专利名称：镁合金表面涂装的无水前处理方法
技术领域：
本发明涉及的是一种镁合金表面涂装的前处理方法。
背景技术：
镁合金是二十一世纪最有应用前景的金属材料之一，但其耐蚀性差，在很大程度上限制了其应用。因此，镁合金表面处理在实际应用中是十分必要的。很多文献都报道了镁合金的表面处理方法。在众多的防腐措施中，有机涂层保护技术由于具有工艺简单、成本低廉、商业应用前景好等众多优点而倍受人们重视。有机涂层的保护作用主要是在金属基体和环境介质间充当阻挡层，阻碍水、离子、 氧气和电荷传至基体，阻止腐蚀电路的形成。但是，镁合金自身的电化学活性以及铸造导致的缺陷等因素给传统涂料在镁合金上的单层直接涂装带来了很大的困难，主要表现为以下几个方面(1)镁合金的高化学活性使其一遇到空气或水就在其表面形成一层疏松且呈碱性的氧化物/氢氧化物薄膜，该薄膜会降低后续有机涂层和基体间的结合质量；同时，镁合金高的化学活性使得扩散到其界面的水、氧等分子迅速与其发生反应，与外界形成较大的浓度梯度，加速介质在涂层中的传输。(2)铸造镁合金件难以避免的表面缺陷和大量的孔洞给表面涂装造成一定的困难；(3)镁合金在高温下的抗蠕变性能普遍很差，限制了传统高温烘烤漆在某些镁合金上的应用。因此，直接在镁合金表面涂装难以取得好的防护效果，在镁合金表面要获得高附着性、强耐蚀性和漂亮外观的有机涂层，正确选择涂装体系的基底是十分必要的。化学转化膜处理是镁合金防腐蚀前处理的有效方法，所形成的转化膜可以提高基体的耐蚀性，同时还能提高涂装漆膜的附着性。现有的镁合金表面化学转化膜处理技术通常采用铬酸盐溶液处理，但所使用的六价铬化合物有毒，对环境造成严重的危害。稀土转化膜是近年来镁合金无铬环保型表面处理工艺的热门研究领域，因其无毒、无污染而受到广大研究者的广泛关注并迅速发展。但由于镁基体在水溶液中突出的化学活泼性，使得其在稀土盐的水溶液中总是优先形成疏松的氧化或氢氧化物，导致稀土转化膜附着力普遍较差，严重的影响了该类转化膜的应用和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高转化处理后行形成的转化膜层的附着力及耐腐蚀性能，并可以提高镁合金涂装体系的附着力，实现对镁及镁合金的有效防护的镁合金表面涂装的无水前处理方法。本发明的目的是这样实现的a.对镁合金或镁基体材料表面进行预磨处理，然后再进行抛光；b.将基体材料放入无水乙醇或丙酮溶液中进行超声处理IOmin ;c.将经超声处理过的基体材料用冷风吹干；d.将基体材料置于转化液进行转化处理，所述转化液由无水乙醇溶剂、稀土盐和强氧化性促进剂组成；e.经转化处理的基体材料用去离子水冲洗后吹干；f.将基体材料放入植酸溶液中进行后处理10-20min，无水乙醇冲洗后吹干。本发明还可以包括1、所述转化液的组成包括稀土盐l-10g/L、强氧化性促进剂20ml/L，所述稀土盐为钕、钇或钆的盐，所述强氧化性促进剂是h202。2、所述转化处理在20-45 °C的温度、pH值4_7的条件下进行。3、所述转化处理的处理时间为5min-40min。4、所述钕盐为 Nd(NO3)3、钇盐为 Y(NO3)3、钆盐为 Gd(NO3) 3。5、转化液的pH值采用与稀土盐同种酸根对应的酸进行调节。6、所述植酸溶液的浓度为5g/L。本发明主要目的在于通过无水溶剂的使用减少镁及合金在前处理工序中造成的镁的氧化和腐蚀，从而提高转化处理后行形成的稀土盐转化膜层的附着力及耐腐蚀性能， 并且以有机溶液作为溶剂可以在转化膜层表面形成大量的有机官能团，从而提高镁合金涂装体系的附着力，实现对镁及镁合金的有效防护。为达到上述目的，本发明的所采用的技术方案的主要特点在于首先，为保证转化处理的进行，对基体材料表面进行平整化及除油处理，为后续处理工艺提供足够好的条件； 然后，放入以无水乙醇为溶剂，由稀土盐(钕、钇、钆)和强氧化性促进剂组成的转化溶液中，转化液需放置在一定温度的水浴箱中使溶液达到预定温度，反应一定时间后从溶液中取出，用去离子水冲洗后吹干；再放入植酸溶液中进行后处理，无水乙醇冲洗后吹干。从技术方案可以看出本发明具有以下有益效果本发明提供的无水转化前处理方案工艺简单，易操作性强，且成本低廉，防护效果明显，满足经济效益方面的需求。本发明所提供的无水转化前处理技术可以明显提高镁合金稀土转化膜的附着力及耐腐蚀性能。本发明所提供的具有大量有机官能团的无水转化膜，对提高镁合金涂装体系的附着力及耐腐蚀性具有重要的意义。本发明制备的可溶于无水乙醇的稀土盐转化膜为镁及镁合金表面提供良好的保护，同时不会对环境和人体产生任何有害影响，是替代传统铬酸盐转化膜的理想选择，具有重要的应用前景。
