CN101748357A

CN101748357A - 镁合金表面的处理方法

Info

Publication number: CN101748357A
Application number: CN200810182715A
Authority: CN
Inventors: 张世颖; 李咸学; 陈玮珅; 柯懿原
Original assignee: National Yunlin University of Science and Technology
Current assignee: National Yunlin University of Science and Technology
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: CN101748357B

Abstract

一种镁合金表面的处理方法，其包括：一.准备步骤、二.融熔及均匀涂布步骤、三.热扩散步骤、及四.完成步骤；借前述步骤将一披覆合金置于一镁合金基材上，并对镁合金基材进行加热，使披覆合金均匀融熔于镁合金基材上；当加热达预定温度，披覆合金即于镁合金基材上产生热扩散作用；最后披覆合金于镁合金基材上形成一耐蚀的硬质层。本发明具备处理过程简单且结构稳定的优点，具有应用范围广泛的市场优势，且不会对环境造成影响。

Description

镁合金表面的处理方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面的处理方法。

背景技术

镁合金由于活性高，表面极易形成疏松多孔的氧化镁，特别是在酸性或硷性环境中容易锈蚀，为提升镁合金表面的耐蚀性，有利用化成处理、阳极处理、气相沉积法、无电电镀或电镀等方法。

化成处理多利用铬酸盐、磷酸盐或锰酸盐于镁合金表面形成耐蚀性的金属化合物(皮膜镀层)，这些常用的化成处理液的毒性及废液对环境会造成严重的污染。

而且一般化成处理的皮膜层质地软且薄，无法作为镁合金在抗蚀和耐磨性的表面层，通常只能作为镁合金表面处理涂覆的中间层。

若采用阳极处理，其所形成的镁合金氧化表层因具有多孔性且极为疏松，在耐蚀性的防护上效果不佳。

至于物理气相沉积或化学气相沉积必须在特殊的环境条件控制下完成，制程成本高且不易形成厚的镀层，在实用上受到严格的限制。

另外，因镁合金的标准还原电位为-2.36伏特(V)，而且化学活性高，在大气环境中易形成氧化镁(MgO)，因此利用电镀或无电电镀通常无法获得良好的镀层甚至于无法形成镀层。

而将锡与锌镀覆于镁合金表面，再以低温热处理(约190℃)的扩散进行镁合金表面处理，可使锡、锌等元素与镁形成如Mg2Sn等价金属，然而此种处理方式必须先利用电镀方式使锡、锌镀着于镁合金表面，另外产生镁合金电镀层附着性不佳的问题，且因锡与锌的还原电位不同，不易进行多元合金的覆镀层，多次的电镀过程亦增加制造的成本与复杂性。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种镁合金表面的处理方法，其具备处理过程简单且结构稳定的优点，具有应用范围广泛的市场优势，且不会对环境造成影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种镁合金表面的处理方法，其特征在于，包括下列步骤：

一.准备步骤：预先准备一镁合金基材及一披覆合金，该披覆合金是熔点低于该镁合金基材的低温活性结构；

二.融熔及均匀涂布步骤：将该披覆合金置于该镁合金基材上，并对该镁合金基材及该披覆合金进行加热，当该披覆合金呈融熔时，将其均匀涂布于该镁合金基材上；

三.热扩散步骤：当加热达预定温度，该披覆合金即于该镁合金基材上产生热扩散作用；

四.完成步骤：最后该披覆合金于该镁合金基材上形成一耐蚀的硬质层。

前述的镁合金表面的处理方法，其中准备步骤中：该镁合金基材是预先以砂纸将其粗糙面研磨成光滑面；该披覆合金是以熔炼方式而于真空、保护气氛其中的一种状态下制成；该披覆合金是选自锡锌合金、锡锌铝合金、锡锌稀土合金、锡锌铝稀土合金其中之一。

前述的镁合金表面的处理方法，其中锡锌合金包括重量百分比5％～50％的锌，其余为锡；所述锡锌铝合金包括重量百分比5％～40％的锌、重量百分比3％～10％的铝，其余为锡；所述锡锌稀土合金包括重量百分比5％～50％的锌、重量百分比0.05％～5％的稀土元素，其余为锡；所述锡锌铝稀土合金是重量百分比5％～40％的锌、重量百分比3％～10％的铝、重量百分比0.05％～5％的稀土元素，其余为锡。

前述的镁合金表面的处理方法，其中稀土元素是采用镧(La)、铈(Ce)、镤(Pr)、钕(Nd)、钜(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镏(Lu)、钇(y)、钪(Sc)的至少其中一种。

前述的镁合金表面的处理方法，其中融熔及均匀涂布步骤中：该镁合金基材是设加热器加热到预定温度，并使用刮板将披覆合金均匀涂布于该镁合金基材；该刮板的材质是选用不座钢、铝、钢、不易于其表面润湿的陶瓷、不易于其表面润湿的铁氟龙其中之一；并具备导热性差、不与披覆合金产生反应的特性；于该热扩散步骤中：该披覆合金是在低于摄氏200度的热处理温度下，进行扩散并与镁合金反应。

