一种镁合金表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料技术领域，涉及一种镁合金材料表面处理方法。
【背景技术】
[0002]镁合金以其比重小、生物相容性好等诸多优点已经受到人们的广泛关注。但由于镁非常活泼，耐蚀问题严重地限制了其进一步的推广和应用。目前，在镁合金表面防腐技术中，根据成膜条件可以归纳为化学成膜和阳极氧化成膜二大类，但是，阳极氧化成膜处理技术存在着工艺复杂、成本较高、很难保持处理液的有效性和处理液温度的恒定性等问题，因此还很难推广使用。化学转化工艺需用的设备简单，投资少，容易操作，成本低，它一般作为涂装的底层，以增强涂装的附着性。由于在成膜过程中不使用电源，所以不存在由于电力线分布不均而导致的膜层厚度不均匀及深孔处不能沉积膜层的弊端，只要是电解液可以到达的表面，都能够获得厚度均匀的转化膜。
[0003]通常，镁合金化学表面处理都采用铬系元素试剂，如美国专利第4676842号及美国Dow化学公司的化学改性处理N0.20 (修正型铬酸制程)中，均采用铬酸盐溶液对金属进行化学改性，以形成一层致密的保护性皮膜来防止金属被腐蚀。但是所形成的皮膜中含有为凡赛尔公约所禁用的高污染性化学物质Cr3+，对日后镁合金的回收造成困难。另外，处理槽中含Cr3+的溶液所挥发出的有毒气体，会给作业员的健康造成威胁，并且处理槽中的溶液排放也需要进行废水处理，但是Cr3+不容易沉降，将导致废水处理的成本提高。总之，镁合金铬酸盐化学表面处理对人体和环境都有不同程度的危害。
[0004]随着镁合金产品需求的日益增大，开发对环境和操作者无危害的技术及处理液、实现“绿色表面处理”将是今后的主要发展方向。至今为止国内外许多学者也在研宄无铬系化学表面处理方法，如日本学者梅原博行等在高锰酸钾体系无铬转化膜方面做了很多工作；David Hawke对镁合金AM60B进行磷酸盐-高猛酸盐处理，在镁合金表面得到一层转化膜，研宄发现，膜的颜色和厚度对处理时间非常敏感；加入稀土元素也可以形成保护膜，A.L.Rudd等研宄了镧、镨的硝酸盐在WE43镁合金上的成膜特性；A.K.Sharma研宄了不经浸锌，在镁上直接化学镀镍的工艺；甘肃工业大学的尹建军研宄直接在镁合金表面上镀锌；戴长松、中科院的霍宏伟等研宄了镁上化学镀镍，但基体结合力差，所以在中间加入浸锌。这些无铬系处理方法生成的化学转化膜较薄，耐蚀性、附着力都较低，而且电磁屏蔽效果差，不适合镁合金电子产品的表面防护。所以近年来人们一直在寻求一种既能满足环保要求、提高镁合金的耐蚀性能，又有一定商业价值，又能节省能源的镁及镁合金表面处理技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种镁合金表面处理方法。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0007]本发明具体的工艺流程如下。
[0008](I)将镁合金构件打磨、上料。
[0009](2)进行预处理工艺:将打磨后的镁合金构件浸入盛有浓度为85%的磷酸溶液的酸洗槽中，室温下超声波处理0.5-2.5分钟，再进入第一蒸馏水水洗槽中，室温下超声波处理20~50秒，取出用热风吹干；之后浸入装有氢氧化钠5?30g/L、磷酸三钠10?40g/L、碳酸钠12?40g/L的脱脂槽中，加热到58~68°C，超声波处理8~15分钟后，进入第二蒸馏水水洗槽中，室温下超声波处理20~50秒，取出用热风吹干；之后，再浸入装有浓度为5%的氢氟酸的活化槽中，室温下超声波处理20~60秒，然后浸入第三蒸馏水水洗槽中，室温超声波清洗20~50秒，取出用热风吹干。
