一种镁合金化学氧化液的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于镁合金表面处理技术领域，涉及一种对镁合金表面进行氧化处理的化学氧化液。
【背景技术】
[0002]镁合金是继钢铁、铝合金之后的第三大金属工程材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”，由于其比强度高、抗冲击性能好、吸取振动和传热散热性能好，可以加工和焊接且尺寸稳定，并具有电磁屏蔽和回收再生等特点，可满足航空航天、汽车及电子产品轻量化和环保的要求，成为欧美国家应用增长最快的材料之一。但由于镁的化学活泼性很大，其自然氧化膜不具保护性，特别是在潮湿空气、含硫气氛和海洋大气中易发生严重腐蚀，因而大大限制了它的应用。
[0003]随着镁合金应用市场的开发，作为一种新兴结构材料，镁合金的腐蚀与防护问题越来越受到人们的重视。解决镁合金的腐蚀防护问题一般从控制杂质含量、制备高纯合金、表面改性等几个方面入手。化学氧化处理是镁合金表面处理中最简单和廉价的方法之一。镁合金经过化学氧化处理后，可以在基体表面形成由氧化物或金属盐构成的钝化膜。这层膜与基体有良好的结合力，阻止腐蚀介质对基体的腐蚀。经化学氧化处理获得的膜层比较致密，耐蚀性、耐磨性和耐污性比较好，同时膜层也可以提高与有机涂层的附着力，常被用作涂层的底层。
[0004]镁合金化学氧化处理方法中，铬酸盐氧化处理是应用比较广泛的一种，所获得的氧化膜层有自修复功能，耐蚀性最佳，并且适合于任何类型的镁合金材质。但是传统铬酸盐氧化工艺中的铬酸盐含量较高，常常在90?150g/L范围内，且操作温度一般在80?90°C之间，钝化时间大约为3?5min，不但操作温度较高，而且氧化时间较长。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种镁合金化学氧化液，以解决现有化学氧化液中六价铬离子含量较高，操作温度较高，氧化时间较长，生产效率过低，氧化膜耐蚀性较差的问题。
[0006]本发明所提供的镁合金化学氧化液中，每100重量份氧化液中含有0.012?0.039重量份混合稀土，0.349?0.98重量份重铬酸钾，0.012?0.039重量份氟化铵，0.058?0.196重量份柠檬酸，0.012?0.039重量份硼酸，0.093?0.235重量份硫酸铝钾，0.058?0.157重量份醋酸，以及余量的水。
[0007]其中，所述的混合稀土英文名称Misch Metal，CAS号62379-61-7。
[0008]本发明还提供了一种制备所述镁合金化学氧化液的方法，具体是将所述重量份的重铬酸钾、硫酸铝钾、氟化铵和醋酸溶解在部分水中得到溶液A ;将所述重量份的柠檬酸、硼酸、混合稀土溶解在部分水中得到溶液B ;将所述溶液A与溶液B混合后，再加入余量的水，搅拌均匀得到镁合金化学氧化液。
[0009]本发明制备得到的镁合金化学氧化液的pH值为2.0?2.5。
[0010]使用本发明镁合金化学氧化液对镁合金进行表面氧化处理的具体工艺是将待处理的镁合金浸入到温度为40?50°C的化学氧化液中钝化2?3min，取出洗净后以60?800C的温度烘干。处理过程中应保持化学氧化液的pH值为2.0?2.5，可以采用氢氧化钠或硝酸调节化学氧化液的pH值。
[0011]对经本发明镁合金化学氧化液表面氧化处理后的镁合金试样进行中性盐雾试验，均通过了 48小时，表现出良好的耐蚀性。并且经过静电喷涂后，涂层也具有良好的附着力。
[0012]本发明提供了一种低浓度、高耐蚀、高附着力的镁合金化学氧化液以及化学氧化工艺，结合铬酸盐氧化工艺的优点，将稀土元素添加到镁合金化学氧化液中，利用稀土元素对化学氧化膜性能的显著作用，不但提高了成膜效率、膜层耐蚀性及溶液稳定性，而且可以实现低温下快速成膜，钝化时间较短，提高了产品质量和生产效率、降低了能耗、改善了工作环境。进而，本发明提供的化学氧化液含有较低浓度的铬离子，降低了环境污染和生产成本。经本发明化学氧化液处理后所获得的氧化膜不但耐蚀性较高，而且与有机涂层的附着力也比较强，因此可以安全广泛地应用于镁合金型材、镁合金铸件及镁合金制品等的表面处理中。
【具体实施方式】
[0013]实施例1
取重铬酸钾3.5g、硫酸铝钾0.95g、氟化铵0.12g、醋酸0.6g加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液A。取柠檬酸0.6g、硼酸0.12g、混合稀土 0.12g加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液B。将溶液A与溶液B混合，补水至1kg，搅拌混合均匀得到化学氧化液。
[0014]保持化学氧化液的pH值为2.0，温度为45°C，将除油和酸洗干净的镁合金试片浸入到化学氧化液中钝化180s，取出水洗，60°C下烘干，得到彩虹色的钝化膜层样品I。保持其它工艺条件不变，将钝化时间缩短为150s，得到相似的彩虹色氧化膜样品2。将以上两个样品分别做中性盐雾试验，样品I和样品2出现黑点的时间分别为49h和48.5h。
[0015]实施例2
取重铬酸钾5g、硫酸铝钾1.3g、氟化铵0.18g、醋酸0.85g加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液A。取柠檬酸0.9g、硼酸0.18g、混合稀土 0.18g加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液B。将溶液A与溶液B混合，补水至1kg，搅拌混合均匀得到化学氧化液。
