专利名称：镁和镁基合金的阳极电镀法的制作方法
技术领域：
本发明涉及镁和镁基合金的阳极电镀(anodisation)法以及由此方法制备的产品。现有技术描述在许多情况下，镁是制造元件的合适材料。镁是相对而言强调较高且轻的金属，比铝轻30％。但是，镁和含镁合金相对来说易于腐蚀。例如，镁元件暴露于大气时，会由于氧化作用而很快变色。因此，希望提供一种具有某些形式的耐腐蚀镀层和耐磨镀层的镁制产品。
先前阳极电镀镁的方法涉及使用浓碱金属氢氧化物的碱性溶液。通常是采用氢氧化钠或氢氧化钾的浓溶液。该阳极电镀法是在例如50-150V范围内的DC电流下进行的。也有一些方法建议使用AC电流。
在包含氢氧化钠或氢氧化钾的电镀槽中，通过形成电火花(spark)而在镁上形成镀层，而且正是电火花穿过镁元素表面的形成的放电路径使得在镁上慢慢形成镀层。在整个方法中使用电火花需要相当高的电流，而且导致电镀槽本身吸收大量的热。因此，任何商业性的阳极电镀厂还需要相当大的冷却设备，以降低在使用该方法的过程中的浴温。本发明的目的因此，本发明的目的是提供一种镁或镁合金阳极电镀的方法，使它们具有耐腐蚀镀层，而且可克服现有技术中的一些缺点，和/或至少是给公众一个有用的选择。本发明简述因此，在第一个方面，本发明广泛地讲是由镁基材料的阳极电镀方法组成的，所述方法包括提供一种包含氨的电解质溶液；在所述溶液中设置阴极；将镁基材料作为阳极放置在所述溶液中；以及在阳极和阴极之间由所述溶液中通过电流，以便在所述材料上形成镀层。
因此，在第二方面中，本发明广泛地讲是由以上述方法阳极电镀的含镁材料组成的。
本领域普通技术人员通过阅读以下描述后，本发明的其他方面将是显而易见的。附图简述以下将参考附图对本发明的优选实施方案进行描述，在图中
图1是根据本发明一个实施方案的阳极电镀槽的示意图。优选实施方案的详细描述本发明提供含镁材料如镁本身或其合金的阳极电镀方法。已发现该方法可用于基本上纯的镁样品以及镁合金上，如用于铸模中的普通镁合金AZ91和AM60。
本发明的方法使用装有溶液2的电镀槽1，含镁材料3至少部分地浸没在该电镀槽中。
电极3和4设置在电镀槽1中，并放入在溶液2内，溶液2为一种电解质溶液。
在电极3和4与电源7之间设有合适的电连接件如电线5和6。
溶液2包括合适浓度的氨。电解质溶液2中的氨的浓度是可变的，但优选范围为在1-33(w/v)％之间。发现如果氨的浓度低于1(w/v)％，会导致电火花的产生，使本发明的方法趋向于通过形成电火花来形成镀层，而与现有技术的阳极电镀法相似。33％的氨浓度是上限。
在本发明的优选实施方案中，发现氨浓度在5-10(w/v)％是合适的，而更优选5-7(w/v)％。
从电源7出来的电流通过合适的电连接件如电线5和6到达浸没在电解质溶液2中的电极3和4。在此实施例中，当电压在约220-250V的DC范围时，一般会形成镀层。应注意的是，现有技术的阳极电镀法在50-150V的DC下进行，因此，在电压到达形成根据本发明之镀层所合适的水平之前，氨浓度低于所需水平会导致电火花的形成，这是由于该方法沿袭了现有的碱金属氢氧化物阳极电镀法的性质。其他实施方案使该方法在约170-350V的DC下进行。
在如此实施方案的方法中，电火花的形成可因为多种原因。氨的作用一般是抑制电火花，但是电镀槽中的盐浓度也起作用。如果氨太低，就会形成电火花。如果磷酸盐的浓度增加过多，虽然在电压增加到此电压之前已完全形成镀层，但在更高电压时还会产生电火花。例如，在5％氨和0.05M磷酸氢铵钠的溶液中，在220-250V的DC下形成镀层，但没有形成明显的电火花。如此形成的镀层是保护性镀层，而且是半透明的。如果电压增加到300V的DC，镀层变厚，而且变成不透明的，在形成过程中仍没有形成电火花。
相反地，在5％氨和0.2M磷酸氢铵钠溶液中，在170-200V的DC下形成镀层。将电压增加至大大高于200V的DC时，有电火花产生。
在进一步的实施例中，尝试了3％氨和0.05M磷酸氢铵钠的溶液。在约140V的DC时出现电火花，但这是在镁电极上形成良好镀层之前发生的。
