专利名称：一种镁合金表面着色方法
技术领域：
本发明涉及一种不使用化学药剂的镁合金表面着色方法，属于镁合金表面处理技
术领域。
背景技术：
镁是金属结构材料中最轻的一种。纯镁的力学性能很差，但其与铝、锌、锆及稀土 元素等构成镁合金后强度获得巨大地提高。镁合金是最轻的金属结构材料之一，其密度只 有1. 3 1. 9g/cm3，大约是金属铝的2/3，铁的1/4。由于镁合金具有比强度高、比刚度高， 减震性、导电性、导热性好，电磁屏蔽性和尺寸稳定性好，切削加工性能和抛光性能优异，易 回收等优点，因此以质轻和综合性能优良而被称为21世纪最有发展潜力的绿色材料。镁合 金在航空航天，汽车制造和电子通讯等各个领域中得到了广泛的应用。但是，镁的化学稳定 性低，电极电位很负(_2. 34V)，耐蚀性较差。镁合金在大多数介质中都不稳定，不耐蚀，因此 必须进行表面处理才能适应耐蚀耐磨的需求。其次，对于外观极其讲究的电子产品外壳则 更需要进行合适的表面着色工艺处理，以适应市场的需要。 现阶段，使用于镁合金的表面处理方法主要有化学转化法、阳极氧化法、电镀与化 学镀、液相沉积与溶胶凝胶法、激光熔覆合金涂层法等。这些方法都只是在镁合金表面形成 一层保护膜层，无法同时实现着色。对于镁合金表面所希望赋予的各种色彩，还需要通过使 用类似于汽车涂装的工艺手段在镁合金表面形成着色涂层。这种常规的技术手段通常需要 多道工序，工艺过程复杂，较难控制，费用很高。另外，现有的工艺过程需要消耗大量的能 源，而且还可能产生大量的对环境有害的废液，废液的无害化处理也是一个严峻的课题。近 年来，省能源、省资源的新材料和新工艺的开发已经成为建设可持续性发展社会的一个重 要方向。所以，镁合金着色的工艺简化，废液无害化以及处理费用低廉化是相关行业非常关 心的一个研究领域。本发明主要利用镁合金不耐蚀这个通常认为的镁合金不足之处，在高 热水分子的作用下，在合金表面直接形成纳米尺寸的微细构造。这种微细结构对光具有折 射、反射作用，从而赋予镁合金表面不同的结构色。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单的不使用化学药剂的镁合金表面着色方法，要 解决的技术问题是在含有铝、锌等元素的镁合金表面形成氧化物和氢氧化物表面保护层的 同时赋予其所需要的色彩，从而达到降低表面处理成本，同时减轻环境负荷的目的。
本发明采用以下技术方案 —种镁合金表面着色方法，所采用的着色工艺步骤如下 (1)实施前处理工艺，包括对镁合金板材表面进行必要的打磨处理、脱脂洗净、酸 洗、碱洗及活化的过程； (2)把前处理后的镁合金板材放入带有特氟龙内胆的水热反应釜内，并注入纯水 直至镁合金板材全部没入水线以下，密闭水热反应釜；
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(3)把水热反应釜放入升温至100-200°C的烘箱内，连续反应2小时到10小时；
(4)取出水热反应釜，用冷水急冷降温，打开反应釜，取出镁合金板材，放入无水乙 醇内，用超声清洗，取出吹干，镁合金表面具有表面着色特征。 所述的镁合金板材中的主要元素是镁，另外还含有铝、锌等元素，如 AZ31B(Mg-3. 19 % Al-0. 81 % Zn_0. 334 % Mn)镁合金板材、AZ61(Mg-6. 11 % Al-1. 09 % Zn-0. 23% Mn)镁合金板材或者AZ91D (Mg_8. 96% Al-0. 68% Zn_0. 55% Mn)镁合金板材。 AZ31B、AZ61、AZ91D合金中的百分比为重量百分比。 本发明中实施前表面清洁处理非常重要，它对于表面形成均匀的微细构造有直接 的影响。而微细构造的均匀程度又直接关系到表面着色的均匀性。高温纯水与镁合金发生 反应，在合金表面形成长约200 2500纳米，厚度为50 500纳米的构造图案。随着纯水 温度的高低和反应时间长短的调整，镁合金表面的微细构造的厚度也随之发生变化，从而 导致合金表面显示的色彩发生变化。本表面处理工艺形成的微细结构是由镁与水反应生成 的氧化镁和氢氧化镁组成。通过调整反应温度和反应时间，可以分别获得紫红色、绿色、黄 色和橙色等色彩。这种色彩是空气与表面微细构造膜界面处的反射光和构造膜与镁合金界 面处的反射光的干涉效果。因为光干涉的原因，所以从不同的角度来观察，可以发现表面微 细构造膜的色彩是不同的，这也是光干涉的一个重要特征。 在本发明中，镁合金表面的镁与水反应生成的氧化镁和氢氧化镁微细结构是引起 镁合金表面着色的主要原因，所以本发明适用于不同化学元素组成的多种镁合金。
