专利名称：镁合金磷化方法及其化成溶液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镁合金磷化方法及其化成溶液。
背景技术：
镁合金轻材料因为比重低、强度高且适合回收使用而广泛应用于汽车及电器设备。但是 ，由于镁合金化学性质较为活泼，耐腐蚀性能较差，因此镁合金工件在使用前一般需要在其 表面形成抗腐蚀膜，该抗腐蚀膜需具有良好的耐盐雾性能、较高的附着力及较小的表面阻抗
现有技术中， 一般是通过磷化方法于镁合金工件表面形成一层磷化膜，以提高其抗腐蚀 性。 一种现有的镁合金磷化方法，包括化成的工艺步骤。化成的主要作用是形成磷化膜。然 而，现有的化成步骤形成的磷化膜经常过薄或过厚，致使磷化膜的耐盐雾性能较差或表面阻 抗偏大。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种形成的磷化膜具有良好的耐盐雾性能及较小的表面阻抗 的镁合金磷化方法及其化成溶液。
一种用于镁合金磷化工艺的化成溶液，其包括磷酸、尿素、硝酸、磷酸二氢锰及单宁酸 ，其中磷酸的浓度为2.89至8.67克/升，尿素的浓度为O. 3至l克/升，硝酸的浓度为O. 39至 1.56克/升，磷酸二氢锰的浓度为6至30克/升，单宁酸的浓度为0.2至0.6克/升。
一种镁合金磷化方法，该磷化方法依次包括脱脂、酸洗、碱洗及化成形成磷化膜的工艺 步骤。其中化成溶液包括磷酸、尿素、硝酸、磷酸二氢锰及单宁酸，其中磷酸的浓度为 2.89至8.67克/升，尿素的浓度为O. 3至l克/升，硝酸的浓度为O. 39至1. 56克/升，磷酸二氢 锰的浓度为6至30克/升，单宁酸的浓度为O. 2至0. 6克/升。
上述镁合金磷化方法中，通过控制化成溶液的组成，使得生成的磷化膜厚度适中且均匀 ，从而避免磷化膜较薄导致的耐盐雾性能较差及磷化膜较厚导致的表面阻抗偏大。
图l是本发明较佳实施方式的镁合金磷化方法的流程图。 图2镁合金磷化工艺流程及参数图。
图3磷化过程中脱脂、酸洗、碱洗及化成步骤的溶液配方。图4样品测试结果图。
具体实施例方式
下面将结合附图及实施例对本发明镁合金磷化方法做进一步详细说明。
请参见图l，所示为本发明较佳实施方式的镁合金磷化方法的流程图，其包括以下步骤
步骤IO，提供--镁合金工件；
步骤20，脱脂，用除油溶液去除该镁合金工件表面的油污；
步骤30，酸洗，用酸洗溶液去除该镁合金工件表面的氧化物与离型剂;步骤40，碱洗，用碱洗溶液去除该镁合金工件表面的黑灰；
步骤50，化成，用化成溶液在该镁合金表面形成磷化膜。
在步骤20中，脱脂时间可控制在4至8分钟，脱脂温度可控制在55至65。C。该除油溶液可 为氢氧化钠(NaOH)或磷酸钠(Na3P04)的水溶液。脱脂过程主要是用于去除该镁合金工件表面 的机油、切削油等有机油。可以理解，在该镁合金工件先经过喷砂等方式处理后，镁合金工 件表面没有油污，则该步骤20可省略。
在步骤30中，酸洗时间可控制在3至5分钟，酸洗温度可控制在35至45。C。本实施例中， 该酸洗溶液包括浓度为5至30克/升的柠檬酸(H00CCH2C (OH) (COOH) CH2C00H)(工业级)与浓 度可为l. 5至6克/升的无硅水溶性表面活性剂(工业级)。
柠檬酸可与镁合金工件表面的氧化物及压铸成型时喷涂的离型剂反应，以去除该氧化物 及离型剂。其中可除去的氧化物包括氧化镁(MgO)、氧化铝(Al203)以及氧化锌(ZnO)等；可 除去的离型剂包括高硅脂有机物((CH2、-CH(Si)n-COOR)，其中R为甲基等官能团。柠檬酸在 该酸洗溶液中可同时避免或减少在该镁合金工件表面形成黑灰物质(主要成分是铝、锌)。柠 檬酸在该酸洗溶液的浓度优选为8至15克/升。在酸洗步骤中，柠檬酸主要发生以下化学反应
