專利名稱：鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法。
背景技術(shù)：
隨著各種應(yīng)用器材日趨輕薄短小以及對其散熱和電磁屏蔽等性能提出較高要求，鎂合金以其比重小，比強(qiáng)度、比剛度高，具有良好的導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性、減振性以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為21世紀(jì)理想的電子產(chǎn)品殼體和輕型車輛的替用材料，在汽車、計(jì)算機(jī)和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于鎂是極活潑的金屬，標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.36V，其耐蝕性極差，制約了鎂合金的使用。因此，鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料使用時必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，以提高其耐蝕性，這對發(fā)揮鎂及鎂合金的性能優(yōu)勢有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，根據(jù)成膜條件，鎂合金表面處理技術(shù)可以歸納為化學(xué)成膜和陽極氧化成膜二大類，但是，陽極氧化成膜處理技術(shù)存在著工藝復(fù)雜、成本較高、很難保持處理液的有效性和處理液溫度的恒定性等問題，因此還很難推廣使用?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化工藝需用的設(shè)備簡單，投資少，容易操作，成本低，它一般作為涂裝的底層，以增強(qiáng)涂裝的附著性。由于在成膜過程中不使用電源，所以不存在由于電力線分布不均而導(dǎo)致的膜層厚度不均勻及深孔處不能沉積膜層的弊端，只要是電解液可以到達(dá)的表面，都能夠獲得厚度均勻的轉(zhuǎn)化膜。通常，鎂合金化學(xué)表面處理都采用鉻系元素試劑，如美國專利第4676842號及美國Dow化學(xué)公司的化學(xué)改性處理No.20(修正型鉻酸制程)中，均采用鉻酸鹽溶液對金屬進(jìn)行化學(xué)改性，以形成一層致密的保護(hù)性皮膜來防止金屬被腐蝕。但是所形成的皮膜中含有為凡賽爾公約所禁用的高污染性化學(xué)物質(zhì)Cr3+，對日后鎂合金的回收造成困難。另外，處理槽中含Cr3+的溶液所揮發(fā)出的有毒氣體，會給作業(yè)員的健康造成威脅，并且處理槽中的溶液排放也需要進(jìn)行廢水處理，但是Cr3+不容易沉降，將導(dǎo)致廢水處理的成本提高?？傊?，鎂合金鉻酸鹽化學(xué)表面處理對人體和環(huán)境都有不同程度的危害。隨著鎂合金產(chǎn)品需求的日益增大，開發(fā)對環(huán)境和操作者無危害的技術(shù)及處理液、實(shí)現(xiàn)“綠色表面處理”將是今后的主要發(fā)展方向。至今為止國內(nèi)外許多學(xué)者也在研究無鉻系化學(xué)表面處理方法，如日本學(xué)者梅原博行等在高錳酸鉀體系無鉻轉(zhuǎn)化膜方面做了很多工作；David Hawke對鎂合金AM60B進(jìn)行磷酸鹽-高錳酸鹽處理，在鎂合金表面得到一層轉(zhuǎn)化膜，研究發(fā)現(xiàn)，膜的顏色和厚度對處理時間非常敏感；M.A.Gonzalez等研究了低成本、污染輕的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，將ZC71鎂合金同溶、水淬、回火處理后經(jīng)酸洗等前處理，再將試樣浸入錫酸鹽，可在表面形成2～5μm的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜；加入稀土元素也可以形成保護(hù)膜，A.L.Rudd等研究了鑭、鐠的硝酸鹽在WE43鎂合金上的成膜特性；A.K.Sharma研究了不經(jīng)浸鋅，在鎂上直接化學(xué)鍍鎳的工藝；甘肅工業(yè)大學(xué)的尹建軍研究直接在鎂合金表面上鍍鋅；戴長松、中科院的霍宏偉等研究了鎂上化學(xué)鍍鎳，但基體結(jié)合力差，所以在中間加入浸鋅。這些無鉻系處理方法生成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜較薄，耐蝕性、附著力都較低，所以近年來人們一直在尋求一種既能滿足環(huán)保要求、提高鎂合金的耐蝕性能，又有一定商業(yè)價值，又能節(jié)省能源的鎂及鎂合金表面處理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法，它既能滿足環(huán)保要求，提高鎂合金的耐腐蝕、附著力等性能，又能節(jié)省能源。
