CN104087927A - 镁合金产品表面改性处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁合金产品表面改性处理方法，该方法包括脱脂、酸洗活化、碱洗、化学改性的工序，所采用的改性溶液包括磷酸、氢氧化钙、氟化钠磷酸锌等。该方法既能满足环保要求，提高镁合金的耐腐蚀、附着力、低阻抗等性能，又节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料的表面处理方法，特别涉及一种镁合金产品表面改性处理方法。
技术背景
随着各种应用器材日趋轻薄短小以及对其散热和电磁屏蔽等性能提出较高要求，镁合金以其比重小，比强度、比刚度高，具有良好的导热性、电磁屏蔽性、减振性以及绿色环保等有点，成为21世纪理想的电子产品壳体和轻型车辆的替用材料，在汽车、3C产品和航空航天等工业领域具有广阔的应用前景，因此，镁合金作为结构材料使用时优势有着重要的现实意义。由于镁是极活泼的金属，标准电极电位为-2.36V，其耐腐蚀性极差，制约了镁合金的使用。目前，通过镁合金表面处理来保护其本身材质。常用的镁合金表面处理采用在镁合金表面镀膜，在金属表面形成一层致密的保护性膜，防止金属被腐蚀。现有技术根据成膜条件，镁合金表面处理技术可以归纳为化学成膜和阳极氧化成膜两大类，但是阳极氧化成膜处理技术有工艺复杂、成本较高、很难保持处理液的有效性和处理液温度的恒定性等问题，因此还很难推广使用。化学成膜，其转化工艺需用的设备简单，投资少，容易操作，成本低，使用较多。化学成膜一般作为涂装的底层，以增强涂装的附着性。由于在成膜过程中不使用电源，所以没有由于电力线分布不均而导致的膜层厚度不均匀及深孔处不能沉积膜层的弊端，只要是电解液可以到达的表面，都能够获得厚度均匀的转化膜。目前大多数的镁合金化学成膜采用铬酸盐化学成膜，这种方法由于采用铬酸盐溶液对金属进行化学改性，如美国专利第4676842号及美国DOW化学公司的化学改性处理No.20(修正型铬酸制程)等，使得镁合金的表面膜中含有高污染性化学物质Cr3+,对以后镁合金回收造成困难，另外处理槽中含Cr3+的溶液所挥发出的有毒气体，会给作业人员的健康造成危害，并且处理槽中的溶液排放也需要进行废水处理，然而，Cr3+不容易沉降，使废水处理的成本提高，因此，镁合金铬酸盐的化学表面处理对人体和环境有不同程度的危害。随着镁合金产品需求的日益增大，开发对环境和操作者无危害的技术及处理液、实现“绿色表面处理”， 无铬系化学表面处理是国内学者关注的问题，如日本学者梅原博行等的高锰酸钾体系无铬转化膜；David Hawke对镁合金AM60B进行磷酸盐～高锰酸盐处理，在镁合金表面得到一层转化膜，该研究发现，膜的颜色和厚度对处理时间非常敏感；M. A. Gongzalez等研究了低成本、污染轻的锡酸盐转化膜，将ZC71镁合金固溶、水淬、回火处理后进酸洗等前处理，再将试样浸入锡酸盐，可在表面形成2～5μm的化学转化膜； A.L.Rudd等研究了加入稀土元素也可以形成保护膜，如镧、镨的硝酸盐在WE43镁合金上的成膜特性；A.K.Sharma研究了不经浸锌，在镁上直接化学镀镍的工艺；甘肃工业大学的尹建军研究直接在镁合金表面镀锌；戴长松、中科院的霍宏伟等研究了镁上化学镀镍，但基体结合力差，所以在中间加入浸锌。上述无铬系处理方法，当进行转化处理时，其溶液不稳定，转化膜层不均匀、易脱落，附着性能不好，并且得到的保护膜较薄，耐蚀性差。因此，既能满足环保要求、提高镁合金的耐蚀性能，又有一定商业价值，又能节省能源的镁及镁合金表面处理方法，是本领域技术人员非常关注的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁合金产品表面改性处理方法，它既能满足环保要求，提高镁合金的耐腐蚀、附着力、低阻抗等性能，又节约成本。
本发明所述镁合金产品表面改性处理方法，包括以下步骤：
1）镁合金产品打磨；
2）脱脂
将打磨后的镁合金产品浸入装有5%～10%氢氧化钠溶液的脱脂槽中，75～95℃下，超声波脱脂5～15分钟，取出，放入第一纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，再放入第二纯水水洗槽中水洗10～30秒，取出，滴水10～20秒；
