专利名称：用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理镁基金属的表面的方法，且更明确地说，涉及一种用环保方案处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法。
背景技术：
就重量而论，已预期镁基金属将是未来最有前景的工程材料，其可取代铝基金属。目前，镁的价格基本上等于铝的价格，但镁要轻于铝。因此，镁比铝用在轻重量更重要的车辆、飞机、膝上型计算机、蜂窝式电话等中更有利。举例来说，在车辆领域中，近来已使用镁合金来代替钢铁或铝合金，以便减轻车辆的重量，从而改善燃料效率。最近，甚至在环境方面，具有优良再循环特征(recycling feature)的镁合金也倾向于广泛用作金属结构材料。举例来说，现有塑料部分倾向于被具有优良再循环特征的镁合金取代，尤其对于家用电器领域中的笔记型计算机、个人计算机和蜂窝式电话来说更是如此。在常用金属中，所述镁合金具有最大的化学活性(chemicalactivity)。因此，如果镁合金不经受表面处理，那么其特征会是在大气下或在溶液中被极快地腐蚀，因此通过镁合金表面处理工艺形成比钢或铝合金的情况下更致密且均勻的涂层很重要。然而，极难在镁合金上形成致密且均勻的涂层。这是因为镁合金的表面为化学不规则的。宏观偏析和微观偏析使镁合金的表面为化学不规则的，且因此难以在镁合金上形成致密且均勻的涂层。 另外，由于在镁合金表面上生成的氧化膜包含Mg(0H)2(其为不可渗透(impermeable)的氧化膜)组成，因此可能不会实现镁所固有的金属纹理。在镁合金的各种表面处理方法中，最常用到转化处理方法(conversiontreatment method)或阳极氧化处理方法(anodizing treatment method)。这两种方法都是在任何预处理工艺后执行的，例如脱脂工艺及/或酸洗工艺。然而，可仅通过使用阳极氧化处理方法来将任何功能性添加到镁合金的表面。在镁合金的常规表面处理方法中，HAE方法、D0W17方法和电化学方法(galvanic method)在此项技术中已被广泛称作阳极氧化处理方法，但存在缺点，即，这些方法使用含有重金属(例如，锰及/或铬)的电解质溶液，因此导致产生含有重金属的废水且致使所得广品有毒。另外，在对镁合金的常规阳极氧化处理方法中，如第10-2004-94105号韩国早期公开专利申请案中所揭示，已在强碱电解质溶液中用100V或更高的高电压来形成氧化膜， 或如第10-2003-40824韩国早期公开专利申请案中所揭示，通过在弱碱性电解质溶液中以脉冲形式施加-200V到400V的AC电压来形成不可渗透的氧化膜。然而，由于上述常规技术产生具有白色或褐色的有色不可渗透膜，因此难以实现镁基金属中所固有的金属纹理。因此，在此项技术中需要一种技术，其用于通过在镁合金的表面上形成透明的阳极氧化膜来实现镁合金中所固有的金属纹理。另外，为了在镁合金的表面上形成合格的阳极氧化膜，需要一种工艺，其用于将镁合金的表面改变成适合于形成阳极氧化膜的另一表面。作为阳极氧化处理方法的预处理工艺的抛光技术，在此项技术中众所周知的是使用含有铬酸和HF的化学抛光剂(chemical polishingagent)的化学抛光技术。然而，因为如上文所描述的化学抛光剂极其昂贵且极危险，所以这种技术已招致严重指责。由此可见，上述现有的镁基金属的表面处理方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的镁基金属的表面处理方法存在的缺陷，而提供一种新的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，所要解决的技术问题是使其在使用环保电解质溶液的同时便可在镁基金属的表面上形成用于实现镁基金属的金属纹理的合格透明阳极氧化膜，非常适于实用。