在进一步的实施方案中，在电解质溶液中添加过氧化物。已观察到，添加过氧化物可降低镀层形成时的电压，而且不产生电火花。例如，5％氨、0.05M磷酸氢铵钠和0.1M过氧化钠或过氧化氢的溶液在210V的DC下制造出与330V的DC、没有过氧化物时类似的镀层。这在希望低压操作时是非常有利的。
进一步观察到，降低过氧化物的水平至0.05M，这时所制造的镀层与没有过氧化物的实施例没有明显的差异。而且，增加过氧化物至0.2M，由于存在损坏性的电火花，妨碍了良好镀层的形成。
在此基础上，进一步优选的实施方案是，如果需要，添加大约0.1M的过氧化物，可使操作电压更低。
一旦在电解质溶液2中通入电流，在形成阳极的材料3中浸入溶液2中的那部分8材料3上就形成镀层。随着在部分8上的镀层的深度增加，阳极电镀槽1内的电流减弱，本发明的方法自身就慢慢终止。以此方式，将作为阳极的材料3放置在阳极电镀槽1内，会驱使电流通过，直至形成镀层，而且当存在足够厚的镀层时，还会将材料3中的镁与电解质溶液2大体上分隔开，电流中断，这可作为镀层已镀敷的指示。
在溶液2中还可添加许多的添加剂，来改变最终的镀层及其外观。例如，可使用磷酸盐化合物，它所提供的最终产品与阳极电镀铝相似。而且还发现，磷酸盐化合物的含量在0.01-0.2Mol是合适的。低于0.01Mol的含量会使最终产品略有透明。高于0.2Mol的含量则导致不透明的最终产品，这就改变了最终产品的外观。磷酸盐化合物如磷酸氢钠铵的含量优选为0.05-0.08之间，发现如果希望最终产品的外观与阳极电镀铝相似，该浓度是合适的。发现磷酸铵特别有用，而其他的磷酸铵化合物可作为直接的替代物。
使用磷酸铵化合物进行阳极电镀，可使镀层具有明显的耐腐蚀性。而且镀层特别适于用漆或其他的有机密封物进行进一步的涂覆。
在本发明进一步优选的实施方案中，电解质溶液2可包含如磷酸二氢铵或磷酸氢二铵的化合物。与如磷酸氢钠铵的化合物相比，上述两种化合物对于阳极电镀方法都是易于以商业用量得到的。
发现使用与磷酸盐化合物浓度相似的氟化物或铝酸盐作为替代添加剂，可使最终产品与阳极电镀铝相似。如铝酸钠和氟化钠的化合物，它们的含量一般为0.05Mol。随着铝酸钠和氟化钠的含量朝0.1Mol增加，最终产品的色泽为珍珠色。虽然这在审美上看是令人赏心悦目的，但它不可与阳极电镀铝最终产品相比，因此，如果希望用不同的材料制造相同产品的元件，而且希望能提供相匹敌的铝和镁产品的最终产品，它是不太合适的。
与以前的镁阳极电镀法相比，本发明的方法可在相对较低的电流下进行。每平方厘米的镁表面上，电流到大约0.01A。低电流和没有电火花形成降低了电镀槽1内的温升，形成与以前所用的碱金属氢氧化物槽相当的镀层深度。电镀槽温升的降低使运行本方法所需的冷却设备明显减少。
本发明优选的实施方案是在室温下进行，而且优选的是，虽然不是必须的，在低于40℃的温度下进行阳极电镀。
如果需要其他的最终产品，可在溶液中添加各种着色的添加剂。阳极电镀法仍可以提供耐腐蚀性，而且可作为此类元件粉末涂覆的替代方法。
应注意的是，添加剂的选择包括磷酸盐添加剂和/或氟化物添加剂。如果氟化物添加剂替代磷酸盐添加剂，在处理溶液上会产生很大的问题。由于对氟化物排放和处置在环保上是非常严格的，所以从环保的角度讲，氟化物是昂贵的。对比而言，磷酸盐化合物对环境的危害较小，因而是优选的。
添加剂可包括密封剂或其他的化合物，也可使用现有阳极电镀法中所用的添加剂，如铝酸盐、硅酸盐、硼酸盐、氟化物、磷酸盐、柠檬酸盐和苯酚。
在镁上形成的镀层可以是氧化镁和氢氧化镁以及根据本方法所用的添加剂的其他成分的混合镀层。例如，在使用磷酸氢铵钠的实施方案中，在镀层中可产生磷酸镁。再有，在使用氟化物和铝酸盐的实施方案中，在最终镀层中可存在氟化镁和铝酸镁。
进一步应注意的是，在溶液中使用氨必须在阳极电镀槽1附近的区域中装设通风设备。
如上所述的方法可提供比现有使用碱金属氢氧化物溶液更牢固一些的镀层。
这样可以看出，本发明方法和由该方法得到的产物比现有技术中的方法及其产物具有更显著的优点。
