專利名稱：一種鎂合金表面著色方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不使用化學(xué)藥劑的鎂合金表面著色方法，屬于鎂合金表面處理技
術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂是金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的一種。純鎂的力學(xué)性能很差，但其與鋁、鋅、鋯及稀土 元素等構(gòu)成鎂合金后強度獲得巨大地提高。鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，其密度只 有1. 3 1. 9g/cm3，大約是金屬鋁的2/3，鐵的1/4。由于鎂合金具有比強度高、比剛度高， 減震性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽性和尺寸穩(wěn)定性好，切削加工性能和拋光性能優(yōu)異，易 回收等優(yōu)點，因此以質(zhì)輕和綜合性能優(yōu)良而被稱為21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ木G色材料。鎂合 金在航空航天，汽車制造和電子通訊等各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，鎂的化學(xué)穩(wěn)定 性低，電極電位很負(fù)(_2. 34V)，耐蝕性較差。鎂合金在大多數(shù)介質(zhì)中都不穩(wěn)定，不耐蝕，因此 必須進行表面處理才能適應(yīng)耐蝕耐磨的需求。其次，對于外觀極其講究的電子產(chǎn)品外殼則 更需要進行合適的表面著色工藝處理，以適應(yīng)市場的需要。 現(xiàn)階段，使用于鎂合金的表面處理方法主要有化學(xué)轉(zhuǎn)化法、陽極氧化法、電鍍與化 學(xué)鍍、液相沉積與溶膠凝膠法、激光熔覆合金涂層法等。這些方法都只是在鎂合金表面形成 一層保護膜層，無法同時實現(xiàn)著色。對于鎂合金表面所希望賦予的各種色彩，還需要通過使 用類似于汽車涂裝的工藝手段在鎂合金表面形成著色涂層。這種常規(guī)的技術(shù)手段通常需要 多道工序，工藝過程復(fù)雜，較難控制，費用很高。另外，現(xiàn)有的工藝過程需要消耗大量的能 源，而且還可能產(chǎn)生大量的對環(huán)境有害的廢液，廢液的無害化處理也是一個嚴(yán)峻的課題。近 年來，省能源、省資源的新材料和新工藝的開發(fā)已經(jīng)成為建設(shè)可持續(xù)性發(fā)展社會的一個重 要方向。所以，鎂合金著色的工藝簡化，廢液無害化以及處理費用低廉化是相關(guān)行業(yè)非常關(guān) 心的一個研究領(lǐng)域。本發(fā)明主要利用鎂合金不耐蝕這個通常認(rèn)為的鎂合金不足之處，在高 熱水分子的作用下，在合金表面直接形成納米尺寸的微細(xì)構(gòu)造。這種微細(xì)結(jié)構(gòu)對光具有折 射、反射作用，從而賦予鎂合金表面不同的結(jié)構(gòu)色。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單的不使用化學(xué)藥劑的鎂合金表面著色方法，要 解決的技術(shù)問題是在含有鋁、鋅等元素的鎂合金表面形成氧化物和氫氧化物表面保護層的 同時賦予其所需要的色彩，從而達(dá)到降低表面處理成本，同時減輕環(huán)境負(fù)荷的目的。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 —種鎂合金表面著色方法，所采用的著色工藝步驟如下 (1)實施前處理工藝，包括對鎂合金板材表面進行必要的打磨處理、脫脂洗凈、酸 洗、堿洗及活化的過程； (2)把前處理后的鎂合金板材放入帶有特氟龍內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，并注入純水 直至鎂合金板材全部沒入水線以下，密閉水熱反應(yīng)釜；