MgO+2H+=Mg2++H20; A1203+6H+=2A13++3H20; ZnO+2H+=Zn2++H20; Mg+2H+=Mg2++H2;
(CH2) m-CH (Si) n-COOR+H+=R++ (CH2) m-CH (Si) n-COOH。
无硅水溶性表面活性剂用于使镁合金工件表面反应更加均匀，避免酸洗过程中镁合金工 件表面产生过度腐蚀现象。该无硅水溶性表面活性剂为低泡无硅水溶性非离子型表面活性剂
4，其亲水基主要是羟基。该无硅水溶性表面活性剂可为多元醇，例如聚乙二醇、甘油、季戊 四醇、蔗糖、葡萄糖与山梨醇等。为使反应更均匀及避免浪费，无硅水溶性表面活性剂在酸 洗溶液中的浓度优选为3至4克/升。
在步骤40中，碱洗的时间可为3至5分钟，碱洗的温度可为60至8(TC。该碱洗溶液中的碱 可为氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)。
碱洗用于与镁合金工件表面的黑灰物质(主要成分为铝与锌)反应，用以除去黑灰，使镁 合金基材暴露出来。若采用工业级的氢氧化钾，其在该碱洗溶液中的浓度可为60至180克/升 ;为使黑灰完全除去及避免后续磷化膜表面局部发黑及避免后续生成的磷化膜的表面阻抗偏 大，氢氧化钾在该碱洗溶液中的浓度优选为100至150克/升。氢氧化钾主要发生以下化学反 应
6K0H+2A1=2K3A103+3H2; 2K0H+Zn=K2Zn02+H2。
在步骤50中，化成的时间可为30至50秒，化成的温度可为35至45。C。化成形成于该镁合 金工件表面的磷化膜厚度可为5至30微米，该镁合金工件的表面阻抗可小于2欧姆。该化成溶 液包括2. 89至8. 67克/升的磷酸(H3P04)(工业级)、0. 3至l克/升的尿素(分析纯)、0. 39至 1. 56克/升的硝酸(丽03)(工业级)、6至30克/升的磷酸二氢锰(Mn(H2P04)2)(工业级)及O. 2至 0. 6克/升的单宁酸((]7必52046)(分析纯)。
磷酸的主要作用是提供形成磷化膜所需要的磷酸根离子及游离态的氢离子。为使形成的 磷化膜厚度适中(如形成5至30微米的厚度的磷化膜)，从而避免磷化膜较薄导致的耐盐雾性 能较差，或磷化膜较厚导致的表面阻抗偏大，磷酸的浓度优选为4.34至6.5克/升。
尿素的主要作用是使磷化液对镁合金工件具有一定的缓蚀作用，使生成的磷化膜更均匀 ，从而可避免耐盐雾性能较差与表面阻抗较大的区域产生。为起到更好的缓蚀效果，同时避 免形成磷化膜的速度过慢，尿素的浓度优选为O. 4至0. 6克/升。
硝酸的主要作用是提供游离态的氢离子，以调整化成溶液的PH值，使该化成溶液的PH值 在6.5至9.5之间，从而易于控制形成的磷化膜的反应速度，而生成厚度适中的磷化膜。硝酸 在该化成溶液中浓度优选为O. 62至0. 94克/升。
磷酸二氢锰的主要作用是提供锰离子、磷酸根离子及游离氢离子。为使磷化液中锰离子 的含量适中，从而可配合磷酸中的磷酸根离子生成厚度适中的磷化膜。磷酸二氢锰的浓度优 选为10至18克/升。
单宁酸的主要作用是增加磷化膜与后续形成于磷化膜上的涂层之间的附着力。单宁酸在该化成溶液中浓度优选为O. 4至0. 55克/升。
形成磷化膜的时间可为30秒至50秒。形成的磷化膜的主要成分为磷酸镁(Mg3(P04)2)、磷 酸锰(Mn3 (P04) 2)等复合磷酸盐，其中主要化学反应方程式如下
Mg+2H+=Mg2++H2;
3Mg2++2P043—=Mg3(P04)2;
3Mn2++2P043—=Mn3 (P04) 2。
复合磷酸盐其化学代表式可为(Mg2+) A (Mn2+) b (NO3—) c (Zn2+) D (P043—) e…。
