CN101643928B - 镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法 - Google Patents

镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法,有以下步骤:1)取镁合金,按照机械除污、碱洗脱脂、酸洗活化色温顺序清洗所述镁合金的表面,再用水快速清洗;2)将经步骤1清洗后的镁合金通电,3-5V电压下,迅速带电转入磷酸盐处理液中浸泡,镁合金挂在电解槽阴极,锌做阳极,电流密度范围1A-10A/D2(安培/平方分米),通电2-10分钟;3)取出镁合金,50℃-90℃热风吹干,在镁合金材料的表面形成磷酸盐/金属复合膜,即完成镁合金材料的表面处理。采用本发明方法在镁合金材料表面覆盖磷酸盐/金属复合薄膜,比普通磷化膜结构更致密,结合力好,防护能力更强;处理过程基体损失少,处理液的成分范围更宽,溶液便于维护。

Description

镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法
技术领域
[0001] 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表面阴极电沉积 磷酸盐/金属复合膜的方法。
背景技术
[0002] 镁合金具有较高的比强度、比刚度以及良好的铸造、减震、切削加工、尺寸稳定性 以及优良的电磁屏蔽等性能。但镁合金表面组织容易产生腐蚀,常常需要对其表面进行处 理,以增加镁合金表面的防护性能。由于金属镁的电化学位约为-2. 37v,在普通大气环境中 就极易氧化,这层氧化膜疏松、不牢固,不能起到保护基材的作用,并且妨碍了镁合金的表 面处理,阻碍镁合金材料推广应用。
[0003] 目前,镁合金表面防护处理方法中主要有涂装处理、铬酸盐转化膜处理、电镀处 理、化学镀处理、阳极化处理、表面热喷涂等方法。其中,磷化处理操作简单、成本低廉、污染 较小能作为有效提高有机涂料层结合力和防护性能的工艺方法。在对镁合金进行磷化的时 候,因为镁过于活泼,遇到了几个难以回避的问题。一是镁合金在磷化反应过程中微观阳极 造成腐蚀深沟;二是因为反应比较剧烈导致溶液成分变化很快,特别是氢离子、锌离子的消 耗和镁离子的积累,这样会使得批量加工困难,不利于工业化推广。
发明内容
[0004] 本发明的目的,是提供一种镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法。 本发明方法在镁合金材料表面覆盖磷酸盐/金属复合薄膜,比普通磷化膜结构更致密,结 合力好,防护能力更强;处理过程基体损失少,处理液的成分范围更宽,溶液便于维护。
[0005] 实现本发明的技术方案是:
[0006] 镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法,有以下步骤:
[0007] 1)取镁合金,按照机械除污、碱洗脱脂、酸洗活化顺序清洗所述镁合金的表面,再 用纯净水或去离子水中快速清洗;
[0008] 2)将经步骤1清洗后的镁合金通电,3-5V电压下,迅速带电转入磷酸盐溶液浸泡, 镁合金挂在电解槽阴极,锌做阳极,电流调节到1-10A/D2,常温下通电2-10分钟;
[0009] 3)取出镁合金,50°C -90°C热风吹干,在镁合金材料的表面形成磷酸盐/金属复合 膜,即完成镁合金材料的表面处理。
[0010] 所述步骤1)中的碱洗脱脂方法为:用5g/l氢氧化钠,10g/l磷酸钠,10g/l碳酸 钠,2g/l表面活性剂混合溶液洗涤,常温搅动处理Imin ;水洗。
[0011] 所述步骤1)中的酸洗活化方法为:用11%的氢氟酸浸洗,除去剩余的氧化皮和污 物,使表面更清洁有活性;常温处理0. 5min,水洗。
