专利名称：：一种镁合金材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种镁合金材料及其制备方法。技术背景镁合金具有密度低、比强度高、减震性好、电磁屏蔽性高、易切削加工、可回收利用等优点而在航空、航天、汽车、电子、通讯等行业有广泛应用。但镁及其合金耐腐蚀性差，限制了其应用。为了提高镁合金材料的耐腐蚀性，通常采用在镁合金基材表面形成有机涂层或金属镀膜的方法，但有机涂层的颗粒感比较重，耐腐蚀性也不够好；而金属镀膜则通常是铬镀层，形成铬镀层所用的镀液中由于含有对环境和人体都有巨大危害的6价铬及镍，因此也慢慢退出使用。CN1767735A中公开了一种镁合金电子装置外壳及其制备方法，其中，该外壳包括镁合金基材和覆盖在镁合金表面的氮化铝钛层。所述外壳的制备方法包括将抛光清洗后的镁合金基材放入以铝金属和钛金属为溅射耙材的真空镀膜室内，在氮气存在下在铝合金基材表面真空镀上1微米左右的氮化铝钛。由上述方法可以形成具有多种外观颜色的镁合金电子装置外壳，而且由此形成的外壳具有较强的硬度。另外，这种方法还具有清洁无污染、对环境友好的优点。但是，由于镁合金材料表面尤其是通过压铸形成的镁合金压铸件的表面缺陷多、形状比较复杂，1微米左右的镀层不足以将镁合金表面匕的缺陷掩盖住。虽然可以通过增加镀层厚度的方式来掩盖镁合金表面上的缺陷，但是通过上述方法形成的镀层与镁合金基材的附着力较差，而且表面外观光泽度也很低
发明内容本发明的目的是为了克服现有技术中的镁合金材料的基材与金属镀层附着力差、表面光泽度低的缺点，提供一种基材与金属镀层附着力强且表面光泽度高的镁合金材料及其制备方法。本发明提供了一种镁合金材料，该材料包括基材和负载在基材上的金属镀层，所述基材包括镁合金底材，其中，所述基材还包括底漆层，所述底漆层位于底材和金属镀层之间。本发明还提供了该镁合金材料的制备方法，其中，该方法包括在镁合金底材上形成底漆层，然后再在底漆层上形成金属镀层。本发明所提供的镁合金材料在镁合金底材和金属镀层之间含有底漆层，使得金属镀层对基材的附着力大大加强，并且底漆层能够有效地把镁合金表面的缺陷掩盖住，使所制得的镁合金材料在60°的入射光角度下，表面的光泽度由101GU提高到523GU，达到镜面效果。同时，通过在金属镀层表面形成面漆层还能进一步保护金属镀层，有利于提高镁合金材料的耐磨性和耐腐蚀性。具体实施方式按照本发明提供的镁合金材料，所述底漆层可以是各种底漆层，例如，可以由热固性底漆涂料或由紫外光固化底漆涂料固化形成的底漆层。由于紫外光固化底漆涂料只需在紫外线照射下即可固化形成紫外光固化底漆层，因此，所述底漆层优选为由紫外光固化底漆涂料固化形成的紫外光固化底漆层。所述紫外光固化底漆涂料是指在紫外光照射下可以发生固化的底漆涂料。形成本发明底漆层的紫外光固化底漆涂料可以是各种己知的紫外光固化底漆涂料。一般来说，紫外光固化底漆涂料含有主体树脂、稀释剂和光引发剂。其中，以紫外光固化涂料的总量为基准，主体树脂的含量可以为20-80重量％，优选为30-70重量％，稀释剂的含量可以为10-70重量。％，优选为25-65重量％，光引发剂的含量可以为1-10重量％，优选为2-8重量％。所述紫外光固化底漆涂料可以商购得到，也可以通过各种方法制备得到。作为紫外光固化底漆涂料的主体树脂为本领域技术人员所公知，例如可以是不饱和聚酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸树脂中的--种或几种，优选情况下，所述主体树脂为环氧丙烯酸树脂，例如，可以是己二酸环氧丙烯酸树脂。