本发明的另一目的在于，提供一种新的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，所要解决的技术问题是使其在形成阳极氧化膜之前可通过较廉价且安全的化学抛光工艺来实现更合格的阳极氧化膜，从而更加适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。为达到上述目的，依据本发明的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，其包含磨光步骤 (buffing st印)，通过使用含有氮化钠(sodiumnitride)和柠檬酸钠(sodium citrate)的化学抛光剂以化学方式抛光镁基金属的表面；浸没步骤(immersing st印)，将已经受磨光步骤的镁基金属浸没到PH 11或更高的强碱性电解质溶液中；以及阳极氧化处理步骤，通过向强碱性电解质溶液中的镁基金属施加电流密度为0. 01 A/dm2到ΙΑ/dm2的电流而在镁基金属的表面上形成透明的阳极氧化膜。在阳极氧化处理步骤中，电流优选具有0. ΟΙΑ/dm2到ΙΑ/dm2的电流密度。如果电流密度超过lA/dm2，那么可能在镁基金属的表面上生成不规则的氧化膜，且此不规则的氧化膜会导致难以实现其金属纹理。同样，如果电流密度小于0. ΟΙΑ/dm2，那么难以形成透明的阳极氧化膜。更优选地，电流密度为0. 2A/dm2到0. 7A/dm2。此时，阳极氧化处理工艺执行约3分钟。另外，在阳极氧化处理步骤中，电压优选地限于IOV或IOV以下。在磨光步骤中，化学抛光剂优选地包括硫酸、硝酸、氮化钠和柠檬酸钠。所述电解质溶液优选包含100到300重量份的氢氧化钾、0. 5到50重量份的 KF(氟化钾)、5到50重量份的NaSiO4,和0. 1到0. 5重量份的Al，且所述电解质溶液优选维持在20°C到70°C的温度下。在阳极氧化处理步骤后获得的氧化膜是透明的，以实现镁合金的金属纹理，所述金属纹理产生氧化膜的子结构。此处，如果将颜料浸没到氧化膜中，则镁基金属便可能看起来如同具有金属纹理的镁基金属表面被上色一样。所述颜料可为选自由以下各者组成的群组中的至少一者醋酸钴(cobalt acetate)、高锰酸钾 (potassium permanganate)、硫化铵(ammonium sulfide)、硫酸铁(ferricsulfate)、铁氰化钟(potassium ferricyanide)、硫酸H (nickelsulfate)、硫酸f同(copper sulfate)禾口 SilStIM (stannous sulfate)。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法至少具有下列优点及有益效果根据本发明，有可能将镁基金属的表面改变成另一表面，所述另一表面适合于使用较廉价且安全的化学抛光剂通过化学抛光工艺进行阳极氧化。另外，通过使用不含有重金属的环保电解质溶液对所得表面最佳地执行阳极氧化处理工艺，有可能制得表面上具有透明阳极氧化膜的高级镁基金属产品，借此实现镁合金的金属纹理。综上所述，本发明是有关于一种用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，此方法包含磨光步骤，通过使用含有氮化钠和柠檬酸钠的化学抛光剂以化学方式抛光镁基金属的表面；浸没步骤，将已经受磨光步骤的镁基金属浸没到PH 11或更高的强碱性电解质溶液中；以及阳极氧化处理步骤，通过向强碱性电解质溶液中的镁基金属施加电流密度为0. 01 A/dm2到ΙΑ/dm2的电流而在镁基金属的表面上形成透明阳极氧化膜。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是说明用于处理镁基金属的表面的常规方法的流程图。图2A-图2B是说明根据本发明的用于处理镁基金属的表面的方法的流程图。图3是展示本发明中所采用的镁基金属的表面处理设备的示意图。图4是用光学显微镜取得的展示在化学抛光和表面调整(或，碱脱脂)之后上面形成有透明阳极氧化膜的镁基金属表面的照片。图5是用光学显微镜取得的展示上面未形成有阳极氧化膜的镁基金属表面的照片，以供与图4的照片进行金属纹理的比较。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法其具体实施方式