图1AZ91镁合金钕盐转化膜处理的扫描电子显微形貌照片；图2AZ91镁合金钆盐转化膜处理的扫描电子显微形貌照片；图3AZ91镁合金钇盐转化膜处理的扫描电子显微形貌照片。
具体实施例方式下面举例对本发明做更详细的描述；具体实施方案一本实施方案中所设计的工艺方案如下对基体材料表面进行预磨处理，从300#-2500#，然后再用2. 5的油溶性金刚石抛光膏进行抛光，以使基体材料表面为后续处理工艺提供足够好的条件来保证转化处理的进行；将处理过的样品放入无水乙醇或丙酮溶液中进行超声处理IOmin之后用冷风吹干。将制备好的样品放入转化液中，该稀土转化液由5g/LNd (NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，用无水乙醇为溶剂，用HNO3调节pH值至4-5之间，然后将该溶液放置在30°C水浴箱中使溶液保温至30°C，将制备好的样品放入配置好的转化溶液中反应5min，反应到达时间后将样品取出，用去离子水完全冲洗后吹干。放入浓度为5g/L的植酸无水后处理液中，在室温下反应15分钟，洗净吹干。该方案所得的钕盐转化膜致密、均勻具有较好的附着力和优异得耐蚀性。具体实施方案二 该方案与方案一不同点是稀土转化液由5g/L Y(NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，经搅拌和调节pH值后进行20min的转化反应。本方案结果表明其具有良好的耐蚀性，可以给基体材料提供良好的保护作用。具体实施方案三该方案与方案一不同点是稀土转化液由10g/L Gd(NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，经搅拌和调节pH值后进行40min的转化反应。该方案可制备较厚的转化膜层。具体实施方案四该方案与方案一不同点是稀土转化液由5g/L Nd(NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，经搅拌和调节pH值后在45°C的反应温度下反应5min后取出样品。本方案得到的膜层质地均勻，表面裂纹细小，耐蚀性好。具体实施方案五该方案与方案一不同点是稀土转化液由10g/L Nd(NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，经搅拌和调节pH值后在45°C的反应温度下反应20min后取出样品。该方案的膜层较方案四中的膜层相对厚重一些但表面裂纹相对大一些，耐蚀性较好。具体实施方案六该方案与方案一不同点是稀土转化液由lg/L Nd(NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，经搅拌和调节pH值后在45°C的反应温度下反应40min后取出样品。具体实施方案七该方案与方案一不同点是稀土转化液由10g/L Gd(NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，经搅拌和调节pH值后在45°C下反应5min结束。该反应较前几种方案反应剧烈，且在短时间内形成相对较厚的膜层，裂纹均勻的分布于膜层。具体实施方案八该方案与方案一不同点是稀土转化液由5g/L Gd(NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，经搅拌和调节pH值后在45°C下反应20min生成了厚实的膜层， 而且更像是两层或三层膜，但彼此间的过渡并不明显，裂纹细小均勻随机的分布在各层。