CN101445924B - 镁及镁合金的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁及镁合金的有机表面处理方法。有以下步骤：打磨清洗镁及镁合金材料表面，经丙酮超声清洗，水洗，在无水乙醇中超声清洗5～10分钟；加热到500～510℃下热处理，保温时间9～11小时，随炉缓慢冷却；依次在蒸馏水、无水乙醇中用超声清洗5～10分钟；随后浸泡到溶液温度为35～40℃的0.3～0.5mol/L硬脂酸乙醇溶液中，浸泡时间为1.5～2h；取出，在无水乙醇中超声清洗1.5～2分钟，即在材料表面形成耐腐蚀表面层。本发明方法能提高镁合金的耐蚀性能，降低材料的腐蚀速率，不采用对人体有害物质，具有良好的生物相容性，生产过程简单，成本低，不会污染环境。

Description

镁及镁合金的表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种表面处理方法，特别涉及一种镁及镁合金的表面处理方法。

技术背景

镁是最轻的金属结构材料，具有很多优异的性能，被誉为21世纪最有前途的绿色结构材料；但镁的耐腐蚀性较差，成为其应用的最大障碍，是各国研究的重点和攻克的难关。当前主要从镁合金中添加合金元素及表面改性等方面进行研究。到目前为止，主要采用表面防护法，以提高镁合金表面的耐腐蚀性，如化学转化膜、微弧氧化、阳极氧化处理、各种有机涂层、镀层等。但由于上述的镁合金表面防护法形成的保护层存在耐蚀效果差，或形成过程采用了有毒试剂，污染环境，或者设备要求高等问题，因此这些镁合金表面处理的方法尚不理想。

另外，由于镁及其合金有较好的生物相容性和力学相容性，镁基材料也具有用于生物材料领域的前景，使得镁作为生物材料领域的研究成为当前的一个热点，由于用于生物材料的镁及其合金的耐蚀性要求更高，而且目前已有的镁合金耐蚀性的表面处理方法，尚不能满足生物材料的生物相容性的要求。

自组装单分子膜是近20年来发展起来的新型有机超薄膜技术，有机物分子在溶液中通过化学键自发地吸附在固体表面上，形成的紧密排列的有序单分子膜，热力学稳定、制作方便简单。虽然在Au、Ag、Cu、Fe、Al等金属表面的自组装膜有一定的研究，但在镁合金表面的有机自组装膜研究较少，目前所报道的自组装膜均采用低浓度溶液、长时间处理的工艺，不利于工业生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁及镁合金表面处理的方法，它能提高镁合金的耐蚀性能，降低材料的腐蚀速率，不采用对人体有害物质，具有良好的生物相容性，生产过程简单，成本低，不会污染环境。

本发明所述镁及镁合金的表面处理方法，有以下步骤：

A.打磨清洗镁及镁合金材料表面，经丙酮超声清洗，水洗后，在无水乙醇中超声清洗5～10分钟；

B.将经步骤A处理后的镁及镁合金材料加热到500～510℃，保温时间9～11小时，随炉缓慢冷却；

C.将步骤B处理后的镁及镁合金材料，依次在蒸馏水、无水乙醇中各超声清洗5～10分钟；

D.清洗后的镁及镁合金材料浸泡到溶液温度为35～40℃的0.3～0.5mol/L硬脂酸乙醇溶液中，浸泡时间为1.5～2h，；

E.取出上述镁及镁合金材料，在无水乙醇中超声清洗1.5～2分钟，即在材料表面形成耐腐蚀表面层。

本发明所述方法适用的镁合金材料为变形镁合金和压铸镁合金。

本发明有以下特点：

1.生产工艺简单，不需要特殊的设备，有生产成本低的优点。

2.能明显提高镁合金的耐腐蚀性能。本发明通过热处理进行预处理，在材料表面得到致密的氧化镁膜层，其氧化镁膜层与硬脂酸形成结合力强、均匀致密的硬脂酸自组装膜，有效地控制了镁合金的腐蚀速度。腐蚀电流密度测试和腐蚀液中镁离子浓度测试结果均显示，经过本发明方法处理的材料耐蚀性比未采用本发明方法处理的材料明显提高。

3.传统的镁合金表面处理方法，前期需要采用碱洗、酸洗等处理，以去除镁合金表面的氧化层以活化表面，由于镁合金十分活泼，在干燥过程中难免再次氧化，而影响后续的防护效果。本发明所述方法解决了由于镁的活泼性质形成的氧化膜层对下一步工艺影响的问题，可以保证氧化层与硬脂酸的结合力。

