专利名称：乙二醇型冷却系统用镁合金稀土转化膜的制备方法
技术领域：
本发明属于镁合金表面处理技术，具体涉及一种乙二醇型冷却系统用镁合金表面
稀土转化膜的制备方法。
背景技术：
汽车轻量化是降低油耗和减少排放的最有效措施之一，镁合金被公认为是当今最 有前途的汽车轻量化材料。在汽车冷却系统中采用镁合金具有很好的减重潜力和应用前 景，但必须面对冷却液对镁合金的腐蚀问题。冷却液是发动机冷却系统中的不可或缺的传 热介质，目前商业冷却液基本上都是乙二醇-水体系。发动机系统中常用的几种材料如钢、 铝合金、铜等在普通商用冷却液中都基本能满足相应的寿命标准。 然而，镁合金的标准电极电位低，化学和电化学活性高，在冷却液中耐腐蚀性能非 常差，已成为制约其在冷却系统中应用的重要瓶颈。例如，国外汽车公司制造的镁合金发动 机，没有进行镁合金在冷却液中的腐蚀性能的测试和防护，直接对镁合金发动机进行动力 学模拟，数月试验结果表明，镁合金冷却系统被严重腐蚀[宋光铃.镁合金腐蚀与防护.北 京化学工业出版社，2006]。对冷却液中镁合金缓蚀剂的研究表明[刘元刚.汽车发动机 冷却液中镁合金缓蚀剂的研究.腐蚀科学与防护技术，2005，17(2) :8]，对镁合金在冷却液 中具有明显效果的特殊缓蚀剂很大程度上会对系统中的其他金属产生严重的腐蚀。因此对 其进行表面处理是防止镁合金在冷却系统中腐蚀最有效的途径。 由于发动机缸体冷却系统主要为循环冷却管道，其特殊的形状和环境限制了微弧 氧化、气相沉积、激光处理、喷涂处理等表面处理技术的应用，而化学转化膜处理方法可以 克服以上技术不足。现有镁合金转化膜工艺成熟的是铬酸盐转化膜、磷酸盐和稀土转化膜 等。专利公开号为CN1880503A制备的铬酸盐转化膜性能优异，但对环境污染严重。公开号 为CN1236104C制备的磷酸盐复合膜膜层不致密，需作封孔处理，且配方溶液成分复杂。然 而，目前还很少公开有适用于发动机冷却系统用镁合金的表面稀土转化膜处理工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁合金表面环保型稀土转化膜的制备方法，制备的转 化膜膜层均匀致密，在乙二醇-水冷却液系统中具有优异的耐腐蚀性能，可以解决发动机 冷却系统用镁合金在冷却液中严重腐蚀的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的 —种乙二醇型冷却系统用镁合金稀土转化膜的制备方法，其特征在于该方法依次 包括以下步骤 A、预处理及活化采用机械打磨以及洗涤剂去除清洗镁合金表面氧化膜及污物， 然后用蒸馏水冲洗干净后放入醋酸或草酸溶液中进行活化处理。 B、化学转化膜制备将活化后的镁合金置于浓度为15 25g/L的硼酸铵和10 20g/L的硫酸铈复合溶液中，温度控制为80 IO(TC，处理时间为15 20分钟，然后取出放入浓度为3. 5 5wt%的氟化铵溶液中浸泡15 20分钟，取出清洗烘干后能够在镁合金 表面生成一层白色稀土转化膜。通过本发明制备的镁合金稀土转化膜膜层厚度在3 4ym。
本发明制备的稀土转化膜的性能评价方法如下 表面形貌与成分用JSM-5600LV型扫描电子显微镜和JSM-6701F冷场发射型扫描 电镜观察转化膜的表面微观形貌，测试结果转化膜表面与镁合金基体结合紧密，膜层致密 均匀，转化膜颗粒粒径在60 150nm。采用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪测试稀土 转化膜的晶体结构和成分，膜层主要为铈的氧化物和镁的氧化物及其氢氧化物，这些颗粒 细小的复合氧化膜为镁合金提供了更好的腐蚀保护。 耐腐蚀性能利用动电位极化测试的方法评价其耐蚀性能，采用标准三电极体系， 样品为工作电极，铂丝为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在浓度为70Vol. %的乙二 醇-水模拟发动机冷却液中测试。结果与纯镁合金相比，本发明工艺制备的稀土转化膜腐 蚀电位提高了 400 600mV，腐蚀电流密度降低了近2个数量级。
采用本发明具有以下优点 1、制备转化膜处理液成分简单，且不含传统化学转化工艺中所用的六价铬化合 物，为无铬环保的稀土转化膜。 2、稀土转化膜厚度均匀、表面致密性好、与基体结合良好，在乙二醇-水冷却液中 具有优异的耐腐蚀性能，可以解决发动机冷却系统用镁合金在冷却液中严重腐蚀的问题。
具体实施方式
