專利名稱：鎂鋰合金酸性浸鋅溶液及浸鋅方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種合金材料的表面處理液。具體地說是一種鑄造鎂鋰合金電鍍 及化學(xué)鍍前預(yù)處理的酸性浸鋅溶液。本發(fā)明還涉及一種鑄造鎂鋰合金的浸鋅方法。屬于無 機(jī)金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂鋰合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有超輕高強(qiáng)的特點(diǎn)，并且具有優(yōu)良的電 磁屏蔽能力及抗震性、韌性好、抗彎強(qiáng)度大、容易變形加工等優(yōu)點(diǎn)，是宇航、兵器、汽車、電 子、軍事等領(lǐng)域中優(yōu)選的一類結(jié)構(gòu)材料。目前國(guó)內(nèi)外鎂鋰合金的研究主要集中在高性能合 金的制備和性能等方面。研究方向主要集中在熔鑄，制備工藝和力學(xué)、機(jī)械性能等。合金中 的鋰元素的加入在提高塑性、改善延展性和降低合金密度的同時(shí)，也顯著降低了其抗蝕性 能。鎂鋰合金的耐蝕性差是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵因素，因此，研究提高合金耐蝕性的表面處理 方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。提高一般鎂合金耐蝕性的方法有很多如化學(xué)轉(zhuǎn)化，電鍍或化學(xué) 鍍、陽(yáng)極氧化、氣相沉積、微弧氧化、離子注入等，而目前提高鎂鋰合金耐蝕性的方法主要集 中在化學(xué)轉(zhuǎn)化、電鍍、化學(xué)鍍和陽(yáng)極氧化等。鑄造鎂鋰合金，即鑄件與壓鑄件用的鎂鋰合金。 對(duì)鑄造鎂鋰合金表面電鍍前需進(jìn)行特殊的預(yù)處理，其方法主要有浸鋅法和化學(xué)鍍鎳法。對(duì) 鑄造鎂鋰合金表面化學(xué)鍍前也需進(jìn)行特殊的預(yù)處理，其方法主要有浸鋅法和直接化學(xué)鍍。 鎂鋰合金的浸鋅法一般用的是堿性浸鋅法，其主要成分為硫酸鋅30g/L，焦磷酸鈉120g/ L，氟化鈉或氟化鋰3-5g/L，碳酸鈉5g/L，pH 10. 2-10. 4，溫度70_80°C，時(shí)間3-lOmin。該方 法需要的浸鋅溫度較高，并且需要二次浸鋅才能獲得良好的置換鋅層。由于堿性的浸鋅溶 液使鎂鋰合金基體遭受到了嚴(yán)重的腐蝕，無法滿足對(duì)零件尺寸的精密要求，因此堿性浸鋅 工藝已經(jīng)越來越不適用于鎂鋰合金。隨著3C電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，對(duì)酸性浸鋅的需求也越 來越高漲，酸性浸鋅溶液的研究具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡(jiǎn)便、條件溫和，節(jié)能、毒害性小且成本低廉的鎂 鋰合金酸性浸鋅溶液。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于本發(fā)明的鎂鋰合金酸性浸鋅溶液 的浸鋅方法本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的鎂鋰合金酸性浸鋅溶液是通過如下步驟所獲得的混合液(1)氯化鋅70_75g用蒸餾水充分溶解，得到氯化鋅溶液；(2)蘋果酸8-lOg用蒸餾水充分溶解，得到蘋果酸溶液；(3)氟化鈉4_5g/L用蒸餾水充分溶解，得到氟化鈉溶液；(4)將2ml乳酸加入蘋果酸溶液中，充分?jǐn)嚢瑁玫交旌弦篈 ；(5)將氯化鋅溶液在不斷攪拌下加入混合液A中，使鋅離子充分 絡(luò)合，得到混合液 B ；