[0010](3)进行磁场作用下化学成膜工艺:把步骤(2)处理后的构件放入盛有锡酸钠40?90g/L、乙酸钠5?40g/L、氢氧化钠20?80g/L和氟化钠5?25g/L成膜处理槽中，加热到50~80°C，用磁场作用10~30分钟；然后放入第四蒸馏水水洗槽中超声波振荡清洗，取出热风吹干，下料。
[0011]通过采用本发明的方法和配方，以AZ91D镁合金材料为例获得的化学转化膜层的主要特性如下。
[0012]化学转化膜层外观呈浅灰白色，细腻光滑(见图1、图3)，微观由近球状微粒构成，球状颗粒之间有少量的缝隙，比较平整、无龟裂状裂纹(见图2)。
[0013]化学转化膜层厚度:0.5?I μπι。
[0014]化学转化膜层抗盐雾性:32小时后，试样表面出现腐蚀点，表面膜层基本完整，镁合金基体，镀锌、镀镍的转化膜8小时就出现全面腐蚀，可见磁场作用下锡酸盐化学转化膜层大大提高了镁合金零件的抗盐雾性能。
[0015]化学转化膜层抗潮性:120h后，试样表面未出现明显变化，表面轻微变色，膜层无起泡、生锈和脱落现象。镁合金基体7小时后就出现全面腐蚀，可见磁场作用下锡酸盐膜层大大提高镁合金零件的抗潮湿性。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点。
[0017]1、本发明是以锡酸盐为主体的处理溶液，外加磁场作用化学成膜。不使用铬酸或氰化物，无污染，在实际生产中满足环保和可持续发展的要求；解决了旧的处理工艺中铬酸盐处理溶液含有的铬或重有色金属元素对环境与人体造成的不同程度的危害。
[0018]2、整套工艺的溶液可以在追加损耗的情况下重复使用，这就大大地节省资源、降低了生产成本，与阳极氧化工艺相比，在相同的条件下，可以降低约60.5%的成本。
[0019]3、本发明工艺简单，易形成自动化生产线，而不需大的设备投资，形成产能时间短，能够适应当今社会竞争需要，提尚企业竞争力。
[0020]4、运用磁场作用形成的化学转化膜的附着力、耐腐蚀性能、零件的宏观性能都比没有磁场作用的效果好，并且比无铬系的其它化学成膜方法(如镀锌、镀镍、高锰酸钾等)性能更加优良。
[0021]5、掌握了处理工艺过程中溶液配比、加热温度和处理时间的最优化控制，克服了处理过程中溶液不稳定，转化膜层不均匀、易脱落等难题。
[0022]6、锡酸盐膜层较薄，它的平均电阻〈0.5Ω，导电性能良好，电磁屏蔽作用优良，比较适合于镁合金电子产品的表面防护。
【附图说明】
[0023]附图1为镁合金表面处理设备示意图。其中，I为温度控制器及电源，2为磁场发生器，3为热电偶，4为电加热棒，5为镁合金试样，6为处理槽，7为处理液。
[0024]附图2为本发明化学转化膜层宏观形貌图。
[0025]附图3为本发明化学转化膜层微观形貌图(SEM)。
[0026]附图4为经本发明处理的镁合金油箱的外观图。
[0027]附图5为经本发明处理的镁合金链张紧机构的外观图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0029]实施例1。
[0030](I)将AZ91D镁合金链张紧机构打磨、上料。
[0031](2)进行预处理工艺:将打磨后的AZ91D镁合金链张紧机构浸入盛有浓度为85%的磷酸溶液的酸洗槽中，室温下超声波处理2.5分钟，再进入第一蒸馏水水洗槽中，室温下超声波处理30秒，取出用热风吹干；之后浸入装有氢氧化钠5g/L、磷酸三钠40g/L、碳酸钠25g/L的脱脂槽中，加热到58 °C，超声波处理8分钟后，进入第二蒸馏水水洗槽中，室温下超声波处理20秒，取出用热风吹干；之后，再浸入装有浓度为5%的氢氟酸的活化槽中，室温下超声波处理60秒，然后浸入第三蒸馏水水洗槽中，室温超声波清洗20秒，取出用热风吹干。
