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

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。