[0012] 所述步骤2)中磷化处理液的配置方法为,先取氧化锌氧化锌1-2克/升用水调成 糊状,用磷酸将其完全溶解后,再加入下述加入其它试剂并加水稀释,配成磷酸盐溶液:磷 酸3-5毫升/升,氟化钠0. 2-0. 4克/升,钼酸铵0. 2-1克/升,十二烷基磺酸钠0. 1-0. 2克/升,酒石酸0. 1-0.5克/升。
[0013] 所述步骤2)中的磷化处理液为:磷酸2-3毫升/升,磷酸二氢锌1-3克/升,碳酸 锰2-4克/升,氟化钠0. 2-0. 4克/升,十二烷基磺酸钠0. 05-0. 1克/升,硝酸钠0. 1-0. 2 克/升,亚硝酸钠0. 2-0. 4克/升,柠檬酸0. 1-0. 2克/升。
[0014] 所述步骤2)中的磷化处理液为:磷酸二氢锌1-3克/升,硝酸镍0.2-0. 5克/升, 氟化钠0. 2-0. 4克/升,磷酸二氢锰0. 1-0. 2克/升,十二烷基磺酸钠0. 05-0. 1克/升,硝 酸钠0. 1-0. 2克/升,亚硝酸钠0. 2-0. 4克/升,柠檬酸0. 1-0. 2克/升。
[0015] 所述磷酸盐/金属复合膜的厚度为1-3微米。
[0016] 所述磷酸盐/金属复合膜为磷酸锌/锌复合膜或磷酸锌_磷酸锰/锌复合膜或磷 酸锌_磷酸锰/锌_镍复合膜。
[0017] 采用本发明技术方案,利用外加电源,将镁合金置于阴极,用锌片做阳极,镁合金 材料的表面处理过程中,槽液消耗主要是氢离子和磷酸根,便于连续处理,而可通过定期 直接添加磷酸来补充,并用氢氧化钠中和过量的氢离子,使溶液的游离酸1-2. 5点,总酸度 20-30点,这样在一定的电流作用下,阴极镁合金在酸性磷酸盐溶液中微阳极将极大缩小, 直接利用普遍的析氢反应消耗表面附近溶液的氢离子,打破水的离解平衡,促进磷酸根的 三级离解,从而引发磷酸盐的沉积。
[0018] 采用本发明方法,使得本发明在进行表面处理时,过电位超过了金属离子在该溶 液中的析出电位,因此金属离子也会放电并弥散镶嵌在磷酸盐膜中,这些部位将继续增厚 并保持析氢的反应量,使得磷酸盐的沉积能够继续进行。因此,采用本发明方法在镁合金材 料的表面形成磷酸盐/金属复合膜的厚度,可以通过电流的大小和时间的长短控制。阴极 极化作用将极大降低镁基体的溶解,避免了出现较大的阳极性缝隙,极大的降低溶解离子 污染处理溶液,而延长溶液寿命;由于电催化作用,溶液的游离酸浓度可以更低,弥散金属 相的出现也避免了普通磷化不可控制的集中析氢孔洞发生。阳极用金属锌电化学溶解补充 阴极消耗的锌离子,并辅助以不溶性阳极,槽液消耗主要是氢离子和磷酸根,可通过定期直 接添加磷酸来补充,并用氢氧化钠中和过量的氢离子。电解2-10分钟,就可以获得完整的 复合膜,增加电解时间膜层厚度增加,10分钟以后粗糙度明显增加,为了适应涂装过渡层的 需要,厚度控制在1-3微米为宜。
[0019] 采用本发明方法,在镁合金表面形成的形成磷酸盐/金属复合薄膜,其膜层结构 致密,结合力好。在进行镁合金表面处理时,基体损失比化学磷化减少1倍以上,溶液更容 易维护。该复合膜有较好的物理机械性能和防护性能,在室内放置1周无明显腐蚀,与涂层 附着力(划格法)可以达到1级,适用于镁合金的短期防护及涂装过渡层。
[0020] 所述试剂为市售,其中磷酸含量为85%,其余为分析纯试剂。
[0021] 镁合金表面形成的形成磷酸盐/金属复合薄膜,根据溶液主盐体系调整获得不同 成分的复合膜,根据电流密度大小调整膜层沉积的速率,根据处理时间调整膜的厚度。
具体实施方式
[0022] 实施例1
[0023] 本发明所需处理溶液按下述配制:
[0024] 取氧化锌1. 5g用水调成糊状,用磷酸4ml将其完全溶解后,再陆续加入下列试剂:氟化钠0. 3g,钼酸根0. 5g,十二烷基磺酸钠0. lg,酒石酸0. 3g,加水稀释至1升。