实施例l 处理样品为压铸AZ91D镁合金，大小分别为100mmX100mmX2mm的片状平面工件， 其具体操作步骤为 1、样品预处理及活化机械打磨样品表面至其粗糙度Ra " 0. 18iim，采用普通洗 涤剂对打磨后样品表面进行清洗去掉油污，用蒸馏水冲洗，然后放入浓度为3 5%的醋酸 溶液中活化l 2分钟。 2、化学转化膜制备将活化后的镁合金置于浓度为25g/L的硼酸铵和12g/L的硫 酸铈复合溶液中，温度控制为8(TC，处理时间为20分钟，然后放入浓度为3. 5wt^的氟化铵 溶液中浸泡20分钟，取出冲洗表面一层黑色反应残余物后，即可在镁合金表面获得一层均 匀致密，色泽白亮的稀土转化膜。用JSM-5600LV型扫描电子显微镜和JSM-6701F冷场发射型扫描电镜观察转化膜 的表面微观形貌，测试结果转化膜表面与镁合金基体结合紧密，膜层致密均匀，转化膜颗 粒粒径在60 150nm。电位极化测试结果腐蚀电位结果与纯镁合金相比，腐蚀电位提高了 近600mV，腐蚀电流密度降低了近2个数量级。
实施例2 处理样品为压铸AZ91D镁合金，大小分别为100mmX100mmX2mm的片状平面工件， 其具体操作步骤为 1、样品预处理及活化机械打磨样品表面至其粗糙度Ra " 0. 18 ii m，采用普通洗 涤剂对打磨后样品表面进行清洗去掉油污，用蒸馏水冲洗，然后放入浓度为3 5%的醋酸
4溶液中活化l 2分钟。 2、化学转化膜制备将活化后的镁合金置于浓度为15g/L的硼酸铵和15g/L的硫 酸铈复合溶液中，温度控制为IO(TC，处理时间为30分钟，然后放入浓度为4wt^的氟化铵 溶液中浸泡15分钟，取出冲洗表面一层黑色反应残余物后，即可在镁合金表面获得一层均 匀致密，色泽白亮的稀土转化膜。 用JSM-5600LV型扫描电子显微镜和JSM-6701F冷场发射型扫描电镜观察转化膜 的表面微观形貌，转化膜表面与镁合金基体结合紧密，膜层致密均匀，转化膜颗粒粒径在 60 150nm。电位极化测试结果腐蚀电位结果与纯镁合金相比，腐蚀电位提高了 400mV左
右，腐蚀电流密度降低了 1个多数量级。
实施例3 处理样品为压铸AZ91D镁合金为长400mm直径为2mm的管状工件(内管壁处理)， 其具体操作步骤为 1、样品预处理及活化机械打磨样品表面至其粗糙度Ra " 0. 18iim，采用普通洗 涤剂对打磨后样品表面进行清洗去掉油污，用蒸馏水冲洗，然后放入浓度为3 5%的醋酸 溶液中活化l 2分钟。 2、化学转化膜制备将活化后的镁合金置于浓度为20g/L的硼酸铵和10g/L的硫 酸铈复合溶液中，温度控制为8(TC，处理时间为15分钟，然后放入浓度为4wt^的氟化铵溶 液中浸泡20分钟，取出冲洗表面一层黑色反应残余物后，即可在镁合金表面获得一层均匀 致密，色泽白亮的稀土转化膜。 用JSM-5600LV型扫描电子显微镜和JSM-6701F冷场发射型扫描电镜观察转化 膜的表面微观形貌，转化膜表面与镁合金基体结合校紧密，膜层致密，转化膜颗粒粒径在 60 150nm。电位极化测试结果腐蚀电位结果与纯镁合金相比，腐蚀电位提高了 500mV左 右，腐蚀电流密度降低了 1个多数量级。
权利要求
一种乙二醇型冷却系统用镁合金稀土转化膜的制备方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤A、预处理及活化采用机械打磨以及洗涤剂去除清洗镁合金表面氧化膜及污物，然后用蒸馏水冲洗干净后放入醋酸或草酸溶液中进行活化处理；B、化学转化膜制备将活化后的镁合金置于浓度为15～25g/L的硼酸铵和10～20g/L的硫酸铈复合溶液中，温度控制为80～100℃，处理时间为15～20分钟，然后取出放入浓度为3.5～5wt％的氟化铵溶液中浸泡15～20分钟，取出清洗烘干后能够在镁合金表面生成一层白色稀土转化膜。
全文摘要
本发明公开了一种乙二醇型冷却系统用镁合金稀土转化膜的制备方法。本发明包括预处理及活化、化学转化膜步骤。制备的稀土转化膜厚度均匀、表面致密性好，在乙二醇-水冷却液中具有优异的耐腐蚀性能，可以解决发动机冷却系统用镁合金在冷却液中严重腐蚀的问题。
文档编号C23C22/05GK101748396SQ200810183390
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者周添红, 王立平, 薛群基, 雷自强 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所