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(3)把水熱反應(yīng)釜放入升溫至100-200°C的烘箱內(nèi)，連續(xù)反應(yīng)2小時到10小時；
(4)取出水熱反應(yīng)釜，用冷水急冷降溫，打開反應(yīng)釜，取出鎂合金板材，放入無水乙 醇內(nèi)，用超聲清洗，取出吹干，鎂合金表面具有表面著色特征。 所述的鎂合金板材中的主要元素是鎂，另外還含有鋁、鋅等元素，如 AZ31B(Mg-3. 19 % Al-0. 81 % Zn_0. 334 % Mn)鎂合金板材、AZ61(Mg-6. 11 % Al-1. 09 % Zn-0. 23% Mn)鎂合金板材或者AZ91D (Mg_8. 96% Al-0. 68% Zn_0. 55% Mn)鎂合金板材。 AZ31B、AZ61、AZ91D合金中的百分比為重量百分比。 本發(fā)明中實施前表面清潔處理非常重要，它對于表面形成均勻的微細(xì)構(gòu)造有直接 的影響。而微細(xì)構(gòu)造的均勻程度又直接關(guān)系到表面著色的均勻性。高溫純水與鎂合金發(fā)生 反應(yīng)，在合金表面形成長約200 2500納米，厚度為50 500納米的構(gòu)造圖案。隨著純水 溫度的高低和反應(yīng)時間長短的調(diào)整，鎂合金表面的微細(xì)構(gòu)造的厚度也隨之發(fā)生變化，從而 導(dǎo)致合金表面顯示的色彩發(fā)生變化。本表面處理工藝形成的微細(xì)結(jié)構(gòu)是由鎂與水反應(yīng)生成 的氧化鎂和氫氧化鎂組成。通過調(diào)整反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，可以分別獲得紫紅色、綠色、黃 色和橙色等色彩。這種色彩是空氣與表面微細(xì)構(gòu)造膜界面處的反射光和構(gòu)造膜與鎂合金界 面處的反射光的干涉效果。因為光干涉的原因，所以從不同的角度來觀察，可以發(fā)現(xiàn)表面微 細(xì)構(gòu)造膜的色彩是不同的，這也是光干涉的一個重要特征。 在本發(fā)明中，鎂合金表面的鎂與水反應(yīng)生成的氧化鎂和氫氧化鎂微細(xì)結(jié)構(gòu)是引起 鎂合金表面著色的主要原因，所以本發(fā)明適用于不同化學(xué)元素組成的多種鎂合金。
本發(fā)明的工藝步驟比較簡單，工藝參數(shù)的調(diào)整和控制也相當(dāng)便利，所以試驗結(jié)果 的可重復(fù)性非常好。與現(xiàn)在通常使用的鎂合金表面著色工藝相比，本發(fā)明中鎂合金不需要 專門的表面防腐處理設(shè)備及表面著色噴涂和干燥設(shè)備，從而大幅度降低設(shè)備投資費用。本 發(fā)明由于不使用表面處理用鉻酸鹽、磷酸鹽和高錳酸鹽等化學(xué)藥劑，所以不需要投資建設(shè) 相應(yīng)的廢液無害化處理設(shè)施。與現(xiàn)在通常使用的鎂合金表面著色工藝相比，本發(fā)明實施所 需要的設(shè)備投資至少可以降低50%以上。本發(fā)明所使用設(shè)備簡單，對材料要求不苛刻，適合 于低成本的鎂合金表面著色的工業(yè)化應(yīng)用。


圖1為用反射分光法測得的紫外_可見光反射率圖譜。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。但本發(fā)明不僅僅限定于實施例。
實施例l 使用遼寧營口銀河鎂合金有限公司的AZ31B鎂合金板材作為表面著色處理的基 板。具體工藝步驟如下 (1)實施前處理工藝，包括對鎂合金板材表面進行必要的打磨處理、脫脂洗凈、酸 洗、堿洗及活化的過程； (2)把脫脂洗凈后的鎂合金板材放入帶有特氟龍內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，并注入純
水直至鎂合金板材全部沒入水線以下，密閉水熱反應(yīng)釜； (3)把水熱反應(yīng)釜放入升溫至120°C的烘箱內(nèi)，連續(xù)反應(yīng)2. 5小時；
(4)取出水熱反應(yīng)釜，用冷水急冷降溫，打開反應(yīng)釜，取出鎂合金板材，放入無水乙
醇內(nèi)，用超聲清洗，取出吹干，鎂合金表面顯示金屬光澤的淡綠干涉色。
