专利名称：镁合金表面蚀刻电解质溶液及其蚀刻方法
技术领域：
本发明属于金属加工及表面处理工艺，特别是涉及一种镁合金电化学蚀刻处理方法。
背景技术：
镁合金是目前应用中最轻的金属材料之一，具有高的比强度、比刚度，良好的生物相容性以及机械性能，因此在航天，医学，电子等领域得到越来越多的广泛应用。但是镁合金化学性质极为活泼，极易发生化学腐蚀，因此需要开发一种适用于镁合金加工的新工艺。目前对金属材料的微加工大致分为干法刻蚀和湿法刻蚀两大类干法刻蚀，包括等离子体刻蚀、电子束加工、激光束加工和气态反应性离子刻蚀等。湿法刻蚀，主要为化学刻蚀和电化学刻蚀。电化学刻蚀法具有设备简单，成本低，制备条件温和的优点，并且通过 配制新的电解质溶液和控制搅拌速度，很好的抑制横向刻蚀，保证垂直刻蚀，是一种具有良好应用前景的方法。文献中已有蚀刻镁，铝，钛等金属的研究，镁合金器械已在医学领域得到实际应用。镁合金较之于其他金属具有更多的物理、化学和生物性能，因而得到广泛研究应用，但是有关电化学蚀刻镁合金的研究较少，因此电化学蚀刻MgCaZn合金具有重要的研究和实际应用价值。对镁合金进行表面处理，在镁合金表面形成耐腐蚀层，隔断镁合金基体与腐蚀性环境的接触，是提高镁合金抗腐蚀性能的有效手段。为达到理想的抗腐蚀效果，耐蚀层必须均匀，无孔，具有自修复能力与基体附着力强的特点。目前对镁合金表面处理的研究很多，应用较为普遍的方法主要包括转化膜、有机涂层、阳极氧化、离子注入、电镀等方法。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种镁合金表面蚀刻电解质溶液及其蚀刻方法，采用本发明中的电解质溶液进行蚀刻能够很好的控制反应速度，抑制横向腐蚀，保证纵向腐蚀，通过对表面的氟化后处理，可以提高镁合金的抗腐蚀性，而且加工工艺简单，操作方便，具有广泛的应用前景。为了解决上述技术问题，本发明镁合金表面蚀刻电解质溶液的组分及摩尔浓度如下NaNO2O. 30 0· 60mol/L ；NaOHO. 10 0· 20mol/L ；Na2SiO3O. θΓθ. 03mol/L ；NH4FO. θΓθ. 03mol/L ；EDTAO. θΓθ. 03mol/Lo本发明利用上述电解质溶液对镁合金表面蚀刻的方法包括以下步骤I)预处理对镁合金材料表面打磨、抛光，用去离子水进行超声清洗；取适量如权利要求I至4中的任何一项的电解质溶液，在25 35°C温度下，搅拌25 30min ；
2)掩膜将具有设计图案的双面胶带纸粘在镁合金材料欲蚀刻图案的表面，其余表面用胶带封好；
3)蚀刻将上述处理过的镁合金材料浸溃于上述电解质溶液中，以镁合金材料作为阳极，Ag作为阴极，调节直流稳压稳流电源的电压为6 10V，温度控制在30°C，搅拌速度控制在3(T60r/S，进行蚀刻2(T40min ;然后用去离子水进行超声清洗；
4)表面氟化处理将上述蚀刻后的镁合金材料浸泡到6(T80°C的2. 00^3. OOmol/ L的NH4F溶液中l(T20min，取出用去离子水进行超声清洗，然后置于无水乙醇中浸泡 12 18h，最后将掩膜去掉，从而，在镁合金材料表面形成有蚀刻图案。
与现有技术相比，本发明的有益效果是
利用本发明提供的蚀刻电解质溶液对镁合金表面进行蚀刻方法。其工艺过程简单，操作方便，所刻蚀的图案符合设计要求。其中，表面氟化处理是通过F-和刻蚀面出现的 α -Mg发生反应生成氟化镁网状结构，进而提高镁合金的耐腐蚀性。
图1是采用本发明蚀刻方法得到的镁合金表面蚀刻图案及横截面的SEM照片，其中a为蚀刻图案的SEM照片，b为横截面的SEM照片；
图2是本发明镁合金蚀刻方法中表面氟化处理前、后的SEM照片，其中a为氟化处理前(对比例)的SEM照片，b为氟化处理后(实施例1)的SEM照片；
图3是本发明镁合金蚀刻方法中表面氟化处理前、后的极化曲线 其中a为氟化处理前(对比例)的极化曲线，b为氟化处理后(实施例1)的极化曲线。
具体实施方式
下面结合优选的具体实施例对本发明作进一步详细地描述，但本发明的实施并不限于此。其中，镁合金材料选取Mg-Ca-Zn合金，当然，也可以用Mg-Al-Zn合金和Mg-Mn等镁合金材料。
对比例1:
按照下表I中的组分及摩尔浓度配制镁合金电化学蚀刻电解质溶液，在30°C温度下搅拌30min，备用；选一 Mg-Ca-Zn合金薄片样品进行打磨、抛光，用去离子水进行超声清洗(若稍后进行处理，应存放于乙醇中待用，防止氧化)；将带有按要求设计图案的双面胶带纸粘在镁合金薄片的一面，另一面，留出连电极部位，其余部分用胶带封好；将上述镁合金薄片样品浸溃于配制好的电解质溶液(该电解质溶液的量根据容器和于蚀刻镁合金材料的大小了确定，以浸泡没过材料为宜)中，将上述处理过的镁合金薄片作为阳极，Ag作为阴极， 调节直流稳压稳流电源的电压为6 10V，温度控制在30°C，搅拌速度控制在3(T60r/s，进行蚀刻30min ;用去离子水超声清洗干净；揭去双面胶带纸，Mg-Ca-Zn合金薄片表面形成边界清晰的蚀刻图案。