、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。图1是说明用于处理镁基金属的表面的常规方法的流程图，而图2A-图2B是说明根据本发明的实施例的用于处理镁基金属的表面的方法的流程图。如图2A-图2B中所展示，根据本实施例的表面处理方法包含磨光步骤21、脱脂或表面调整步骤22、阳极氧化处理步骤23，和水洗步骤M。磨光步骤21使用化学抛光方案。在执行了磨光步骤21和脱脂或表面调整步骤22 后，将镁基金属浸没在强碱性电解质溶液中以进行阳极氧化处理，且接着使镁基金属在电解质溶液中经受阳极氧化处理步骤23。上面通过阳极氧化处理步骤而形成有透明阳极氧化膜的镁基金属产品接着经受任何后处理步骤，包含水洗步骤对。在下文中，仅更详细地解释上述步骤中的磨光步骤21和阳极氧化处理步骤23。磨光步骤制备含有100g/L的硫酸、15g/L的硝酸、130g/L的氮化钠和150g/L的柠檬酸钠的化学抛光剂。将镁合金浸没在室温下制备的化学抛光剂中，持续5秒到30秒以用化学方式抛光镁合金的表面。化学抛光剂的组份比不限于上文描述，且已发现在化学抛光剂的组份比在以下范围内时抛光工艺较为优良50到500重量份的硫酸、10到100重量份的硝酸、 100到300重量份的氮化钠，和100到300重量份的柠檬酸钠。在化学抛光工艺后，使用光学显微镜来观测及/或检查镁合金的金属纹理，且也发现在表面中产生许多个孔。这些孔有助于增强与透明阳极氧化膜的粘附力(adhesive force),所述透明阳极氧化膜将由其以下的阳极氧化处理步骤形成。在磨光步骤之前，可进行碱脱脂步骤。在碱脱脂步骤中，将尚未经受磨光步骤的镁合金浸没在80°C的脱脂溶液中持续约5分钟，所述脱脂溶液是通过将氢氧化钠和碳酸钠按 71的比率放入蒸馏水中而获得的。在磨光步骤之后，可进行表面调整步骤。在表面调整步骤中，将已经受磨光步骤的镁合金浸没在表面调整溶液(surface adjusting solution)中持续约15秒，所述表面调整溶液含有100g/L的铬酸、20g/L的氮化铁和lg/L的氟酸。此时，需要在表面调整步骤中伴随着搅拌。阳极氧化处理步骤在强碱性电解质溶液中进行阳极氧化处理步骤。能够对涂层特征产生影响的工艺条件为电解质溶液的组成、电流密度、温度、工作时间等。在这些工艺条件中，电解质溶液的组成和电流密度最重要。本实施例中所采用的强碱性电解质溶液应包括每1公升总溶液 50g到300g的氢氧化钾，以便确保pH 11或更高的强碱性。由于氢氧化钾并非重金属，因此可为环保的。更详细来说，本实施例中将使用的电解质溶液包含每1公升总溶液IOOg到 300g 的氢氧化钾、0. 5 到 50g/L 的 KF,5 到 50g/L 的 NaSiO4,和 0. 1 到 0. 5g/L 的 Al。如果将镁或镁合金浸没在如上文所述而制备的pH 11或更高的强碱性电解质溶液中，那么在10V或更低的电压下将良好地形成氧化膜。同时，如果将颜料添加到电解质溶液中，那么可获得各种纹理效果。所将添加的颜料可依据所要颜色而改变。在本发明中，如果添加醋酸钴、高锰酸钾、硫化铵、硫酸铁、铁氰化钾、硫酸镍、硫酸铜和硫酸锡中的至少一者，那么可给予氧化膜各种颜色，例如红色、橙色、黄色、蓝绿色、蓝色和黑色。另外，如果进行此阳极氧化处理工艺以便实现金属纹理，那么可从根本上避免与工作环境有关的可能在单独上漆过程中出现的任何可能问题。如图3中所展示，在将镁或镁合金3和阴极衬底4浸没在电解槽(electrolytic bath) 1中所容纳的电解质溶液2中后，将整流后的电源(rect ified power supply)5的阳极连接到镁合金3，且将整流后的电源5的阴极连接到阴极衬底4，使得在其间施加电压，借此允许形成透明的阳极氧化膜。