[0025] 取牌号为AZ31挤压镁合金,按下列步骤对镁合金产品进行表面处理:
[0026] 1.常规机械除污:用喷砂或砂纸打磨,除去毛刺、氧化物、挤压用添加剂、加工油 等异物,水洗;
[0027] 2.常规碱洗脱脂:用5g/l氢氧化钠,10g/l磷酸钠,10g/l碳酸钠,2g/l表面活性 剂混合溶液洗涤,常温搅动处理Imin ;水洗;
[0028] 3.常规酸洗活化:用11%的氢氟酸浸洗,除去剩余的氧化皮和污物,使表面更清 洁有活性;常温处理0. 5min,水洗;
[0029] 4.电沉积复合膜:将活化后的镁合金放入纯净水或去离子水中快速清洗后,悬挂 在电解槽阴极,带电迅速转入上述处理溶液浸泡处理,用1A-2A/D2电流密度电解2-10分 钟,取出经过50°C -90°C的热风吹干,可使镁合金表面得到磷酸锌/锌复合膜。
[0030] 可以连续处理工件,溶液温度会自然升高10°C -20°C,但仍可获得该膜层。
[0031] 实施例2
[0032] 本发明所需处理溶液按下述配制:
[0033] 磷酸2. 5毫升/升,磷酸二氢锌2克/升,碳酸锰3克/升,氟化钠0. 2克/升, 十二烷基磺酸钠0. 05克/升,硝酸钠0. 1克/升,亚硝酸钠0. 4克/升,柠檬酸0. 1克/升。 按照上述顺序直接将试剂溶解于水中形成所需溶液。
[0034] 取牌号为AZ31挤压镁合金,按照下列步骤对镁合金产品进行表面处理:
[0035] 1.常规机械除污:用喷砂或砂纸打磨,除去毛刺、氧化物、挤压用添加剂、加工油 等异物,水洗;
[0036] 2.常规碱洗脱脂:用5g/L氢氧化钠,10g/L磷酸钠,10g/L碳酸钠,2g/L表面活性 剂混合溶液洗涤,常温搅动处理Imin ;水洗;
[0037] 3.常规酸洗活化:用11%的氢氟酸浸洗,除去剩余的氧化皮和污物,使表面更清 洁而有活性;常温处理0. 5min,水洗;
[0038] 4.电沉积复合膜:将活化后的镁合金放入纯净水或去离子水中快速清洗后,通电 后,悬挂在电解槽阴极,带电迅速转入上述处理溶液浸泡处理,用1A-2A/D2电流密度电解 2-10分钟,取出经过50°C -90°C的热风吹干,使镁合金表面得到磷酸锌_磷酸锰/锌复合膜。
[0039] 可以连续处理工件,溶液温度会自然升高10°C -20°C,但仍可获得该膜层。
[0040] 实施例3
[0041] 本发明所需处理溶液按下述配制:
[0042] 磷酸二氢锌2克,硝酸镍0. 3克,氟化钠0. 3克,磷酸二氢锰0. 2克,十二烷基磺酸 钠0. 1克,硝酸钠0. 2克,亚硝酸钠0. 3克,柠檬酸0. 1克,溶解于1升水中。
[0043] 取牌号为AZ31挤压镁合金,安下列步骤对镁合金产品进行表面处理:
[0044] 常规机械除污:用喷砂或砂纸打磨,除去毛刺、氧化物、挤压用添加剂、加工油等异 物,水洗;
[0045] 常规碱洗脱脂:用5g/L氢氧化钠,10g/L磷酸钠,10g/L碳酸钠,2g/L表面活性剂 混合溶液洗涤,常温搅动处理Imin ;水洗;
[0046] 常规酸洗活化:用11%的氢氟酸浸洗,除去剩余的氧化皮和污物,使表面更清洁
6而有活性;常温处理0. 5min,水洗;
[0047] 4.电沉积复合膜:将活化后的镁合金放入纯净水或去离子水中快速清洗后,通电 后,悬挂在电解槽阴极,带电迅速转入上述处理溶液浸泡处理,用1A-2A/D2 (安培/平方分 米)电流密度电解2-10分钟,取出经过50°C -90°C的热风吹干,使镁合金表面得到磷酸 锌-磷酸锰/锌-镍复合膜。
[0048] 可以连续处理工件,溶液温度会自然升高10°C -20°C,但仍可获得该膜层。

Claims (8)