[0032](3)进行磁场作用下化学成膜工艺:把步骤(2)处理后的构件放入盛有锡酸钠90g/L、乙酸钠5g/L、氢氧化钠50g/L和氟化钠25g/L成膜处理槽中，加热到80°C，用磁场作用30分钟；然后放入第四蒸馏水水洗槽中超声波振荡清洗，取出热风吹干，下料。
[0033]实施例2。
[0034](I)将镁合金油箱打磨、上料。
[0035](2)进行预处理工艺:将打磨后的镁合金油箱浸入盛有浓度为85%的磷酸溶液的酸洗槽中，室温下超声波处理0.5分钟，再进入第一蒸馏水水洗槽中，室温下超声波处理50秒，取出用热风吹干；之后浸入装有氢氧化钠30g/L、磷酸三钠10g/L、碳酸钠12g/L的脱脂槽中，加热到68°C，超声波处理15分钟后，进入第二蒸馏水水洗槽中，室温下超声波处理50秒，取出用热风吹干；之后，再浸入装有浓度为5%的氢氟酸的活化槽中，室温下超声波处理20秒，然后浸入第三蒸馏水水洗槽中，室温超声波清洗50秒，取出用热风吹干。
[0036](3)进行磁场作用下化学成膜工艺:把步骤(2)处理后的构件放入盛有锡酸钠40g/L、乙酸钠40g/L、氢氧化钠20g/L和氟化钠55g/L成膜处理槽中，加热到50°C，用磁场作用10分钟；然后放入第四蒸馏水水洗槽中超声波振荡清洗，取出热风吹干，下料。
【主权项】
1.一种镁合金表面处理方法，其特征是包括以下步骤: (1)将镁合金构件打磨、上料； (2)将打磨后的镁合金构件浸入盛有浓度为85%的磷酸溶液的酸洗槽中，室温下超声波处理0.5-2.5分钟，再进入第一蒸馏水水洗槽中，室温下超声波处理20~50秒，取出用热风吹干；之后浸入装有氢氧化钠5?30g/L、磷酸三钠10?40g/L、碳酸钠12?40g/L的脱脂槽中，加热到58~68°C，超声波处理8~15分钟后，进入第二蒸馏水水洗槽中，室温下超声波处理20~50秒，取出用热风吹干；之后，再浸入装有浓度为5%的氢氟酸的活化槽中，室温下超声波处理20~60秒，然后浸入第三蒸馏水水洗槽中，室温超声波清洗20~50秒，取出用热风吹干； (3)把步骤(2)处理后的构件放入盛有锡酸钠40?90g/L、乙酸钠5?40g/L、氢氧化钠20?80g/L和氟化钠5?25g/L成膜处理槽中，加热到50~80°C，用磁场作用10~30分钟；然后放入第四蒸馏水水洗槽中超声波振荡清洗，取出热风吹干，下料。
【专利摘要】一种镁合金表面处理方法，包括：（1）将镁合金构件打磨、上料；（2）进行酸洗、超声波处理、脱脂、活化等预处理；（3）进行磁场作用下化学成膜处理、超声波振荡清洗等。本发明是以锡酸盐为主体的处理溶液，外加磁场作用化学成膜，无污染，环保；处理溶液可重复使用，节省资源、降低生产成本；工艺简单，易形成自动化生产线；运用磁场作用形成的化学转化膜的附着力、耐腐蚀性能、零件的宏观性能好，性能更加优良；锡酸盐膜层较薄，平均电阻<0.5Ω，导电性能良好，电磁屏蔽作用优良，比较适合于镁合金电子产品的表面防护。
【IPC分类】C23C22-60, C23C22-78
【公开号】CN104561980
【申请号】CN201510002952
【发明人】金华兰, 赖勇来, 杨湘杰, 郭洪民
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月6日