在上述描述及引证中已提及了本发明的具体部分或整体，如果具有已知的等同物，就将这些等同物一一列入于此。
虽然通过实施例和可能的实施方案对本发明进行了描述，但可理解到，在不偏离本发明范围的情况下还可作出改进或提高。
权利要求
1.镁基材料的阳极电镀方法，所述方法包括提供一种包含氨的电解质溶液；在所述溶液中设置阴极；将镁基材料作为阳极放置在所述溶液中；以及在阳极和阴极之间由所述溶液中通过电流，以便在所述材料上形成镀层。
2.如权利要求1所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述镁基材料包括镁含量为70-100％的合金。
3.如权利要求1所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述溶液中所述氨的量足以在阳极电镀过程中避免可导致阳极电镀表层部分熔化或熔融之电火花和/或等离子体放电的产生。
4.如权利要求3所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述氨在所述溶液中的浓度为1-33(w/v)％。
5.如权利要求4所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述氨在所述溶液中的浓度为5-10(w/v)％。
6.如权利要求1所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述电流由DC电源提供，电势范围在170-350VDC之间。
7.如权利要求1所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述溶液包括含量在0.01-0.2Mol之间的磷酸盐化合物。
8.如权利要求7所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述磷酸盐化合物包括磷酸氢钠。
9.如权利要求8所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述磷酸氢钠包括磷酸氢钠铵。
10.如权利要求7所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述溶液包括磷酸二氢铵。
11.如权利要求7所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述溶液包括磷酸氢二铵。
12.如权利要求1所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述溶液包括氟化物与铝酸盐化合物的混合物。
13.如权利要求12所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述氟化物和铝酸盐化合物的含量各为0.01-0.2Mol。
14.如权利要求13所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述氟化物和铝酸盐化合物包括铝酸钠和氟化钠，它们的含量各为0.05-0.1Mol。
15.如权利要求1所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述溶液包括过氧化物。
16.如权利要求15所述的镁的阳极电镀方法，其中，所述过氧化物的含量为0.05-0.2Mol。
17.如权利要求16所述的镁基材料的阳极电镀方法，其中，所述过氧化物包括过氧化钠或过氧化氢。
18.如前述权利要求所述的方法所阳极电镀的阳极电镀镁材料。
全文摘要
本发明涉及使用包含氨的电解质溶液阳极电镀镁基合金中的镁的方法。使用该电解质溶液改变了阳极电镀的方式,在没有形成电火花下在镁材料上形成镀层。
文档编号C25D11/02GK1178562SQ96192539
公开日1998年4月8日 申请日期1996年3月13日 优先权日1995年3月13日
发明者托马斯·弗朗西斯·巴顿 申请人:镁技术有限公司