實施例2 所使用的鎂合金板材和前處理工藝同實施例1。水熱反應(yīng)釜放入升溫至12(TC的烘箱內(nèi)，連續(xù)反應(yīng)3. 5小時。取出水熱反應(yīng)釜，用冷水急冷降溫，打開反應(yīng)釜，取出鎂合金板材，放入無水乙醇內(nèi)，用超聲清洗，取出吹干，鎂合金表面顯示金屬光澤的紫紅干涉色。圖1是用反射分光法測得的紫外-可見光反射率圖譜。該分光譜表明400納米附近的峰位是造成紫紅干涉色中紫色的主要原因。
實施例3 所使用的鎂合金板材和前處理工藝同實施例1。水熱反應(yīng)釜放入升溫至14(TC的烘箱內(nèi)，連續(xù)反應(yīng)9小時。取出水熱反應(yīng)釜，用冷水急冷降溫，打開反應(yīng)釜，取出鎂合金板材，放入無水乙醇內(nèi)，用超聲清洗，取出吹干，鎂合金表面顯示金屬光澤的黃干涉色。
實施例4 所使用的鎂合金板材為AZ61，前處理工藝同實施例1。水熱反應(yīng)釜放入升溫至150°C的烘箱內(nèi)，連續(xù)反應(yīng)10小時。取出水熱反應(yīng)釜，用冷水急冷降溫，打開反應(yīng)釜，取出鎂合金板材，放入無水乙醇內(nèi)，用超聲清洗，取出吹干，鎂合金表面顯示金屬光澤的黑干涉色。
實施例5 所使用的鎂合金板材為AZ91D，前處理工藝同實施例1。水熱反應(yīng)釜放入升溫至14(TC的烘箱內(nèi)，連續(xù)反應(yīng)7. 5小時。取出水熱反應(yīng)釜，用冷水急冷降溫，打開反應(yīng)釜，取出鎂合金板材，放入無水乙醇內(nèi)，用超聲清洗，取出吹干，鎂合金表面顯示金屬光澤的淡黃色干涉色。 與現(xiàn)有的方法相比，本方法完全不使用化學(xué)藥劑，成本低，沒有廢液處理問題，不對環(huán)境造成危害，而且工藝簡單、易于通過對溫度和反應(yīng)時間的控制和調(diào)節(jié)來達(dá)到鎂合金表面多種色彩著色的目的。本方法可以用于鎂合金板材的表面著色工藝。
權(quán)利要求
一種鎂合金表面著色方法，其特征在于該方法的工藝步驟如下1)將鎂合金板材表面進行打磨處理、脫脂洗凈、酸洗、堿洗和活化；2)然后，將鎂合金板材放入帶有特氟龍內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜內(nèi)，并注入純水直至鎂合金板材全部沒入水線以下，密閉水熱反應(yīng)釜；3)將水熱反應(yīng)釜放入升溫至100～200℃的烘箱內(nèi)，連續(xù)反應(yīng)2～10小時；4)取出水熱反應(yīng)釜，用冷水急冷降溫，打開反應(yīng)釜，取出鎂合金板材，放入無水乙醇內(nèi)，用超聲清洗，取出吹干，即可得到表面著色的鎂合金板材。
2. 按權(quán)利要求l所述的鎂合金表面著色方法，其特征在于所述的鎂合金板材為AZ31B 鎂合金板材、AZ61鎂合金板材或者AZ91D鎂合金板材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎂合金表面著色方法。要解決的技術(shù)問題是在不使用化學(xué)藥劑的前提下，在鎂合金的表面實現(xiàn)著色，降低產(chǎn)品的加工成本和廢液處理的費用，從而減輕環(huán)境負(fù)荷。主要采用以下工藝把實施前處理工藝，包括對鎂合金板材表面進行必要的打磨處理、脫脂洗凈、酸洗、堿洗及活化過程后的鎂合金板材放入裝有純水的水熱反應(yīng)釜中，在室溫-250℃溫度可調(diào)的烘箱中加熱反應(yīng)釜，通過調(diào)整反應(yīng)溫度(100-200℃范圍內(nèi))和反應(yīng)時間(2-10小時范圍內(nèi))，在鎂合金表面實現(xiàn)了不同顏色的著色。與現(xiàn)有的方法相比，本方法工藝簡單、易于控制和操作，而且完全不使用化學(xué)藥劑，沒有廢液處理問題，不對環(huán)境造成危害。本方法可以用于鎂合金板材的表面著色工藝。
文檔編號C23C22/00GK101787523SQ20101012679
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者陳益鋼 申請人:上海大學(xué)