所述稀释剂为本领域技术人员所公知，可以是官能度数为l-6个的丙烯酸酯单体，例如，可以是丙烯酸己酯、三丙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸丙酯、1，6已二醇二丙烯酸酯(HDDA)、1,6已二醇二甲基二丙烯酸酯(HDDMA)和二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种，优选为丙烯酸己酯和三丙二醇二丙烯酸酯的混合物，以混合物总量为基准，所述丙烯酸已酯的含量为20-80重量％，所述三丙二醇二丙烯酸酯的含量为20-80重量％。需要说明的是上述官能度数是指含不和饱和双键的数目。所述的光引发剂为本领域技术人员所公知，例如可以是二羟基二甲基一苯基丙酮、安息香双甲醚(Irgacure651)、1-羟基环己基苯甲酮(Irgacure184)、2-苯基-2-N-二甲氨基-l-(4-吗啉苯基)-丁酮(Irgacure369)、2-羟基2、2-甲基-l-苯基丙酮(daroccure1173)、氯代硫杂蒽酮(2-CTX)、乙基硫杂蒽酮(2-ETX)、异丙基硫杂蒽酮(2-ITX)中的一种或几种，优选为二羟基二甲基一苯基丙酮。所述底漆层，特别是，由紫外光固化底漆涂料形成的底漆层对镁合金底材具有优良的附着力，能够提供后续金属镀层与镁合金基材良好的结合力，并且能够有效地把镁合金表面的缺陷掩盖住。本发明提供的镁合金材料中，所述底漆层的厚度可以为10-35微米，优选为10-30微米。本发明对所述金属镀层的种类没有特别的限制，可以为本领域技术人员所公知的各种金属镀层，优选为铬、铝、锰、金中的一种或含有它们中的2种或3种的合金镀层。具体可以根据所需的外观颜色来选择所需的金属镀层。金属镀层的厚度优选为0.6-3.0微米，更优选为2-3微米。所述镁合金底材可以是各种含有镁的合金，例如可以选自AZ91D和/或AM60。优选情况下，所述镁合金材料还可以包括面漆层，所述面漆层可以是各种面漆层，例如，可以是由热固性面漆涂料或由紫外光固化面漆涂料固化形成的面漆层。由于紫外光固化底漆涂料只需在紫外线照射下即可固化形成紫外光固化底漆层，因此，所述面漆层优选为由紫外光固化面漆涂料固化形成的面漆层。一方面，由于面漆层位于金属镀层表面，能够保护金属镀层，进一步提高镁合金材料的耐磨性能；另一方面，由于紫外光固化面漆涂料形成的面漆层对常规溶剂的耐腐蚀性和抗氧化性较强，因此，通过在金属镀层表面形成紫外光固化面漆层还能提高镁合金材料的耐腐蚀性和抗氧化性。所述紫外光固化面漆涂料的组成为本领域技术人员所公知，所述紫外光固化面漆涂料可以商购得到，也可以通过各种方法制备得到。本发明所述面漆层的涂料可以与底漆层相同或不同。例如，可以使用华阳公司的UV-9968。所述紫外光固化面漆层的厚度优选为10-15微米。优选情况下，所述镁合金材料还可以包括化学转化膜层，所述化学转化膜层在镁合金底材和紫外光固化底漆层之间，能进一步增强紫外光固化底漆层的附着力，并且该化学转化膜层还能起到保护镁合金底材不被腐蚀和氧化的作用。所述化学转化膜层可以是现有技术中的各种化学转化膜层，本发明具体实施例中优选化学转化膜层为非铬系的磷酸盐转化膜层。所述非铬系的磷酸盐转化膜层可以由现有技术中的各种方法得到，例如，可以为JASCO公司生产的商品型号为PZ-610A、PZ-610B、PZ-610C的皮膜液以130-170:1:2-5混合，并以M3-410为活化剂，以MD-420为调整剂得到的混合物在对镁合金底材上形成的膜层，膜层厚度优选为0.1-0.3微米。针对表面缺陷比较严重的镁合金底材，例如表面有縮孔和轻微縮水，则本发明进一步优选，所述镁合金材料还包括在所述化学转化膜层和紫外光固化底漆层之间加入补土剂，以获得平整的紫外光固化底漆层。所述补土剂可以是镁合金材料领域常规使用的各种补土剂，例如，所述补土剂可以为DEVCON公司生产的补土剂。该补土剂不仅能有效改善镁合金底材表面不平整的缺陷，而且还能进一步提高金属镀层附着力和光泽度。