图2中的(a)是对比例获得的蚀刻表面的SEM照片；图3中的(a)是对比例获得的蚀刻表面的极化曲线。
实施例1:
与对比例的不同之处是蚀刻后，在揭去双面胶带纸之前进行表面氟化处理即，将刻蚀好的镁合金薄片样品浸泡到75°C，2. OOmoI/L的NH4F溶液中15min，取出用去离子水超声清洗干净，然后置于无水乙醇中浸泡12h，最后将双面胶带纸(掩膜)去掉，从而，在 Mg-Ca-Zn合金材料表面形成有边界清晰的蚀刻图案。
图1中的(a)为实施例1获得的表面蚀刻图案的SEM照片，图1中的(b)为蚀刻后镁合金横截面的SEM照片；图2中的(b)是实施例1获得的蚀刻表面的极化曲线。
实施例2
按照下表I中的组分及摩尔浓度配制镁合金电化学蚀刻电解质溶液，在30°C温度下搅拌30min，备用；接下来的步骤与实施I的不同之处是表面氟化处理中，将刻蚀好的镁合金薄片样品浸泡到60°C，3. OOmoI/L的NH4F溶液中20min，取出用去离子水超声清洗干净，然后置于无水乙醇中浸泡14h，最后将双面胶带纸(掩膜)去掉，从而，在Mg-Ca-Zn合金材料表面形成有边界清晰的蚀刻图案。
实施例3:
按照下表I中的组分及摩尔浓度配制镁合金电化学蚀刻电解质溶液，在30°C温度下搅拌30min，备用；接下来的步骤与实施I的不同之处是表面氟化处理中，将刻蚀好的镁合金薄片样品浸泡到80°C，2. OOmoI/L的NH4F溶液中lOmin，取出用去离子水超声清洗干净，然后置于无水乙醇中浸泡18h，最后将双面胶带纸(掩膜)去掉，从而，在Mg-Ca-Zn合金材料表面形成有边界清晰的蚀刻图案。
表I
权利要求
1.一种镁合金表面蚀刻电解质溶液，其组分及摩尔浓度为 NaNO2 O. 30 0· 60mol/L ； NaOHO.10 0. 20mol/L ；Na2SiO3 O. ΟΓΟ. 03mol/L ； NH4FO. ΟΓΟ. 03mol/L ； EDTAO. ΟΓΟ. 03mol/Lo
2.根据权利要求1所述镁合金表面蚀刻电解质溶液，其中=NaNO2为O.60mol/L, NaOH为 0. 10mol/L, Na2SiO3 为 0. 01mol/L, NH4F 为 0. 15mol/L, EDTA 为 0. 01mol/L。
3.根据权利要求1所述镁合金表面蚀刻电解质溶液，其中=NaNO2为0.30mol/L, NaOH为 0. 20mol/L, Na2SiO3 为 0. 03mol/L, NH4F 为 0. 03mol/L, EDTA 为 0. 015mol/L。
4.根据权利要求1所述镁合金表面蚀刻电解质溶液，其中=NaNO2为0.45mol/L, NaOH为 0. 15mol/L, Na2SiO3 为 0. 02mol/L, NH4F 为 0. 02mol/L, EDTA 为 0. 03mol/L。
5.一种镁合金表面蚀刻方法，其特征在于，包括以下步骤 1)预处理对镁合金材料表面打磨、抛光，用去离子水进行超声清洗；取适量如权利要求I至4中的任何一项的电解质溶液，在25 35°C温度下，搅拌25 30min ； 2)掩膜将具有设计图案的双面胶带纸粘在镁合金材料欲蚀刻图案的表面，其余表面用胶带封好； 3)蚀刻将上述处理过的镁合金材料浸溃于上述电解质溶液中，以镁合金材料作为阳极，Ag作为阴极，调节直流稳压稳流电源的电压为6 10V，温度控制在30°C，搅拌速度控制在3(T60r/S，进行蚀刻2(T40min ;然后用去离子水进行超声清洗； 4)表面氟化处理将上述蚀刻后的镁合金材料浸泡到6(T80°C的2.0(T3. OOmoI/L的NH4F溶液中l(T20min,取出用去离子水进行超声清洗,然后置于无水乙醇中浸泡12 18h,最后将掩膜去掉，从而，在镁合金材料表面形成有蚀刻图案。
全文摘要
本发明公开了一种镁合金表面蚀刻方法，包括对镁合金材料表面打磨、抛光、超声清洗，取适量的蚀刻电解质溶液，在25~35℃温度下，搅拌25~30min；在镁合金表面覆盖掩模；将上述处理过的镁合金材料浸渍于上述电解质溶液中，以镁合金材料作为阳极，Ag作为阴极，调节直流稳压稳流电源的电压为6~10V，温度控制在30℃，搅拌速度控制在30~60r/s，进行蚀刻20~40min；然后超声清洗；将蚀刻后的镁合金材料进行表面氟化处理后，揭去掩膜。本发明蚀刻方法能够很好的控制反应速度，抑制横向腐蚀，保证纵向腐蚀，提高镁合金的抗腐蚀性，而且该加工工艺简单，操作方便，具有广泛的应用前景。
文档编号C25F3/14GK102995097SQ20121041297
公开日2013年3月27日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者黄远, 张丽芬, 何芳, 陆兆辉 申请人:天津大学