本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其操作步驟為(1)首先將鎂合金打磨、上料；(2)進(jìn)行預(yù)處理工藝將產(chǎn)品浸入裝有5％～10％氫氧化鈉的脫脂槽中，加熱到80～98℃通過超聲波作用20～30分鐘后，進(jìn)入第一蒸餾水水洗槽中，在室溫下用超聲波作用20～50秒，取出用熱風(fēng)吹干；(3)然后浸入盛有氫氟酸、乙二醇溶液的酸洗槽中，在室溫下用超聲波作用1～2.5分鐘，酸洗后進(jìn)入第二蒸餾水水洗槽中，同樣在室溫下用超聲波作用20～50秒，取出用熱風(fēng)吹干；(4)再浸入裝有20％～30％氫氧化鈉的堿洗槽中，在室溫下用超聲波作用25～30分鐘，然后浸入第三蒸餾水水洗槽中，室溫超聲波清洗20～50秒，取出用熱風(fēng)吹干；(5)進(jìn)行化學(xué)成膜工藝把產(chǎn)品放入盛有磷酸、氫氧化鋇、氟化鈉、磷酸鋅、氯酸鈉改性處理溶液的槽中，加熱到80～100℃，用超聲波作用10～30分鐘，然后放入第四蒸餾水水洗槽中超聲波振蕩清洗，取出熱風(fēng)吹干；(6)浸入50～65℃溫度的硅酸鈉水溶液中進(jìn)行封閉處理25～35分鐘，取出立刻用熱風(fēng)吹干并下料。
通過采用本發(fā)明的方法和配方，以AZ91D鎂合金材料為例獲得的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層的主要特性如下化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層外觀白色均勻，細(xì)膩光滑；化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層厚度80～110um；化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層附著力40.33kg/cm2；鎂合金基體附著力為17.5kg/cm2，可見磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層可以明顯提高鎂合金的附著力；化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層抗鹽霧性33小時后，才出現(xiàn)腐蝕，鎂合金基體，鍍鋅、鍍鎳的轉(zhuǎn)化膜8小時就出現(xiàn)全面腐蝕，可見磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層大大提高了鎂合金零件的抗鹽霧性能；化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層抗潮性60h后，才出現(xiàn)腐蝕，鎂合金基體7小時后就出現(xiàn)全面腐蝕，可見膜層大大提高鎂合金零件的抗潮濕性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、此工藝是以磷酸鹽為主體的處理溶液，不使用鉻酸或氰化物，無污染，在實(shí)際生產(chǎn)中滿足環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求；解決了舊的處理工藝中鉻酸鹽處理溶液含有的鉻或重有色金屬元素對環(huán)境與人體造成的不同程度的危害；2、整套工藝的溶液可以在追加損耗的情況下重復(fù)使用，這就大大地節(jié)省資源、降低了生產(chǎn)成本，與陽極氧化工藝相比，在相同的條件下，可以降低約60.5％的成本；3、該技術(shù)工藝簡單，易形成自動化生產(chǎn)線，而不需大的設(shè)備投資，形成產(chǎn)能時間短，能夠適應(yīng)當(dāng)今社會競爭需要，提高企業(yè)競爭力；4、運(yùn)用此工藝形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜大大提高了鎂合金零件的附著力、耐腐蝕性能，相比無鉻系的其它化學(xué)成膜方法(如鍍鋅、鍍鎳、高錳酸鉀以及錫酸鹽等)，磷酸鹽化學(xué)成膜更加可以提高鎂合金的耐腐蝕性；5、掌握了處理工藝過程中溶液配比、加熱溫度和處理時間的最優(yōu)化控制，克服了處理過程中溶液不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化膜層不均勻、易脫落等難題。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明材料為鎂合金手電鉆機(jī)頭外殼首先配制溶液在室溫下用電子分析天平精確氫氧化鈉80克放置燒杯中，向燒杯中加入少量的蒸餾水先行攪拌使藥品充分溶解，然后倒入1000毫升量瓶中，以蒸餾水正確添加至標(biāo)線即配制出1升的脫脂溶液。另外同樣用電子分析天平精確稱取50％的氫氟酸80克、乙二醇32克置于燒杯中，向燒杯中加少量蒸餾水?dāng)嚢枋顾幤烦浞秩芙?，后倒?000毫升的量瓶中，加蒸餾水至標(biāo)線即配制出1升的酸洗活化溶液。然后用同樣的方法稱取氫氧化鈉100～180克配制成1升的堿洗溶液。再分別稱取磷酸60～100克，氫氧化鋇40～60克，氟化鈉1～4克，磷酸鋅2～6克，氯酸鈉3～8克，配制成1升溶液，最后稱取硅酸鈉18克配制1升溶液。
然后工藝流程操作1、將手電鉆機(jī)頭外殼上料。
2、放入80～98℃脫脂槽中，用超聲波作用20～30分鐘，使油脂與堿性溶液及表面活性物質(zhì)發(fā)生皂化反應(yīng)和乳化反應(yīng)而溶解于水中，以達(dá)到脫脂的目的，可以明顯看見零件表面變得光亮。本方法中各工序所采用超聲波的作用一方面在于振動使溶液微?；钴S，使之與金屬表面充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；另一方面使溶液中的微粒與金屬零件表面發(fā)生振動，微粒振動并且沖擊金屬表面上的雜質(zhì)顆粒，使其受到剪切力而從金屬表面上脫離下來，從而達(dá)到清洗金屬零件表面的目的。放入第一水洗槽中，在室溫下通過超聲波清洗20～50秒來去除殘留在鎂合金表面上的堿性溶液及油脂分子，取出用熱風(fēng)吹干。