本发明提供的镁合金材料的制备方法包括在镁合金底材上形成底漆层，然后再在底漆层上形成金属镀层。所述底漆层可以采用常规的方法，如在底材上涂覆形成底漆层的涂料，然后使涂料固化。以紫外光固化涂料形成的底漆层为例，底漆层形成的方法包括将形成紫外光固化底漆层的紫外光固化底漆涂料负载到镁合金底材上，然后将负载的紫外光固化底漆涂料进行固化。可以采用现有技术中的各种方法将紫外光固化底漆涂料负载到镁合金底材上，例如，可以采用喷涂法。负载的量使紫外光固化底漆层的厚度为10-30微米。可以采用各种方法将紫外光固化底漆涂料进行固化，例如，可以采用紫外光源如高压水银灯、弧光灯、氙光灯、荧光灯对负载有紫外光固化底漆涂料的镁合金材料表面进行照射的方法，紫外光的光强和照射时间以及紫外光与镁合金材料的照射距离使紫外底漆固化涂料固化形成紫外光固化底漆层。一般地说，紫外光的光强越强，照射距离越近，紫外光固化底漆层的厚度越小，则使紫外光固化涂料固化所需的照射时间越短；反之照射时间就长。本发明优选使用常规使用的高压水银灯，灯光波长为300-400纳米，优选为330-380纳米；选择照射距离为l-10厘米，优选为4-6厘米；光强为50-150毫瓦/平方厘米，优选为80-120毫瓦/平方厘米；照射时间为10-30分钟，优选为15-25分钟。在上述条件下，可以使厚度为10-30微米的紫外光固化底漆层固化。本发明可以采用物理气象沉积法(PVD)例如电子束蒸发镀、磁控溅射镀或离子镀法形成所述金属镀层。上述方法的具体操作和条件已为本领域技术人员所公知。例如磁控溅射镀的条件可以为本底真空度为2.0X10—4兆帕、溅射速度为8000-10000埃/分钟、基片温度为180-230°C、靶基距离为5-10厘米、阳极电压为300-600伏特、电流为10-15安培、溅射真空度为0.13-1.3帕斯卡、溅射角为5-8°、溅射时间为5分钟/片。本发明形成所述紫外光固化面漆层的方法也包括将形成紫外光固化面漆层的紫外光固化面漆涂料负载到金属镀层上，然后将负载的紫外光固化面漆涂料进行固化。紫外光固化面漆层的负载方法和干燥方法与形成紫外光固化底漆层相同。所述形成化学转化膜层可以采用常规的方法，例如可以将镁合金底材浸泡在JASCO公司生产的商品型号为PZ-610A、PZ-610B、PZ-610C的皮膜液以130-170:1:2-5混合，并以M3-410为活化剂，以MD-420为调整剂得到的混合物中进行化成，化成温度优选为40-6(TC，时间为30秒-l分钟，化成后用清水洗净，取出，在130-170'C下烘烤15-30分钟。为了获得包括补土剂的镁合金材料，在所述化学转化膜层和紫外光固化底漆层之间加入补土剂，以获得平整的紫外光固化底漆层。所述填充补土剂进行平面修整的方法己为本领域技术人员所公知。优选情况下，本发明提供的方法还包括对镁合金基材进行打磨、抛光、脱脂、碱洗。按照本发明的一种优选实施方式，本发明提供的镁合金材料的制备方法依次包括①对镁合佥底材进行打磨、抛光、脱脂、碱冼；②披覆化学转化膜层；③填充人工补土剂；④形成紫外光固化底漆层；⑤形成物理气象沉积金属镀层；⑥形成紫外光固化面漆层。下面的实施例将对本发明作进一步的说明。其中，镁合金底材选用尺寸为80毫米X50毫米X2毫米的AZ91D(南京云海特种金属有限公司)压铸镁合金制品。实施例1本实施例用于说明本发明提供的镁合金材料。(1)将镁合金基材进行打磨、抛光、脱脂、碱洗。采用人工打磨的方法对镁合金底材进行打磨，去掉镁合金底材多余料头和毛刺，再用砂纸进行抛光，直到用1200目的砂纸打磨平滑即可，然后用丙酮作为脱脂溶剂对经过打磨、抛光后的镁合金基材进行清洗，反复2次。脱脂完毕后采用含30克/升的氢氧化钠、40克/升的磷酸钠、20克/升的硅酸钠的碱性溶液对镁合金底材进行清洗。清洗的温度为85°C，清洗的时间为IO分钟。