前述的镁合金表面的处理方法，其中加热器是选自电热板、加热炉其中之一；该披覆合金是加热到以披覆合金的合金熔化温度以上约20至30℃；该披覆合金是在低于披覆合金的熔化温度大约摄氏5至10度下扩散并与镁合金反应。

前述的镁合金表面的处理方法，其中完成步骤中，该披覆合金是于熔化温度下加热大约1～10小时，而于该镁合金基材表面形成耐蚀的硬质层；该硬质层是至少具备耐蚀性、抗磨、提升结合力、导电、导热、利于焊接、利于电镀及利于无电电镀的材质。

本发明的有益效果是，其具备处理过程简单且结构稳定的优点，具有应用范围广泛的市场优势，且不会对环境造成影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的流程示意图

图2是本发明的处理过程的示意图

图3A、图3B及图3C是图2所示的披覆合金于镁合金基材上进行热扩散的前、中、后的局部放大的示意图

图4是图2所示的镁合金基材的外观示意图

图5是图2所示的披覆合金设于镁合金基材上的示意图

图6是图2所示的表面处理完成的镁合金基材的示意图

图7是本发明的披覆合金包覆于镁合金基材的示意图

图8A、图8B、图8C及图8D是经本发明进行表面处理与未经本发明进行表面处理的两个镁合金基材进行腐蚀过程的比较示意图

图中标号说明：

11准备步骤 12融熔及均匀涂布步骤

13热扩散步骤 14完成步骤

20镁合金基材 21粗糙面

22光滑面 20A腐蚀部

30披覆合金 31反应层

30A硬质层 91刮板

92加热器 D1第一厚度

D2第二厚度

具体实施方式

参阅图1及图2，本发明为一种镁合金表面的处理方法，其包括下列步骤：

一.准备步骤11：准备一镁合金基材20(如图4所示)及一披覆合金30，该披覆合金30是熔点低于该镁合金基材20的低温活性结构；

二.融熔及均匀涂布步骤12：将该披覆合金30置于该镁合金基材20上(如图5所示)，并对该镁合金基材20及该披覆合金30进行加热，当该披覆合金30呈融熔态时，将其均匀涂布于该镁合金基材20上；

三.热扩散步骤13：当加热达到预定温度，该披覆合金30即于该镁合金基材20上产生扩散(如图3A、图3B及图3C所示)并与该镁合金基材20反应；

四.完成步骤14：最后该披覆合金30于该镁合金基材20上形成一耐蚀的硬质层30A(如图6所示)。

实际上，于该准备步骤11中，使用型号AZ31的镁合金基材20，且可预先以砂纸将该镁合金基材20的粗糙面21研磨成光滑面22(参阅图2)。

该披覆合金30可于真空或保护气氛下以熔炼方式配制；该披覆合金30是采用锡锌合金(Sn-Zn)、锡锌铝合金(Sn-Zn-Al)之一；且进一步又可添加至少一种稀土元素[稀土元素是包括：镧(La)、铈(Ce)、镤(Pr)、钕(Nd)、钜(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镏(Lu)、钇(y)、钪(Sc)等十七个元素，通常以符号“RE”为统称]，如此分别成为锡锌稀土合金(Sn-Zn-RE)、锡锌铝稀土合金(Sn-Zn-Al-RE)，至于各合金的比例部分则请参阅下表一：

(表一)

合金\元素	锡(Sn)	锌(Zn)	铝(Al)	稀土元素(RE)
合金\元素	锡(Sn)	锌(Zn)	铝(Al)	稀土元素(RE)	锡-锌(Sn-Zn)	剩余	5～50(％)	---	---
锡-锌-铝(Sn-Zn-Al)	剩余	5～40(％)	3～10(％)	---	锡-锌(Sn-Zn)	剩余	5～50(％)	---	---

合金\元素	锡(Sn)	锌(Zn)	铝(Al)	稀土元素(RE)
合金\元素	锡(Sn)	锌(Zn)	铝(Al)	稀土元素(RE)	锡-锌-稀土(Sn-Zn-RE)	剩余	5～50(％)	---	0.05～5(％)
锡-锌-铝-稀土(Sn-Zn-Al-RE)	剩余	5～40(％)	3～10(％)	0.05～5(％)	锡-锌-稀土(Sn-Zn-RE)	剩余	5～50(％)	---	0.05～5(％)

于该融熔及均匀涂布步骤12中，是以加热器92(例如电热板或加热炉)将该镁合金基材20加热到预定温度(例如摄氏250度，主要以披覆合金30的合金熔化温度以上约20至30℃为最佳)，并可使用刮板91将披覆合金30均匀的涂布于该镁合金基材20。

该刮板91的材质是选用不锈钢、铝、钢、披覆合金不易于其表面润湿的陶瓷、披覆合金不易于其表面润湿的铁氟龙其中之一。并具备导热性差、不与披覆合金30产生反应的特性为佳。