(6)將氟化鈉溶液在攪拌下倒入混合液B中，并且充分?jǐn)嚢瑁?7)加蒸餾水稀釋到1升的體積；(8)用氨水調(diào)節(jié)pH至4.0 ；(9)用濾紙過濾得到酸性浸鋅溶液。
基于本發(fā)明的鎂鋰合金酸性浸鋅溶液的浸鋅方法為(1)將鎂鋰合金進(jìn)行打磨，然后采用以鉻酐、硝酸鐵、氟化鉀為主要成分的浸蝕液 進(jìn)行浸蝕，溫度為室溫，時(shí)間1. 5min ；(2)將經(jīng)過浸蝕后的鎂鋰合金用冷水清洗，再用流動(dòng)水清洗；(3)將經(jīng)過清洗的鎂鋰合金放入磷酸、氟化氫銨溶液中進(jìn)行活化，溫度為室溫，時(shí) 間 1. 5min ；(4)將經(jīng)過活化后的鎂鋰合金用流動(dòng)水清洗；(5)緩慢將酸性浸鋅溶液升溫至40°C ；(6)將處理好的鎂鋰合金浸入酸性浸鋅溶液中進(jìn)行浸鋅處理，在浸鋅過程中，要不 斷抖動(dòng)試樣，使吸附在試樣表面的氫氣脫附，浸鋅時(shí)間為120s ；(7)將浸鋅后的鎂鋰合金試樣取出，用流動(dòng)水充分水洗，烘干；所述的酸性浸鋅溶液是通過如下步驟所獲得的混合液1)氯化鋅70_75g用蒸餾水充分溶解，得到氯化鋅溶液；2)蘋果酸8-lOg用蒸餾水充分溶解，得到蘋果酸溶液；3)氟化鈉4_5g/L用蒸餾水充分溶解，得到氟化鈉溶液；4)將2ml乳酸加入蘋果酸溶液中，充分?jǐn)嚢瑁玫交旌弦篈 ；5)將氯化鋅溶液在不斷攪拌下加入混合液A中，使鋅離子充分絡(luò)合，得到混合液 B ；6)將氟化鈉溶液在攪拌下倒入混合液B中，并且充分?jǐn)嚢瑁?)加蒸餾水稀釋到1升的體積；8)用氨水調(diào)節(jié)pH至4.0 ；9)用濾紙過濾。所述的蘋果酸為L(zhǎng)-蘋果酸。本發(fā)明采用氯化鋅作為主鹽，蘋果酸作為主配位劑及酸度調(diào)節(jié)劑，乳酸作為輔助 配位劑，氟化鈉作為添加劑，氨水作為PH調(diào)節(jié)劑配制成酸性浸鋅溶液。酸性浸鋅的置換反 應(yīng)發(fā)生較堿性進(jìn)行得要緩慢一些，鋅的還原速度減慢。采用該體系一次浸鋅就可以得到薄 并且平整光滑，鋅顆粒呈現(xiàn)球狀，大小均勻、細(xì)小致密的酸性浸鋅層，浸鋅層對(duì)基體的覆蓋 程度很高。經(jīng)過酸性浸鋅后無論進(jìn)行電鍍還是化學(xué)鍍，得到的鍍層性能優(yōu)異。該法配制成 本低，配制步驟少，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，減緩了強(qiáng)堿性浸鋅溶液對(duì)鎂鋰合金基體造成 的強(qiáng)烈腐蝕，環(huán)保節(jié)能，需要控制的條件少而且易于做到，很有希望應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。用氨水調(diào)節(jié)條件下，浸鋅層顆粒呈現(xiàn)光滑的非常規(guī)則的球狀，浸鋅層對(duì)鎂鋰合金 表面覆蓋度大，且較均勻致密，提高了基體的耐蝕性，酸性浸鋅層的膜電阻最高為836. 9Ω， 穩(wěn)定電位在-1. OOV左右。鑄造鎂鋰合金的酸性浸鋅溶液用蘋果酸作為酸度調(diào)節(jié)劑，代替酸性浸鋅溶液中常 用的氫氟酸是酸性浸鋅技術(shù)上的突破，本發(fā)明得到的酸性浸鋅溶液的新配方，首先減少了主鹽的濃度，其次通過氟化鈉和蘋果酸、乳酸的配合提高了酸性浸鋅溶液的性能，減少對(duì)實(shí) 驗(yàn)設(shè)備的腐蝕，提高了實(shí)驗(yàn)的安全系數(shù)。