(2)形成化学转化膜层将JASCO公司生产的皮膜液161克PZ-610A、1克PZ-610B、3.5克PZ-610C、15克活化剂M3-410和30克调整剂MD-420混合均匀，然后将上述(1)得到的镁合金底材在上述混合物中进行化成，化成的温度为6(TC，时间为30秒，化成后用清水洗净，取出，在15(TC下烘烤25分钟。得到的化学转化膜层厚度为2微米的基材。(3)修整平面用DEVCON公司生产的补土剂20克修补镁合金上的缩孔和轻微缩水，在13(TC的烤炉中烘烤25分钟，使其固化，然后用1200#或1500#的砂纸进行打磨。本工序后再重复工序(2)。(4)形成紫外光固化底漆层将30重量份己二酸环氧丙烯酸树脂、25重量份丙烯酸己脂、40重量份三丙二醇二丙烯酸酯和5重量份二羟基二甲基一苯基丙酮混合均匀，得到紫外光固化底漆涂料。然后将该底漆涂料用辊涂法负载到上述步骤(2)得到的基材的具有化学转化膜层的表面上，然后用紫外光波长为365纳米的高压水银灯进行照射，灯与基材的距离为5厘米，光强为100毫瓦/平方厘米，照射时间为25分钟，得到紫外光固化底漆层厚度为25微米的基材。(5)形成金属镀层采用磁控溅射设备在上述(3)得到的紫外光固化底漆层上形成金属镀层，磁控溅射设的工艺参数如下本底真空度2.0><10—4兆帕以下；溅射速度10000埃/分钟；基片温度200°C;靶基距离8厘米；阴极和阳极之间的电压400伏特；电流12安培；溅射真空度0.5帕斯卡；溅射角5°;溅射时间5分钟/片；靶材为铬。得到的金属镀层厚度为2.0微米。(6)形成紫外光固化面漆层使用华阳公司的UV-9968涂料作为紫外光固化面漆涂料。然后将该面漆涂料用辊涂法负载到上述(5)得到的金属镀层上，然后用紫外光波长为365纳米的高压水银灯进行照射，灯距为5厘米，光强为100毫瓦/平方厘米，照射时间为25分钟，得到的紫外光固化面漆层厚度为12微米。通过上述步骤最终得到镁合金材料Al。实施例2本实施例用于说明本发明提供的镁合金材料。按照实施例1中所述的方法制备镁合金材料，不同的是，紫外光固化底漆涂料由60重量份已二酸环氧丙烯酸树脂、12重量份丙烯酸己脂、26重量份三丙二醇二丙烯酸酯和2重量份二羟基二甲基一苯基丙酮混合得到，得到的镁合金材料为A2，其中紫外光固化底漆层的厚度为IO微米。实施例3本实施例用于说明本发明提供的镁合金材料。按照实施例1中所述的方法制备镁合金材料，不同的是，紫外光固化底漆涂料由45重量份已二酸环氧丙烯酸树脂、18重量份丙烯酸已脂、34重量份三丙二醇二丙烯酸酯和8重量份二羟基二甲基一苯基丙酮混合得到，紫外光固化底漆层的厚度为15微米。得到的镁合金材料为A3。实施例4本实施例用于说明本发明提供的镁合金材料。按照实施例1中所述的方法制备镁合金材料，不同的是，形成金属镀层用的靶材为铝，得到金属镀层的厚度为3.0微米的镁合金材料A4。实施例5本实施例用于说明本发明提供的镁合金材料。按照实施例1中所述的方法制备镁合金材料，不同的是，在对镁合金底材进行碱洗后直接在镁合金底材上形成紫外光固化底漆层，得到镁合金材料A5。实施例6本实施例用于说明本发明提供的镁合金材料。按照实施例1中所述的方法制备镁合金材料，不同的是，在对镁合金底材进行碱洗后直接在镁合金底材上形成紫外光固化底漆层，并且略去形成紫外光固化面漆层的步骤。通过上述步骤最终得到镁合全材料A6。对比例1该对比例用于说明现有技术的镁合金材料。按照实施例1中所述的方法制备镁合金材料，不同的是，在对镁合金底材进行碱洗后直接在镁合金底材上形成金属镀层，得到镁合金材料Bl。实施例7-12下面的实施例用于说明本发明提供的镁合金材料的性能。按照下述方法分别对实施例1-6得到的镁合金材料Al-A6进行RCA纸带耐磨测试、附着力测试、铅笔硬度测试、盐雾测试和光亮度测试，结果如表1所示c(1)RCA纸带耐磨测试使用型号为F350008的RCA纸带耐磨仪，在175克力下磨擦镁合金材料，镁合金材料表面露出底体材料时，记录橡胶轮转动的圈数；(2)附着力测试(ASTMD3359-93)仪器百格刀L500001;检验方法ASTMD3359，间距1毫米，拉起角度90。