  1. 一种镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法,其特征在于,有以下步骤:1)取镁合金,按照机械除污、碱洗脱脂、酸洗活化顺序清洗所述镁合金的表面,再用纯净水或去离子水快速清洗;2)将经步骤1清洗后的镁合金通电,3‑5V电压下,迅速带电转入磷酸盐溶液浸泡,镁合金挂在电解槽阴极,锌做阳极,电流调节到1‑10A/dm2,常温下通电2‑10分钟,磷酸盐溶液的配置方法为,先取氧化锌1‑2克/升用水调成糊状,用磷酸将其完全溶解后,再加入下述其它试剂并加水稀释,配成磷酸盐溶液:磷酸3‑5毫升/升,氟化钠0.2‑0.4克/升,钼酸铵0.2‑1克/升,十二烷基磺酸钠0.1‑0.2克/升,酒石酸0.1‑0.5克/升;3)取出镁合金,50℃‑90℃热风吹干,在镁合金材料的表面形成磷酸锌/锌复合膜,即完成镁合金材料的表面处理。
  2. 2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述磷酸锌/锌复合膜的厚度为1-3微米。
  3. 3. 一种镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法,其特征在于,有以下步骤:1)取镁合金,按照机械除污、碱洗脱脂、酸洗活化顺序清洗所述镁合金的表面,再用纯 净水或去离子水快速清洗;2)将经步骤1清洗后的镁合金通电,3-5V电压下,迅速带电转入磷酸盐溶液浸泡,镁 合金挂在电解槽阴极,锌做阳极,电流调节到l-10A/dm2,常温下通电2-10分钟,磷酸盐溶 液为:磷酸2-3毫升/升,磷酸二氢锌1-3克/升,碳酸锰2-4克/升,氟化钠0. 2-0. 4克/ 升,十二烷基磺酸钠0. 05-0. 1克/升,硝酸钠0. 1-0. 2克/升,亚硝酸钠0. 2-0. 4克/升, 柠檬酸0. 1-0. 2克/升;3)取出镁合金,50°C -90°C热风吹干,在镁合金材料的表面形成磷酸锌-磷酸锰/锌复 合膜,即完成镁合金材料的表面处理。
  4. 4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述磷酸锌-磷酸锰/锌复合膜的厚度 为1-3微米。
  5. 5. 一种镁合金表面阴极电沉积磷酸盐/金属复合膜的方法,其特征在于,有以下步骤:1)取镁合金,按照机械除污、碱洗脱脂、酸洗活化顺序清洗所述镁合金的表面,再用纯 净水或去离子水快速清洗;2)将经步骤1清洗后的镁合金通电,3-5V电压下,迅速带电转入磷酸盐溶液浸泡,镁 合金挂在电解槽阴极,锌做阳极,电流调节到l-10A/dm2,常温下通电2-10分钟,磷酸盐溶 液为:磷酸二氢锌1-3克/升,硝酸镍0. 2-0. 5克/升,氟化钠0. 2-0. 4克/升,磷酸二氢 锰0. 1-0. 2克/升,十二烷基磺酸钠0. 05-0. 1克/升,硝酸钠0. 1-0. 2克/升,亚硝酸钠 0. 2-0. 4克/升,柠檬酸0. 1-0. 2克/升;3)取出镁合金,50°C -90°C热风吹干,在镁合金材料的表面形成磷酸锌-磷酸锰/ 锌_镍复合膜,即完成镁合金材料的表面处理。
  6. 6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述磷酸锌_磷酸锰/锌_镍复合膜的 厚度为1-3微米。
  7. 7.根据权利要求1或3或5所述的镁合金材料的表面处理方法,其特征在于:所述步 骤1)中的碱洗脱脂方法为:用5g/l氢氧化钠,10g/l磷酸钠,10g/l碳酸钠,2g/l表面活性 剂混合溶液洗涤,常温搅动处理Imin ;水洗。
  8. 8.根据权利要求1或3或5所述的方法,其特征在于:所述步骤1)中的酸洗活化方 法为:用11%的氢氟酸浸洗,除去剩余的氧化皮和污物,使表面更清洁有活性;常温处理 0. 5min,7jc洗。
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