本發(fā)明比其它方法工藝簡(jiǎn)單，易于控制，成本低廉， 對(duì)鎂鋰合金基體腐蝕的程度小，鋅晶粒的形態(tài)、均勻度、致密度、覆蓋度都比較好。與傳統(tǒng) 強(qiáng)堿性浸鋅溶液相比，滿足對(duì)零件尺寸精密程度的要求，配位劑不含氰化物，有利于環(huán)境保 護(hù)，有利于操作人員的身體健康，能夠?qū)崿F(xiàn)綠色生產(chǎn)。鎂鋰合金浸鋅后與后續(xù)鍍層結(jié)合力良 好。


圖Ia-圖Ig為鎂鋰合金利用本發(fā)明的酸性浸鋅溶液浸鋅后所得酸性浸鋅層的SEM 圖，其中圖Ia為放大100倍、圖Ib為放大200倍、圖Ic為放大500倍、圖Id為放大2000 倍、圖Ie為放大5000倍、圖If為放大10000倍、圖Ig為放大30000倍。圖2為鎂鋰合金基體在3. 5% NaCl溶液中的EIS譜圖。圖3為鎂鋰合金酸性浸鋅層在3. 5% NaCl溶液中的EIS譜圖。圖4為EIS的等效電路圖，其中Re為溶液電阻，它是參比電極的Luggin毛細(xì)管管 口與研究電極之間的溶液歐姆阻抗，Cf為膜電容，Rf為膜電阻；Ct為研究電極/溶液界面雙 電層電容，Rt為研究電極的電化學(xué)反應(yīng)電阻。圖5為鎂鋰合金基體在實(shí)例的酸性浸鋅溶液中浸鋅過程的時(shí)間_電位曲線。由圖 可知浸鋅剛開始時(shí)電位隨時(shí)間急劇增加，200s左右時(shí)，電位隨時(shí)間上升的速度減緩，1000s 左右時(shí)，電位非常小幅度的上下波動(dòng)變化，但基本穩(wěn)定在-1. OOV左右。由分析可知，酸性浸 鋅的反應(yīng)時(shí)間在2min左右最優(yōu)。圖6的表1為等效電路的元件值。由表可知鎂鋰合金酸性浸鋅層大大提高了基體 的耐蝕性。
具體實(shí)施例方式下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述本實(shí)施方式是一種操作簡(jiǎn)便、條件溫和，節(jié)能、毒害性小且成本低廉的一種鑄造鎂 鋰合金的含L-蘋果酸的酸性浸鋅溶液的新方法。A)鎂鋰合金試樣打磨，然后采用以鉻酐、硝酸鐵、氟化鉀為主要成分的浸蝕，溫度 為室溫，時(shí)間1. 5min ；B)將經(jīng)過A)浸蝕后的試樣用冷水清洗，再用流動(dòng)水清洗；C)將經(jīng)過B)的試樣放入磷酸、氟化氫銨溶液中進(jìn)行活化，溫度為室溫，時(shí)間 1. 5min ；D)將經(jīng)過C)活化后的試樣用流動(dòng)水清洗；E)將經(jīng)過D)后的試樣放入酸性浸鋅溶液中進(jìn)行浸鋅處理。鎂鋰合金酸性浸鋅溶液的配制方法及浸鋅的工藝規(guī)范如下(實(shí)驗(yàn)所用試劑及蒸 餾水均為分析純)1)取氯化鋅75g/L用蒸餾水充分溶解；2)取蘋果酸10g/L用蒸餾水充分溶解；3)取氟化鈉5g/L用蒸餾水充分溶解；
4)取2ml/L乳酸加入步驟2)的蘋果酸溶液中，充分?jǐn)嚢瑁?)將1)在不斷攪拌下加入步驟4)所形成的溶液中，使鋅離子充分絡(luò)合；6)將3)在攪拌下倒入步驟5)所形成的溶液中，并且充分?jǐn)嚢瑁?)加蒸餾水稀釋到規(guī)定的體積；8)用氨水調(diào)節(jié)pH至4. 0 ；9)用濾紙過濾酸性浸鋅溶液；10)緩慢將酸性浸鋅溶液升溫至40°C ；11)將處理好的鎂鋰合金試樣浸入酸性浸鋅溶液中進(jìn)行浸鋅處理，在浸鋅過程中，要不斷抖動(dòng)試樣，使吸附在試樣表面的氫氣脫附。浸鋅時(shí)間為120s ；12)將浸鋅后的鎂鋰合金試樣取出，用流動(dòng)水充分水洗，烘干。