，胶带3M600(3)铅笔硬度测试(ASTMD3363-74)仪器铅笔硬度计F130027检验方法ASTMD3363，负荷750克，铅笔三菱UNI(4)盐雾测试将镁合金材料样品置于盐雾箱内，在35r下用5±0.5重量％的氯化钠盐水喷涂样品8小时后，取出并置于另外一个温度为22.5°C、相对湿度为47.3y。RH的恒温恒湿箱中，放置8小时后，观察样品，记录样品表面的腐蚀面积占镀层总面积的百分含量(有化学转化膜层的情况下，按金属镀层计算)。(5)光亮度测试采用的仪器为镜面多角度光泽仪(德国BYK公司出品)。在60°的入射光角度下测定其光泽度。对比例2该对比例用于说明由对比例1制得的镁合金材料的性能。按照实施例7所述的方法测定由对比例1制得的镁合金材料B1的性能，结果如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>从表1可以看出，实施例1-6得到的镁合金材料的RCA纸带耐磨性、附着力、铅笔硬度和耐盐雾腐蚀性均超过允收标准，而且均优于由对比例1得到的镁合金材料。另外，与对比例l相比，实施例l-6得到的镁合金材料表面具有明显的光泽度。权利要求1、一种镁合金材料，该材料包括基材和负载在基材上的金属镀层，所述基材包括镁合金底材，其特征在于，所述基材还包括底漆层，所述底漆层位于镁合金底材和金属镀层之间。2、根据权利要求1所述的材料，其中，所述底漆层为紫外光固化底漆层。3、根据权利要求2所述的材料，其中，所述紫外光固化底漆层由紫外光固化底漆涂料固化形成。4、根据权利要求K2或3所述的材料，其中，所述底漆层的厚度为10-35微米。5、根据权利要求1所述的材料，其中，所述金属镀层为铬、铝、锰、金中的一种或含有它们中的2种或3种的合金的镀层，镀层的厚度为0.6-3.0微米。6、根据权利要求1所述的材料，其中，该材料还包括面漆层，所述面漆层位于金属镀层之上，面漆层的厚度为10-15微米。7、根据权利要求6所述的材料，其中，所述面漆层由紫外光固化面漆涂料固化形成。8、根据权利要求1所述的材料，其中，该材料还包括化学转化膜层，所述化学转化膜层在镁合金底材和底漆层之间，厚度为2-3微米。9、权利要求1所述镁合金材料的制备方法，其特征在于，该方法包括在镁合金底材上形成底漆层，然后再在底漆层上形成金属镀层。10、根据权利要求9所述的方法，其中，所述底漆层为紫外光固化底漆层，由紫外光固化涂料固化形成，所述底漆层的厚度为10-35微米。11、根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括在形成底漆层之前，形成一层厚度为2-3微米化学转化膜。12、根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括在金属镀层表面形成一层厚度为10-15微米的面漆层，所述面漆层由紫外光固化涂料固化形成。全文摘要一种镁合金材料，该材料包括基材和负载在基材上的金属镀层，所述基材包括镁合金底材，其中，所述基材还包括底漆层，所述底漆层位于底材和金属镀层之间。本发明所提供的镁合金材料在底材和金属镀层之间含有底漆层，使得金属镀层对基材的附着力大大加强，并且底漆层能够有效地把镁合金表面的缺陷掩盖住，使所制得的镁合金材料在60°的入射光角度下，表面的光泽度由101GU提高到523GU，达到镜面效果。文档编号C23C28/00GK101153394SQ20061015224公开日2008年4月2日申请日期2006年9月25日优先权日2006年9月25日发明者郭振华申请人:比亚迪股份有限公司