[0016]保持化学氧化液的pH值为2.0，温度为45°C，将除油和酸洗干净的镁合金试片浸入到化学氧化液中钝化180s，取出水洗，60°C下烘干，得到彩虹色的钝化膜层样品3。保持其它工艺条件不变，将钝化时间缩短为150s，得到相似的彩虹色氧化膜样品4。将以上两个样品分别做中性盐雾试验，样品3和样品4出现黑点的时间分别为50.5h和49h。
[0017]实施例3
取重铬酸钾6.5g、硫酸铝钾1.65g、氟化铵0.24g、醋酸Ig加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液A。取柠檬酸1.2g、硼酸0.24g、混合稀土 0.24g加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液B。将溶液A与溶液B混合，补水至1kg，搅拌混合均匀得到化学氧化液。
[0018]保持化学氧化液的pH值为2.3，温度为45°C，将除油和酸洗干净的镁合金试片浸入到化学氧化液中钝化180s，取出水洗，60°C下烘干，得到彩虹色的钝化膜层样品5。保持其它工艺条件不变，将钝化时间缩短为150s，得到相似的彩虹色氧化膜样品6。将以上两个样品分别做中性盐雾试验，样品5和样品6出现黑点的时间分别为56h和53h。
[0019]实施例4
取重铬酸钾8g、硫酸铝钾2g、氟化铵0.3g、醋酸1.25g加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液A。取柠檬酸1.5g、硼酸0.3g、混合稀土 0.3g加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液B。将溶液A与溶液B混合，补水至1kg，搅拌混合均匀得到化学氧化液。
[0020]保持化学氧化液的pH值为2.3，温度为40°C，将除油和酸洗干净的镁合金试片浸入到化学氧化液中钝化180s，取出水洗，60°C下烘干，得到彩虹色的钝化膜层样品7。保持其它工艺条件不变，将钝化时间缩短为150s，得到相似的彩虹色氧化膜样品8。将以上两个样品分别做中性盐雾试验，样品7和样品8出现黑点的时间分别为53h和52h。
[0021]实施例5
取重铬酸钾9.5g、硫酸铝钾2.35g、氟化铵0.36g、醋酸1.5g加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液A。取柠檬酸1.88、硼酸0.368、混合稀土0.368加入10g水中，搅拌溶解均匀得到溶液B。将溶液A与溶液B混合，补水至1kg，搅拌混合均匀得到化学氧化液。
[0022]保持化学氧化液的pH值为2.0，温度为40°C，将除油和酸洗干净的镁合金试片浸入到化学氧化液中钝化180s，取出水洗，60°C下烘干，得到彩虹色的钝化膜层样品9。保持其它工艺条件不变，将钝化时间缩短为150s，得到相似的彩虹色氧化膜样品10。将以上两个样品分别做中性盐雾试验，样品9和样品10出现黑点的时间分别为52h和50h。
[0023]以上实施例显示，在本发明的化学氧化液中添加稀土元素后，大大降低了铬酸盐的浓度，并可在较短时间内得到彩虹色钝化膜，且提高了膜层的耐蚀性。可见本发明有助于提高镁合金的化学氧化水平，同时也有利于降低环境污染和能耗，不但具有较高的经济效益还有良好的社会效益。
【主权项】
1.一种镁合金化学氧化液，每100重量份氧化液中含有0.012?0.039重量份混合稀土，0.349?0.98重量份重铬酸钾，0.012?0.039重量份氟化铵，0.058?0.196重量份柠檬酸，0.012?0.039重量份硼酸，0.093?0.235重量份硫酸铝钾，0.058?0.157重量份醋酸，以及余量的水。
2.根据权利要求1所述的镁合金化学氧化液，其特征是所述镁合金化学氧化液的PH值为 2.0 ?2.5。
3.权利要求1所述镁合金化学氧化液的制备方法，是将所述重量份的重铬酸钾、硫酸铝钾、氟化铵和醋酸溶解在部分水中得到溶液A，将所述重量份的柠檬酸、硼酸、混合稀土溶解在部分水中得到溶液B，将所述溶液A与溶液B混合后，再加入余量的水，搅拌均匀得到镁合金化学氧化液。
4.利用权利要求1所述镁合金化学氧化液处理镁合金的方法，是将待处理的镁合金浸入到40?50°C的化学氧化液中钝化2?3min，取出洗净后60?80°C下烘干，且处理过程中保持化学氧化液的PH值为2.0?2.5。
【专利摘要】本发明公开了一种镁合金化学氧化液，每100重量份氧化液中含有0.012～0.039重量份混合稀土，0.349～0.98重量份重铬酸钾，0.012～0.039重量份氟化铵，0.058～0.196重量份柠檬酸，0.012～0.039重量份硼酸，0.093～0.235重量份硫酸铝钾，0.058～0.157重量份醋酸，以及余量的水，pH值2.0～2.5。经本发明化学氧化液钝化处理后镁合金试样中性盐雾试验大于48小时，具有良好的耐蚀性，且涂层具有良好的附着力。本发明化学氧化液铬酸盐浓度低，钝化时间短，成膜速度快，可广泛应用于镁合金型材、铸件及其他制品的表面处理。
【IPC分类】C23C22-37
【公开号】CN104611689
【申请号】CN201510009718
【发明人】刘晓芳, 高志强
【申请人】山西中医学院, 高志强
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月9日