[科普中国]-化学转化膜

化学转化膜，又称金属转化膜。它是金属（包括镀层金属）表层原子与介质中的阴离子相互反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，这层化合物隔离层称为化学转化膜。转化膜的形成既可以是金属—介质之间的纯化学反应，也可以是电化学反应。

简介单质状态的金属（贵金属除外）包括其合金，在通常的情况下会自发地与介质起反应形成化合物，回到其矿物态，这是冶金的逆过程。这一过程称为金属的腐蚀。有时这个过程不会一直进行下去，会很快停止，因为这时金属与介质形成的化合物在金属表面累积，这层致密的金属化合物形成一种“膜”，这时金属就好像穿上了一件外衣，阻碍了金属与介质进一步接触，特别是在这种化合物难溶于水的情况下。化学转化膜就是基于这个原理设计的。

化学转化膜又称金属转化膜。它是金属（包括镀层金属）表层原子与介质中的阴离子相互反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，这层化合物隔离层称为化学转化膜。1

化学转化膜的分类在生产实际中通常按基体材料的不同，分为铝材转化膜、锌材转化膜、钢材转化膜，铜材转化膜、镁材转化膜等。也可以按用途分为涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜、防护性转化膜、装饰性转化膜、减摩或耐磨性转化膜及绝缘性转化膜等。此外，按生产上习惯也可分为阳极氧化膜，化学氧化膜、磷化膜、钝化膜及着色膜等。1

化学转化膜的处理方法化学转化膜常用处理方法有：浸渍法、阳极化法、喷淋法、刷涂法等。其特点与使用范围列于表。在工业上应用的还有滚涂法、蒸汽法（如ACP蒸汽磷化法）、三氯乙烯综合处理法（简称T.F.S法），以及研磨与化学转化膜相结合的喷射法等。1

化学转化膜的防护性能化学转化膜作为金属制品的防护层，其防护功能主要是依靠将化学性质活泼的金属单质转化为化学性质不活泼的金属化合物，如氧化物、铬酸盐、磷酸盐等，提高金属在环境中的热力学稳定性。对于质地较软的金属，如铝合金、镁合金等，化学转化膜还为金属提供一层较硬的外衣，以提高基体金属的耐摩擦性能。除此以外，也依靠表面上的转化产物对环境介质的隔离作用。

铬酸盐转化膜是各种金属上最常见的化学转化膜。这种转化膜厚度即使在很薄的情况下，也能极大地提高基体金属的耐蚀性。例如，在金属锌的表面上，如果存在仅仅为0.5mg/dm²的无色铬酸盐转化膜，其在1m³的盐雾试验箱中，每小时喷雾一次质量分数为3%的氯化钠溶液时，首次出现腐蚀的时间为200h，而未经处理的锌，则仅10h就会发生腐蚀。由于试验所涉及的膜是很薄的，耐蚀性的提高是属于金属表面化学活泼性降低（钝化）所产生的效果，铬酸盐转化膜优异的防护性能还在于，当膜层受到机械损伤时，它能使裸露的基体金属再次钝化而重新得到保护，即具有所谓的自愈能力。

一般来说，化学转化膜的防护效果取决于下列几个因素：

①被处理基体金属的本质；

②转化膜的类型、组成和结构；

③膜层的处理质量，如与基体金属的结合力、孔隙率等；

④使用的环境。

应该清楚，同别的防护膜如金属镀层相比，化学转化膜的韧性和致密性相对较差，有些化学转化膜对基体金属的防护作用不及金属镀层。因此，金属在进行化学转化膜处理之后，通常还要施加其他防护处理。1

化学转化膜的用途化学转化膜具有广泛的用途，它主要用于金属的防腐、耐磨。转化膜还具有良好的涂漆性，可用于有机涂层的底层；其次是用于冷加工。在冷加工时，转化膜层可以起润滑作用并减少磨损，使工件能够承受较高的负荷；多孔的转化膜，可以吸附有机染料或无机染料，染成各种颜色：

转化膜的基本用途：

(1)防腐蚀。防腐蚀型的化学转化膜主要用于以下两种情况：

①对部件有一般的防锈要求，如涂防锈油等，转化膜作为底层，很薄时即可应用。

②对部件有较高的耐蚀要求，部件又不受挠曲，冲击等外力作用，转化膜要求均匀致密，且以厚者为佳。

(2)耐磨。耐磨型化学转化膜广泛应用于金属与金属面互相摩擦的部位。铝的硬质阳极氧化膜，其耐磨性与电镀硬铬相当。金属上的磷酸盐膜层有很小的摩擦系数，因此减少了金属间的摩擦力，同时，这种磷酸盐膜层还具有良好的吸油作用，在金属接触面产生一层缓冲层，从化学和机械两方面保护了基体，从而减少磨损。

(3)涂装底层。作为涂装底层的化学转化膜，要求膜层致密、质地均匀、晶粒细小、厚度适中。

(4)塑性加工。金属材料表面形成磷酸盐膜后再进行塑性加工，例如，进行钢管、钢丝等冷拉伸，是磷酸盐膜层的另一应用领域。采用这种方法对钢材进行拉拔加工时，可以减小拉拔力，延长拉拔模具寿命，减少拉拔次数。该法在挤出工艺，深拉延工艺等各种冷加工中均有广泛的应用。

(5)绝缘等功能膜。化学转化膜多数是电的不良导体，很早就有用磷酸盐膜作为硅钢片绝缘层。这种绝缘层的特点是占空系数小，耐热性好，而且在冲裁加工时可以减少模具的磨损等。阳极氧化膜可以作为铝导线的耐高温绝缘层。用溶胶—凝胶法制得的膜层，目前多数是功能性的。1

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学