4.本方法采用高浓度有机溶液，在短时间内浸泡后再经超声清洗得到的有机膜层，其耐蚀性超过传统采用的稀溶液长时间处理的自组装膜工艺。

5.不论工件形状如何，采用本发明方法均可在工件的表面获得耐蚀性优良的均匀、致密的表面层，由于工件表面形成的保护膜层极薄，不会影响零部件的表面尺寸。

6.本发明所述方法工件表面的保护层无毒，利于环保，且具有良好的生物相容性，适合用于生物医用材料领域的镁基材料。

附图说明

图1为纯镁表面有机膜的扫描电子显微镜照片。

图2为纯镁表面有机膜的傅立叶红外光谱曲线。

具体实施方式

实施例1

取99.99％纯镁按照本发明方法进行硬脂酸的表面处理：

A.机械除污和清洗：喷砂或用砂纸打磨后对金属镁清洗，用丙酮超声清洗10分钟，经水洗后在无水乙醇中超声清洗10分钟，以上清洗均在室温下进行；

B.热处理：将上述金属镁加热至500℃，保温时间10小时，随炉缓慢冷却至室温；

C.清洗：热处理后的试样，依次在蒸馏水、无水乙醇中分别超声清洗10分钟，以上清洗均在室温下进行；

D.浸膜：在37℃的水浴温度下，浸膜处理2h，在金属镁表面得到有机膜层，其中浸液浓度为0.5mol硬脂酸溶液，硬脂酸溶液的溶剂为无水乙醇。

E.超声清洗：将浸膜后的金属镁在无水乙醇中超声清洗2分钟，取出后自然风干，即可在金属镁表面得到本发明所述的耐蚀有机膜层。

实施例2

与实施例1不同的是，取Mg0.88Ca合金进行表面处理，浸膜的浸液为0.4mol硬脂酸乙醇溶液，镁合金的浸膜处理时间1.5小时。

将经过上述方法处理的镁及镁合金材料分别进行以下性能实验：

1.扫描电镜及表面红外光谱分析：如图1、图2所示，镁合金经过本发明所述工艺处理后，表面形成了极薄的膜，且硬脂酸与表层氧化镁形成化学键合。

2.腐蚀性能测试：将未经本发明方法处理和用本发明方法处理的纯镁、镁钙合金分别浸泡在SBF(simulated body fluid仿生溶液)溶液中，溶液温度保持37℃±0.5，SBF溶液的离子组成如表1所示。

表1 SBF溶液中离子浓度(mM)

通过对浸泡纯镁、镁钙合金的SBF溶液中Mg²⁺离子浓度的测试，反映出纯镁、镁钙合金的腐蚀速度，测试结果如表2所示：

表2SBF中的镁离子浓度计算试样的腐蚀速率(mg/(cm².d))

从表2可以看到，采用本发明方法处理的纯镁和镁合金的腐蚀速度相对未采用本发明方法处理纯镁和镁合金明显降低。

3.电化学腐蚀实验：将未经本发明方法处理和采用本发明方法处理的纯镁、镁钙合金浸泡在SBF溶液中，通过极化曲线测试其电化学腐蚀速率，结果表明，采用本发明方法处理的镁和镁合金的腐蚀电流密度为0.019mA/cm²，0.032mA/cm²；未处理采用本发明方法处理的镁和镁合金分别为0.0976mA/cm²，0.155mA/cm²。

结论：

经过本发明所述工艺处理的镁合金，在表面形成硬脂酸镁有机膜，该膜细致紧密，有较好的防腐蚀效果。本发明所述工艺没有毒性和污染，工艺简单、成本低廉。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种镁及镁合金的表面处理方法，其特征在于有以下步骤：

A.打磨清洗镁及镁合金材料表面，经丙酮超声清洗，水洗后，在无水乙醇中超声清洗5～10分钟；

B.将经步骤A处理后的镁及镁合金材料加热到500～510℃，保温时间9-11小时，随炉缓慢冷却；

C.将步骤B处理后的镁及镁合金材料，依次在蒸馏水、无水乙醇中用超声清洗5～10分钟；

D.清洗后的镁及镁合金材料浸泡到溶液温度为35～40℃的0.3～0.5mol/L硬脂酸乙醇溶液中，浸泡时间为1.5～2h；

E.取出上述镁及镁合金材料，在无水乙醇中超声清洗1.5～2分钟，即在材料表面形成耐腐蚀表面层。

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