3）酸洗活化
将预处理后的镁合金产品浸入盛有氢氟酸、乙二醇混合溶液的酸洗槽中，混合溶液温度为45～55℃下，酸洗1～3分钟，放入第三纯水水洗槽中水洗10～30秒后，再放入第四纯水水洗槽中水洗10～30秒，取出，滴水10～20秒，随后浸入超声波槽水洗5-8分钟，取出，滴水10-20秒；
4）碱洗
将经步骤3）处理的镁合金产品浸入装有20%-30%氢氧化钠的碱洗槽中，在75-95℃下，超声波碱洗5-15分钟，取出，放入第五纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，再放入第六纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，滴水10-20秒；
5）化学改性
将经步骤4）处理后的镁合金产品放入盛有改性处理溶液的槽中室温～45℃下，化学成膜30～120秒，然后进入第七纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，再放入第八纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，吹去产品大面积水，再烘烤15-20分钟，至产品烘干。
步骤3）所述的混合溶液为每升酸洗溶液中含有氢氟酸40克、乙二醇32克。
步骤5）所述的改性处理溶液的配比为每升溶液中含有磷酸60～100克、氢氧化钙40～60 克、氟化钠1～4 克、磷酸锌2～6 克、氯化钠3～8 克。
本发明有以下优点：
1.本发明是以磷酸盐为主体的处理溶液，不使用铬酸或氰化物，无污染，在实际生产中满足环保和可持续发展的要求；解决了背景技术所述的使用铬酸盐处理溶液含有的铬或重金属元素对环境与人体造成的不同程度的危害；
2.整套工艺的溶液可以在追加损耗的情况下重复适用，大大地节省资源、降低了生产成本，与阳极氧化工艺相比，可以减低成本约65%的成本；
3.该技术工艺简单，易形成自动化生产线，而不需大的设备投资，形成产能时间短，能够适应当今社会竞争需要，提高企业竞争力；
4.采用本发明所述方法，在镁合金表面形成的化学转化膜，其附着力强，耐腐蚀性能好，低阻抗性能高；
5.本发明所述方法中溶液配比、加热温度和处理时间的优化控制，解决了转换溶液不稳定，转化膜层不均匀、易脱落等难题。
本发明所述试剂均采用市售的化学纯试剂。
具体实施方式
1.配置试剂
A.配置脱脂溶液
称取氢氧化钠80克，溶解，然后加纯净水稀释至1升。
B.配置酸洗活化溶液
称取50%的氢氟酸80克、乙二醇32克，加少量纯净水搅拌充分溶解，加纯净水稀释至1升，得到酸洗活化溶液。
C.配置碱洗溶液
称取氢氧化钠200-250克，加入少量的蒸馏水溶解，再加纯净水稀释至1升。
D.配置改性溶液
分别称取磷酸60-100克，氢氧化钙40-60克，氟化钠1-4克，磷酸锌2-6克，氯化钠3-8克，配制成1升溶液。
2.取AZ91D镁合金材料进行表面改性处理：
1）脱脂：
将AZ91D镁合金材料打磨、上料，放进装有5%～10%氢氧化钠溶液的脱脂槽中，超声作用5～15分钟，工作温度为75～95℃，使油脂与碱性溶液及表面活性物质发生皂化反应和乳化反应而溶解于水中，以达到脱脂的目的，脱脂后可以明显看见零件表面变得光亮。
脱脂后的镁合金放进第一纯水水洗槽中水洗10～30秒，以除残留在镁合金表面上的碱性溶液及油分子，取出，再放入第二纯水水洗槽中水洗10～30秒，再次去除残留在镁合金表面上的碱性溶液及油分子，取出，滴水10～20秒；
2）酸洗：
将经步骤1）处理后的镁合金产品浸入盛有酸洗溶液的酸洗槽中酸洗1～3分钟，工作温度为45～55℃，微蚀金属表面以去除产品表面生产的氧化物，另外还可以中和脱脂后残余在产品上的碱性物质。酸洗后放入第三纯水水洗槽中水洗10～30秒后，取出，再放入第四纯水水洗槽中水洗10～30秒，取出，滴水10～20秒；
3）水洗：
将经步骤2）处理后的镁合金产品浸入纯水超声波水洗槽中水洗5～8分钟，去除残留在镁合金表面上的酸性溶液及氧化物颗粒，取出，滴水10～20秒；
4）碱洗：
将经步骤3）处理后的镁合金产品放入装有20%～30%氢氧化钠溶液的碱洗槽中，超声波碱洗5～15分钟，工作温度为75～95℃，中和残留在镁合金产品表面上的酸性物质。随后放入第五纯水水洗槽中水洗10～30秒，再放入第六纯水水洗槽中水洗10～30秒，取出，滴水10～20秒；