3、浸入盛有先前所配制的酸性活化溶液的槽中，在室溫下用超聲波作用1～2.5分鐘，微蝕金屬表面以去除產(chǎn)品表面生成的氧化物，另外還可以中和脫脂后殘余在產(chǎn)品上的堿性物質(zhì)。進(jìn)入第二水洗槽中，在室溫下通過超聲波清洗20～50秒來去除殘留在鎂合金表面上的酸性溶液及氧化物顆粒，取出用熱風(fēng)吹干。
4、浸入裝有氫氧化鈉的堿洗槽中，在室溫下用超聲波作用25～30分鐘，中和殘留在鎂合金產(chǎn)品表面上的酸性物質(zhì)。進(jìn)入第三水洗槽，作用相同的時間，熱風(fēng)吹干。
5、將先前配制好的改性溶液加熱到80～100℃，把鎂合金零件放入，通過超聲波作用10～30分鐘使零件表面形成一層致密的保護(hù)性化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。改性后浸入第四水洗槽中，在室溫下通過超聲波清洗20～50秒去除零件表面上殘留的化學(xué)試劑，取出熱風(fēng)吹干。
6、最后浸入50～65℃硅酸鈉水溶液中進(jìn)行封閉處理25～35分鐘，使生成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜均勻致密，取出立刻用熱風(fēng)吹干并下料。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法，其特征在于操作步驟為(1)首先將鎂合金打磨、上料；(2)進(jìn)行預(yù)處理工藝將產(chǎn)品浸入裝有5％～10％氫氧化鈉的脫脂槽中，加熱到溫度80～98℃，通過超聲波作用20～30分鐘后，進(jìn)入第一蒸餾水水洗槽中，在室溫下用超聲波作用20～50秒，取出用熱風(fēng)吹干；(3)浸入盛有氫氟酸、乙二醇溶液的酸洗槽中，在室溫下用超聲波作用1～2.5分鐘，酸洗后進(jìn)入第二蒸餾水水洗槽中，同樣在室溫下用超聲波作用20～50秒，取出用熱風(fēng)吹干；(4)浸入裝有20％～30％氫氧化鈉的堿洗槽中，在室溫下用超聲波作用25～30分鐘，然后浸入第三蒸餾水水洗槽中，室溫超聲波清洗20～50秒，取出用熱風(fēng)吹干；(5)進(jìn)行化學(xué)成膜工藝把產(chǎn)品放入盛有磷酸、氫氧化鋇、氟化鈉、磷酸鋅、氯酸鈉改性處理溶液的槽中，加熱到80～100℃，用超聲波作用10～30分鐘，放入第四蒸餾水水洗槽中超聲波振蕩清洗，取出熱風(fēng)吹干；(6)浸入溫度50～65℃的硅酸鈉水溶液中進(jìn)行封閉處理25～35分鐘，取出立刻用熱風(fēng)吹干并下料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法，其特征是1升脫脂溶液中氫氧化鈉80克。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法，其特征是酸洗槽中的氫氟酸、乙二醇溶液的濃度為1升溶液含50％的氫氟酸80克、乙二醇32克。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法，其特征是改性處理液的濃度為1升溶液中含磷酸60～100克，氫氧化鋇40～60克，氟化鈉1～4克，磷酸鋅2～6克，氯酸鈉3～8克。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法，其特征是將氫氧化鈉100～180克配制成1升的堿洗溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法，其特征是硅酸鈉溶度為1升溶液含18克硅酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明是一種鎂合金磷酸鹽表面改性處理方法，從而達(dá)到保護(hù)、美化鎂合金產(chǎn)品的目的。它包括脫脂、酸洗活化、堿洗、化學(xué)改性以及封閉工序，其中還有水洗和烘干工序，所采用的改性溶液包括磷酸、氫氧化鋇、氟化鈉、磷酸鋅等。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.此工藝是以磷酸鹽為主體的處理溶液，不使用鉻酸或氰化物，無污染；2.整套工藝的溶液可以在追加損耗的情況下重復(fù)使用，這就大大地節(jié)省資源、降低了生產(chǎn)成本，與陽極氧化工藝相比，在相同的條件下，可以降低約60.5％的成本；3.該技術(shù)工藝簡單，易形成自動化生產(chǎn)線，而不需大的設(shè)備投資；4.運(yùn)用此工藝形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜大大提高了鎂合金零件的附著力、耐腐蝕性能；5.掌握了處理工藝過程中溶液配比、加熱溫度和處理時間的最優(yōu)化控制，克服了處理過程中溶液不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化膜層不均勻、易脫落等難題。
文檔編號C23G1/00GK1861843SQ20061001932
公開日2006年11月15日 申請日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
發(fā)明者楊湘杰, 危仁杰, 金華蘭, 陳祥 申請人:南昌大學(xué)