具体实施方案九该方案与方案一不同点是稀土转化液由lg/L Gd(NO3)3和作为促进剂的20ml/L H2O2组成，经搅拌和调节pH值后在45°C下反应40min。具体实施方案十该方案与方案一不同点是将PH值用HNO3调节到6-7，接近于中性溶液略显酸性即可，然后将方案一到九按该酸碱度再进行一遍。具体实施方案十一该方案是将上述的十种方案中所用的稀土硝酸盐换成稀土氯化盐类后再进行一遍，所不同的是在调节酸碱度时要用HC1。以上所述仅为本发明的较好实例，并不是用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均属于本发明权限范围内。
权利要求
1.一种镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是a.对镁合金或镁基体材料表面进行预磨处理，然后再进行抛光；b.将基体材料放入无水乙醇或丙酮溶液中进行超声处理 IOmin ；c.将经超声处理过的基体材料用冷风吹干；d.将基体材料置于转化液进行转化处理，所述转化液由无水乙醇溶剂、稀土盐和强氧化性促进剂组成；e.经转化处理的基体材料用去离子水冲洗后吹干；f.将基体材料放入植酸溶液中进行后处理10-20min，无水乙醇冲洗后吹干。
2.根据权利要求1所述的镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是所述转化液的组成包括稀土盐l-10g/L、强氧化性促进剂20ml/L，所述稀土盐为钕、钇或钆的盐，所述强氧化性促进剂是H2O2。
3.根据权利要求2所述的镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是所述转化处理在20-45 °C的温度、pH值4-7的条件下进行。
4.根据权利要求3所述的镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是所述转化处理的处理时间为5min-40min。
5.根据权利要求4所述的镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是所述植酸溶液的浓度为5g/L。
6.根据权利要求1-5任何一项所述的镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是 所述钕盐为稀土钕、钇或钆的硝酸盐。
7.根据权利要求1-5任何一项所述的镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是 所述钕盐为稀土钕、钇或钆的盐酸盐。
8.根据权利要求6所述的镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是转化液的pH 值采用硝酸进行调节。
9.根据权利要求7所述的镁合金表面涂装的无水前处理方法，其特征是转化液的pH 值采用硝酸进行调节。
全文摘要
本发明提供的是一种镁合金表面涂装的无水前处理方法。对基体材料表面进行预磨处理；将基体材料放入无水乙醇或丙酮溶液中进行超声处理；将经超声处理过的基体材料用冷风吹干；将基体材料置于转化液进行转化处理，所述转化液由无水乙醇、稀土盐和强氧化性促进剂组成；经转化处理的基体材料用去离子水冲洗后吹干；将基体材料放入植酸溶液中进行后处理，无水乙醇冲洗后吹干。本发明通过无水溶剂的使用减少镁及合金在前处理工序中造成的镁的氧化和腐蚀，从而提高转化处理后行形成的稀土盐转化膜层的附着力及耐腐蚀性能，并且以有机溶液作为溶剂可以在转化膜层表面形成大量的有机官能团，从而提高镁合金涂装体系的附着力，实现对镁合金的有效防护。
文档编号C23C22/02GK102181851SQ201110100520
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者刘二宝, 崔秀芳, 杨雨云, 金国, 钟景高 申请人:哈尔滨工程大学