此时，将电流密度调整到0. ΟΙΑ/dm2到lA/dm2，更优选为0. 2A/dm2到0. 7A/dm2，且将电压限于IOV或IOV以下。因此，在镁或镁合金3的表面上形成均勻且致密的膜。使电解质溶液维持在20°C到70°C的温度下。在本实施例中，仅在需要调整镁基金属的表面时，才执行表面调整。换句话说，一般为了在进行磨光工艺后调整镁基金属的表面才执行表面调整。然而，应依据表面处理所需的性能或待处理的表面的污染程度，来适当地执行表面调整。图4是展示根据本发明的实施例的上面通过阳极氧化处理而形成阳极氧化膜的镁合金表面中的细组织的照片，且图5是展示在进行表面处理之前镁合金自身的表面中的细组织的照片。比较图4与图5，尽管在图4中所展示的表面上形成阳极氧化膜，但图4中所展示的表面展现出与图5中所展示的上面未形成阳极氧化膜的镁合金表面相同的金属纹理。仅两根线之间的宽度更窄而已。这是因为光的折射归因于透明阳极氧化膜的形成而改变。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，其特征在于其包括以下步骤磨光步骤，以化学方式抛光所述镁基金属的所述表面；浸没步骤，将已经受所述磨光步骤的所述镁基金属浸没到PH 11或更高的强碱性电解质溶液中；以及阳极氧化处理步骤，通过向所述强碱性电解质溶液中的所述镁基金属施加电流密度为 0. 01 A/dm2到ΙΑ/dm2的电流而在所述镁基金属的所述表面上形成透明阳极氧化膜。
2.根据权利要求1所述的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，其特征在于，在所述磨光步骤中，用含有氮化钠和柠檬酸钠的化学抛光剂以化学方式抛光所述镁基金属的所述表面。
3.根据权利要求1所述的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，其特征在于，在所述阳极氧化处理步骤中，将电压限于IOV或IOV以下。
4.根据权利要求1所述的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，其特征在于，在所述阳极氧化处理步骤中，所述电解质溶液包含100到300重量份的氢氧化钾、0. 5 到50重量份的KF、5到50重量份的NaSiO4,和0. 1到0. 5重量份的Al，且将所述电解质溶液维持在20°C到70°C的温度下。
5.根据权利要求1所述的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，其特征在于，在所述阳极氧化处理步骤中，将以下至少一者添加到所述电解质溶液中醋酸钴、高锰酸钾、硫化铵、硫酸铁、铁氰化钾、硫酸镍、硫酸铜和硫酸锡。
6.根据权利要求2所述的用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，其特征在于，在所述磨光步骤中，所述化学抛光剂包括硫酸、硝酸、氮化钠和柠檬酸钠。
全文摘要
本发明是有关于一种用于处理镁基金属的表面以给予其金属纹理的方法，此方法包含磨光步骤，通过使用含有氮化钠和柠檬酸钠的化学抛光剂以化学方式抛光镁基金属的表面；浸没步骤，将已经受磨光步骤的镁基金属浸没到pH 11或更高的强碱性电解质溶液中；以及阳极氧化处理步骤，通过向强碱性电解质溶液中的镁基金属施加电流密度为0.01A/dm2到1A/dm2的电流而在镁基金属的表面上形成透明阳极氧化膜。
文档编号C25D11/30GK102277611SQ201010234808
公开日2011年12月14日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年6月9日
发明者李坰纹, 都寿荣, 金锺富 申请人:株式会社Nuc电子