可以理解，在步骤20、步骤30、步骤40及步骤50后还可分别进行水洗步骤，以及在步骤
50后还可还进一步对该镁合金工件进行烘烤处理，其中烘烤的时间为30至70分钟，烘烤的温
度为110至150。C。
为进一步对上述镁合金磷化方法进行说明，以下将以具体实施例说明。
提供三组(第一组、第二组与第三组)镁合金工件，该镁合金工件的材质均为AZ91D型镁 合金，采用如图2所示的工艺流程及参数，对该三组镁合金工件进行磷化处理；且在磷化处 理过程中，第一组、第二组与第三组镁合金工件在脱脂、酸洗、碱洗及化成工艺中所采用的 溶液相应的组分浓度分别如图3中的A组、B组、C组所在列所示。
磷化处理后的三组镁合金工件，各抽样检测三个样品，测试结果如图4所示。其中，盐 雾测试在盐雾箱中进行，使用5%的氯化钠溶液；表面阻抗测试使用微欧姆计与探针；附着力 是在镁合金工件表面涂装油漆层后，使用百格刀测试。
从图4中可以看出，三组样品的盐雾测试均超过8级，表面阻抗均小于2欧姆，附着力均 大于3B。可见，采用本发明的镁合金磷化方法处理的镁合金工件具有良好的耐盐雾性能、较 高的附着力及较小的表面阻抗。当该镁合金工件应用于便携式电子装置时，可确保该便携式 电子装置具有较强的电磁波屏蔽能力。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所 做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
权利要求1一种用于镁合金磷化工艺的化成溶液，其包括磷酸、尿素、硝酸、磷酸二氢锰及单宁酸，其中磷酸的浓度为2.89至8.67克/升，尿素的浓度为0.3至1克/升，硝酸的浓度为0.39至1.56克/升，磷酸二氢锰的浓度为6至30克/升，单宁酸的浓度为0.2至0.6克/升。
2.如权利要求l所述的用于镁合金磷化工艺的化成溶液，其特征在于 :该磷酸的浓度为4. 34至6. 5克/升。
3.如权利要求l所述的用于镁合金磷化工艺的化成溶液，其特征在于 :该尿素的浓度为0.4至0.6克/升。
4.如权利要求l所述的用于镁合金磷化工艺的化成溶液，其特征在于 :该硝酸的浓度为0.62至0.94克/升。
5.如权利要求l所述的用于镁合金磷化工艺的化成溶液，其特征在于 :该磷酸二氢锰的浓度为10至18克/升。
6.如权利要求l所述的用于镁合金磷化工艺的化成溶液，其特征在于 :该单宁酸的浓度为0.4至0.55克/升。
7.如权利要求l所述的用于镁合金磷化工艺的化成溶液，其特征在于 :该化成溶液的PH值在6. 5至9. 5之间。
8. 一种镁合金磷化方法，依次包括酸洗、碱洗及化成形成磷化膜的 工艺步骤，其中在化成步骤采用一化成溶液，该化成溶液包括磷酸、尿素、硝酸、磷酸二氢 锰及单宁酸，其中磷酸的浓度为2.89至8.67克/升，尿素的浓度为0.3至l克/升，硝酸的浓度 为O. 39至1.56克/升，磷酸二氢锰的浓度为6至30克/升，单宁酸的浓度为O. 2至0. 6克/升。
全文摘要
一种化成溶液，其包括磷酸、尿素、硝酸、磷酸二氢锰及单宁酸，其中磷酸的浓度为2.89至8.67克/升，尿素的浓度为0.3至1克/升，硝酸的浓度为0.39至1.56克/升，磷酸二氢锰的浓度为6至30克/升，单宁酸的浓度为0.2至0.6克/升。本发明还提供一种采用上述化成溶液的镁合金磷化方法，采用该方法形成的磷化膜具有良好的耐盐雾性能及较小的表面阻抗。
文档编号C23C22/05GK101463475SQ20071020324
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者勇 刘, 徐盛恩, 李飞翔, 召 金 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司