5）化学成膜：
将经步骤4）处理后的镁合金产品放入盛有改性处理溶液的化成槽中化学成膜30～120秒，使镁合金产品表面形成一层低阻抗化学转化膜，工作温度为室温～45℃。然后放入第七纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，再放入第八纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，使用压缩空气吹去产品大面积水；放入120-150℃烤炉中烘烤15-20分钟左右至产品烘干。
本方法中各步骤所采用超声波的作用一方面是振动使溶液微粒活跃，使之与金属充分发生化学反应；另一方面使溶液中的微粒与金属零件表面发生振动，微粒振动并且冲击金属表面上的杂质颗粒，使其受到剪切力而从金属表面脱离下来，从而达到清洗金属零件表面的目的。
镁合金表面经本发明的表面处理工艺后，进行技术和性能指标检测，结果如下：
1.化学转化膜层外观：灰色均匀，细腻光滑；
2.化学转化膜层厚度：80-110μm；
3.化学转化膜层附着力：40.33kg/cm2 ；镁合金基体附着力为17.5kg/ cm2，因此，采用本发明所述方法，可明显提高镁合金的附着力；
4.化学转化膜层抗盐雾性：经本发明的表面处理镁合金48小时后，才出现腐蚀；没有经表面处理的镁合金、表面镀锌的镁合金、表面镀镍的镁合金8小时出现全面腐蚀，可见磷酸盐化学膜大大提高了镁合金的抗盐雾性能。
5.化学转化膜层抗潮性：经本发明的表面处理镁合金60小时后，才出现腐蚀；没有经表面处理的镁合金 7小时后就出现全面腐蚀，可见膜层大大提高镁合金零件的抗潮湿性。
6.化学转化膜低阻抗性：8小时中性盐雾试验，表面无腐蚀或轻微腐蚀，表面接触电阻小于500mΩ/cm2，相对氧化物膜，铬酸盐膜阻抗更低，有助于3C产品性能。
Claims (3)
1.一种镁合金产品表面改性处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）镁合金产品打磨；
2）脱脂
将打磨后的镁合金产品浸入装有5%～10%氢氧化钠溶液的脱脂槽中，75～95℃下，超声波脱脂5～15分钟，取出，放入第一纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，再放入第二纯水水洗槽中水洗10～30秒，取出，滴水10～20秒；
3）酸洗活化
将预处理后的镁合金产品浸入盛有氢氟酸、乙二醇混合溶液的酸洗槽中，混合溶液温度为45～55℃下，酸洗1～3分钟，放入第三纯水水洗槽中水洗10～30秒后，再放入第四纯水水洗槽中水洗10～30秒，取出，滴水10～20秒，随后浸入超声波槽水洗5-8分钟，取出，滴水10-20秒；
4）碱洗
将经步骤3）处理的镁合金产品浸入装有20%-30%氢氧化钠的碱洗槽中，在75-95℃下，超声波碱洗5-15分钟，取出，放入第五纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，再放入第六纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，滴水10-20秒；
5）化学改性
将经步骤4）处理后的镁合金产品放入盛有改性处理溶液的槽中室温～45℃下，化学成膜30～120秒，然后进入第七纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，再放入第八纯水水洗槽中水洗10-30秒，取出，吹去产品大面积水，再烘烤15-20分钟，至产品烘干。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）所述的混合溶液为每升酸洗溶液中含有氢氟酸40克、乙二醇32克。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5）所述的改性处理溶液的配比为每升溶液中含有磷酸60～100克、氢氧化钙40～60 克、氟化钠1～4 克、磷酸锌2～6 克、氯化钠3～8 克。
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