺流程180

5.2.3镁及镁合金的阳极氧化处理180

5.2.4溶液的配制185

5.2.5镁合金阳极氧化操作185

5.2.6镁合金阳极氧化的典型方法185

5.2.7不合格膜层的退除190

5.3钛及钛合金的阳极氧化190

5.3.1钛及钛合金电化学氧化工艺规范190

5.3.2溶液的配制191

5.3.3阳极氧化电压与颜色的关系191

5.4不锈钢的阳极氧化191

5.4.1概述191

5.4.2不锈钢阳极氧化工艺流程191

5.4.3不锈钢阳极氧化处理191

5.4.4不锈钢阳极氧化后处理192

5.4.5不锈钢阳极氧化膜的耐蚀性193

5.5铜及铜合金的阳极氧化194

5.5.1铜及铜合金阳极氧化预处理194

5.5.2铜及铜合金阳极氧化工艺195

5.5.3铜及铜合金的阴极还原转化膜196

第6章微弧氧化197

6.1微弧氧化原理198

6.2微弧氧化工艺202

6.2.1微弧氧化工艺过程203

6.2.2微弧氧化溶液203

6.2.3微弧氧化工艺参数205

6.2.4微弧氧化电解液监测方法209

6.3微弧氧化膜的后续处理209

6.3.1着色209

6.3.2封孔210

6.3.3浸渍无机颜料后烧结212

6.3.4自润滑涂层的制备213

6.3.5溶液浸泡调整213

6.4微弧氧化设备213

6.4.1微弧氧化电源213

6.4.2微弧氧化配套设备215

6.4.3配套设备技术要求216

6.5不同金属材料的微弧氧化217

6.5.1铝及铝合金的微弧氧化217

6.5.2镁及镁合金的微弧氧化223

6.5.3钛及钛合金的微弧氧化228

6.6微弧氧化常见的问题与处理234

第7章QPQ技术235

7.1QPQ技术原理与工艺235

7.1.1QPQ技术原理235

7.1.2QPQ工艺238

7.2QPQ处理层质量影响因素254

7.2.1氮化温度的影响255

7.2.2氮化时间的影响256

7.2.3氰酸根的影响257

7.2.4基体材料及其预先热处理的影响259

7.2.5氧化温度、时间及药品成分的影响264

7.3QPQ膜层形貌、特征及性能265

7.3.1概述265

7.3.2氧化膜266

7.3.3疏松层267

7.3.4化合物层269

7.3.5扩散层270

7.4QPQ生产设备272

7.4.1基本设备272

7.4.2辅助设备273

7.4.3检测仪器273

7.4.4电炉273

7.4.5一些QPQ处理的专用设备274

7.5QPQ技术的环保问题275

7.6质量检验及质量缺陷分析276

7.6.1工件外观检验276

7.6.2渗层硬度检验277

7.6.3渗层深度检验277

7.6.4渗层致密度和脆性检验279

7.7质量缺陷分析280

第8章钝化与着色284

8.1概述284

8.1.1金属钝化分类284

8.1.2金属钝化理论286

8.1.3影响金属钝化的因素287

8.1.4金属钝化的应用291

8.2钢铁钝化294

8.2.1钢铁的铬酸盐钝化294

8.2.2钢铁的草酸盐钝化298

8.2.3钢铁的硝酸钝化300

8.2.4硝酸重铬酸钠处理溶液304

8.2.5柠檬酸化学钝化306

8.2.6不锈钢的碱性溶液钝化308

8.2.7植酸与钼酸盐钝化308

8.2.8电化学钝化309

8.2.9不锈钢钝化后处理309

8.2.10不锈钢钝化膜成分与性能310

8.2.11不锈钢钝化膜的质量检测313

8.2.12不锈钢着色313

8.3锌及锌合金钝化342

8.3.1金属锌或锌镀层的钝化342

8.3.2锌及锌合金着色370

8.3.3锌铁合金钝化372

8.3.4锌镍合金钝化375

8.3.5锌钴合金钝化378

8.4铜及合金钝化与着色379

8.4.1铜的钝化处理379

8.4.2铜和铜合金的化学着色381

8.4.3铜及铜合金电解着色385

8.5锡的钝化与着色385

8.5.1化学钝化386

8.5.2电化学钝化386

8.5.3锡着色386

8.6银的钝化与着色387

8.6.1化学钝化387

8.6.2电解钝化390

8.6.3银及银合金着色391

8.7镉的钝化与着色392

8.7.1镉层钝化392

8.7.2镉着色393

8.8铬着色394

8.9铝及铝合金钝化与着色395

8.9.1直接钝化395

8.9.2铝及铝合金化学着色395

8.9.3铝及铝合金电解着色395

8.9.4铝合金木纹着色397

8.10镍及镍合金着色398

8.11钛及钛合金着色399

8.12金着色400

8.13钴着色401

8.14镁合金钝化与着色402

8.15铁的钝化与着色402

第9章化学转化膜性能测试403

9.1外观检测403

9.1.1测定方法403

9.1.2检测标准403

9.2化学保护层厚度测量406

9.2.1涡流测厚仪法407

9.2.2金相显微镜法408

9.2.3电压击穿法409

9.2.4质量法410

9.3成分含量测定413

9.3.1化学分析方法413

9.3.2电子能谱分析方法414

9.4形貌分析414

9.4.1扫描电子显微镜414

9.4.2双束聚焦离子束系统415

9.4.3原子力显微镜415

9.4.4激光扫描共聚焦显微镜415

9.5暴晒试验416

9.5.1大气暴晒场的选择和要求416

9.5.2试样要求和暴晒方法417

9.5.3试验结果的定性和定量评定418

9.6光线照射试验418

9.6.1铝及铝合金阳极氧化膜耐晒度试验418

9.6.2铝及铝合金阳极氧化膜耐紫外光性能测定419

9.7化学保护层的耐蚀性试验420

9.7.1自然暴晒420

9.7.2点滴实验420

9.7.3黑色金属化学保护层的浸渍试验422

9.7.4盐雾试验422

9.7.5湿热试验426

9.8硬度测量427

9.8.1压痕硬度试验427

9.8.2铅笔硬度试验428

9.8.3显微硬度试验428

9.9耐磨性与摩擦性能测试428

9.9.1落砂试验428

9.9.2落砂试验改进429

9.9.3喷磨试验仪检测耐磨性429

9.9.4耐磨耗试验法432

9.9.5摩擦系数测定435

9.9.6附着性试验435

9.10导电性与绝缘测试436

9.11孔隙率测试与封孔质量评定437

9.11.1磷化膜孔隙率的电化学测试437

9.11.2铝及铝合金阳极氧化膜封孔质量的评定439

9.12结合力测试440

9.12.1划格法440

9.12.2划圈法443

9.13恒电位和动电位极化测量443

9.13.1原理443

9.13.2测试步骤444

9.14点蚀电位测定445

参考文献447