本发明的工艺步骤比较简单，工艺参数的调整和控制也相当便利，所以试验结果 的可重复性非常好。与现在通常使用的镁合金表面着色工艺相比，本发明中镁合金不需要 专门的表面防腐处理设备及表面着色喷涂和干燥设备，从而大幅度降低设备投资费用。本 发明由于不使用表面处理用铬酸盐、磷酸盐和高锰酸盐等化学药剂，所以不需要投资建设 相应的废液无害化处理设施。与现在通常使用的镁合金表面着色工艺相比，本发明实施所 需要的设备投资至少可以降低50%以上。本发明所使用设备简单，对材料要求不苛刻，适合 于低成本的镁合金表面着色的工业化应用。
图1为用反射分光法测得的紫外_可见光反射率图谱。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。但本发明不仅仅限定于实施例。
实施例l 使用辽宁营口银河镁合金有限公司的AZ31B镁合金板材作为表面着色处理的基 板。具体工艺步骤如下 (1)实施前处理工艺，包括对镁合金板材表面进行必要的打磨处理、脱脂洗净、酸 洗、碱洗及活化的过程； (2)把脱脂洗净后的镁合金板材放入带有特氟龙内胆的水热反应釜内，并注入纯
水直至镁合金板材全部没入水线以下，密闭水热反应釜； (3)把水热反应釜放入升温至120°C的烘箱内，连续反应2. 5小时；
(4)取出水热反应釜，用冷水急冷降温，打开反应釜，取出镁合金板材，放入无水乙
醇内，用超声清洗，取出吹干，镁合金表面显示金属光泽的淡绿干涉色。
实施例2 所使用的镁合金板材和前处理工艺同实施例1。水热反应釜放入升温至12(TC的烘箱内，连续反应3. 5小时。取出水热反应釜，用冷水急冷降温，打开反应釜，取出镁合金板材，放入无水乙醇内，用超声清洗，取出吹干，镁合金表面显示金属光泽的紫红干涉色。图1是用反射分光法测得的紫外-可见光反射率图谱。该分光谱表明400纳米附近的峰位是造成紫红干涉色中紫色的主要原因。
实施例3 所使用的镁合金板材和前处理工艺同实施例1。水热反应釜放入升温至14(TC的烘箱内，连续反应9小时。取出水热反应釜，用冷水急冷降温，打开反应釜，取出镁合金板材，放入无水乙醇内，用超声清洗，取出吹干，镁合金表面显示金属光泽的黄干涉色。
实施例4 所使用的镁合金板材为AZ61，前处理工艺同实施例1。水热反应釜放入升温至150°C的烘箱内，连续反应10小时。取出水热反应釜，用冷水急冷降温，打开反应釜，取出镁合金板材，放入无水乙醇内，用超声清洗，取出吹干，镁合金表面显示金属光泽的黑干涉色。
实施例5 所使用的镁合金板材为AZ91D，前处理工艺同实施例1。水热反应釜放入升温至14(TC的烘箱内，连续反应7. 5小时。取出水热反应釜，用冷水急冷降温，打开反应釜，取出镁合金板材，放入无水乙醇内，用超声清洗，取出吹干，镁合金表面显示金属光泽的淡黄色干涉色。 与现有的方法相比，本方法完全不使用化学药剂，成本低，没有废液处理问题，不对环境造成危害，而且工艺简单、易于通过对温度和反应时间的控制和调节来达到镁合金表面多种色彩着色的目的。本方法可以用于镁合金板材的表面着色工艺。
权利要求
一种镁合金表面着色方法，其特征在于该方法的工艺步骤如下1)将镁合金板材表面进行打磨处理、脱脂洗净、酸洗、碱洗和活化；2)然后，将镁合金板材放入带有特氟龙内胆的水热反应釜内，并注入纯水直至镁合金板材全部没入水线以下，密闭水热反应釜；3)将水热反应釜放入升温至100～200℃的烘箱内，连续反应2～10小时；4)取出水热反应釜，用冷水急冷降温，打开反应釜，取出镁合金板材，放入无水乙醇内，用超声清洗，取出吹干，即可得到表面着色的镁合金板材。
2. 按权利要求l所述的镁合金表面着色方法，其特征在于所述的镁合金板材为AZ31B 镁合金板材、AZ61镁合金板材或者AZ91D镁合金板材。
全文摘要
本发明公开了一种镁合金表面着色方法。要解决的技术问题是在不使用化学药剂的前提下，在镁合金的表面实现着色，降低产品的加工成本和废液处理的费用，从而减轻环境负荷。主要采用以下工艺把实施前处理工艺，包括对镁合金板材表面进行必要的打磨处理、脱脂洗净、酸洗、碱洗及活化过程后的镁合金板材放入装有纯水的水热反应釜中，在室温-250℃温度可调的烘箱中加热反应釜，通过调整反应温度(100-200℃范围内)和反应时间(2-10小时范围内)，在镁合金表面实现了不同颜色的着色。与现有的方法相比，本方法工艺简单、易于控制和操作，而且完全不使用化学药剂，没有废液处理问题，不对环境造成危害。本方法可以用于镁合金板材的表面着色工艺。
文档编号C23C22/00GK101787523SQ20101012679
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者陈益钢 申请人:上海大学