權(quán)利要求
一種鎂鋰合金酸性浸鋅溶液，其特征是通過如下步驟所獲得的混合液(1)氯化鋅70-75g用蒸餾水充分溶解，得到氯化鋅溶液；(2)蘋果酸8-10g用蒸餾水充分溶解，得到蘋果酸溶液；(3)氟化鈉4-5g/L用蒸餾水充分溶解，得到氟化鈉溶液；(4)將2ml乳酸加入蘋果酸溶液中，充分?jǐn)嚢?，得到混合液A；(5)將氯化鋅溶液在不斷攪拌下加入混合液A中，使鋅離子充分絡(luò)合，得到混合液B；(6)將氟化鈉溶液在攪拌下倒入混合液B中，并且充分?jǐn)嚢瑁?7)加蒸餾水稀釋到1升的體積；(8)用氨水調(diào)節(jié)pH至4.0；(9)用濾紙過濾得到酸性浸鋅溶液。
2.一種鎂鋰合金酸性浸鋅溶液的浸鋅方法，其特征是(1)將鎂鋰合金進(jìn)行打磨，然后采用以鉻酐、硝酸鐵、氟化鉀為主要成分的浸蝕液進(jìn)行 浸蝕，溫度為室溫，時(shí)間1. 5min ；(2)將經(jīng)過浸蝕后的鎂鋰合金用冷水清洗，再用流動(dòng)水清洗；(3)將經(jīng)過清洗的鎂鋰合金放入磷酸、氟化氫銨溶液中進(jìn)行活化，溫度為室溫，時(shí)間 1. 5min ；(4)將經(jīng)過活化后的鎂鋰合金用流動(dòng)水清洗；(5)緩慢將酸性浸鋅溶液升溫至40°C；(6)將處理好的鎂鋰合金浸入酸性浸鋅溶液中進(jìn)行浸鋅處理，在浸鋅過程中，要不斷抖 動(dòng)試樣，使吸附在試樣表面的氫氣脫附，浸鋅時(shí)間為120s ；(7)將浸鋅后的鎂鋰合金試樣取出，用流動(dòng)水充分水洗，烘干； 所述的酸性浸鋅溶液是通過如下步驟所獲得的混合液1)氯化鋅70-75g用蒸餾水充分溶解，得到氯化鋅溶液；2)蘋果酸8-10g用蒸餾水充分溶解，得到蘋果酸溶液；3)氟化鈉4-5g/L用蒸餾水充分溶解，得到氟化鈉溶液；4)將2ml乳酸加入蘋果酸溶液中，充分?jǐn)嚢瑁玫交旌弦篈；5)將氯化鋅溶液在不斷攪拌下加入混合液A中，使鋅離子充分絡(luò)合，得到混合液B；6)將氟化鈉溶液在攪拌下倒入混合液B中，并且充分?jǐn)嚢瑁?)加蒸餾水稀釋到1升的體積；8)用氨水調(diào)節(jié)pH至4.0；9)用濾紙過濾。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種鎂鋰合金酸性浸鋅溶液及浸鋅方法。本發(fā)明采用氯化鋅作為主鹽，蘋果酸作為主配位劑及酸度調(diào)節(jié)劑，乳酸作為輔助配位劑，氟化鈉作為添加劑，氨水作為pH調(diào)節(jié)劑配制成鎂鋰合金酸性浸鋅溶液。采用本發(fā)明的鎂鋰合金酸性浸鋅溶液一次浸鋅就可以得到薄并且平整光滑，鋅顆粒呈現(xiàn)球狀，大小均勻、細(xì)小致密的酸性浸鋅層，浸鋅層對(duì)基體的覆蓋程度很高。經(jīng)過酸性浸鋅后無論進(jìn)行電鍍還是化學(xué)鍍，得到的鍍層性能優(yōu)異。該法配制成本低，配制步驟少，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，減緩了強(qiáng)堿性浸鋅溶液對(duì)鎂鋰合金基體造成的強(qiáng)烈腐蝕，環(huán)保節(jié)能，需要控制的條件少而且易于做到，很有希望應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C18/18GK101831641SQ20101017302
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者劉望, 張家軍, 黃曉梅 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)