于该热扩散步骤13中，当达到预定(低)的热处理温度(例如低于摄氏200度，主要以低于披覆合金30的熔化温度约摄氏5至10度为佳)，该披覆合金30开始于该镁合金基材20表面形成一反应层31(如图3A及图3B所示，是显示该镁合金基材20与该披覆合金30开始相互扩散，并形成具有第一厚度D1的反应层31)，随着时间的增加，该反应层31随扩散反应而在该镁合金基材20表面逐渐增加厚度(如图3C所示，假设由该第一厚度D1再增加至一第二厚度D2)。

于该完成步骤14中，该披覆合金30是于热处理温度下加热约1～10小时，而与该镁合金基材20表面建立反应键结，并形成耐蚀的硬质层30A。当然，以前述步骤，亦可将该披覆合金30包覆于该镁合金基材20整个外表面(如图7所示)，仍不脱离本发明保护的范畴。

经本发明处理后的镁合金基材20其表面的硬质层30A至少具备耐蚀性、抗磨、提升结合力、导电、导热、利于焊接、利于电镀或利于无电电镀等表面加工。

以耐蚀性测试为例，在同样为5％氯化钠溶液中，将整个外表面包覆硬质层30A的镁合金基材20(如图8A所示)与表面无硬质层30A的镁合金基材20(如图8B所示)浸泡50小时，取出用显微镜观察两者腐蚀的结果，可以发现表面具有硬质层30A的镁合金基材20的显微组织经腐蚀后仍保留一定的完整性，只在硬质层30A表面上形成轻微损伤(如图8C所示的虚线区域及附件的照片A)，但是表面无硬质层30A的镁合金基材20，其显微组织显示表面腐蚀相当严重，于该镁合金基材20表面产生数量较多且面积相对较大的腐蚀部20A(如图8D所示的实线区域及附件的照片B)，故可验证出本发明所提供的镁合金表面处理方法具有良好的耐蚀性。综上所述，本发明的优点及功效可归纳为：

[1]处理过程简单且结构稳定。本发明只要将披覆合金置放于镁合金基材上，在一般大气压力下，经融熔与热扩散(只是温度高低与时间长短的不同)两步骤，即使披覆合金变成镁合金基材表面的硬质层，处理过程相当简单而完成后的硬质层相当稳定。

[2]应用范围广泛。本发明同时具备耐蚀性、抗磨、提升结合力、导电、导热、利于焊接、利于电镀或利于无电电镀等功效，故可广泛应用于例如笔记型电脑外壳、笔记型电脑零件、手机外壳、手机零件等高科技电子领域件；更适用须在腐蚀环境下使用的结构，例如：车辆零组件、工业机械、物料搬运设备与印刷机械等。

[3]不会对环境造成影响。本发明不需使用化成处理、阳极处理、气相沉积法、无电电镀或电镀，故，前述处理因使用具毒性处理液、产生废液等易造成环境污染的问题，本发明都予以革除，故，不会对环境造成影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。

【附件】

照片A为镁合金使用本发明所提供的表面处理方法后经盐水腐蚀后的显微组织。

照片B为未经表面处理的镁合金经盐水腐蚀后的显微组织。

Claims

1.一种镁合金表面的处理方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的镁合金表面的处理方法，其特征在于：所述准备步骤中：

该镁合金基材是预先以砂纸将其粗糙面研磨成光滑面；

该披覆合金是以熔炼方式而于真空、保护气氛其中的一种状态下制成；

该披覆合金是选自锡锌合金、锡锌铝合金、锡锌稀土合金、锡锌铝稀土合金其中之一。

3.根据权利要求2所述的镁合金表面的处理方法，其特征在于：

所述锡锌合金包括重量百分比5％～50％的锌，其余为锡；

所述锡锌铝合金包括重量百分比5％～40％的锌、重量百分比3％～10％的铝，其余为锡；

所述锡锌稀土合金包括重量百分比5％～50％的锌、重量百分比0.05％～5％的稀土元素，其余为锡；

所述锡锌铝稀土合金是重量百分比5％～40％的锌、重量百分比3％～10％的铝、重量百分比0.05％～5％的稀土元素，其余为锡。

4.根据权利要求3所述的镁合金表面的处理方法，其特征在于：所述稀土元素是采用镧(La)、铈(Ce)、镤(Pr)、钕(Nd)、钜(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镏(Lu)、钇(y)、钪(Sc)的至少其中一种。

5.根据权利要求1所述的镁合金表面的处理方法，其特征在于：

所述融熔及均匀涂布步骤中：

该镁合金基材是设加热器加热到预定温度，并使用刮板将披覆合金均匀涂布于该镁合金基材；

该刮板的材质是选用不座钢、铝、钢、不易于其表面润湿的陶瓷、不易于其表面润湿的铁氟龙其中之一；并具备导热性差、不与披覆合金产生反应的特性；

于该热扩散步骤中：

该披覆合金是在低于摄氏200度的热处理温度下，进行扩散并与镁合金反应。

6.根据权利要求5所述的镁合金表面的处理方法，其特征在于：

该加热器是选自电热板、加热炉其中之一；

该披覆合金是加热到以披覆合金的合金熔化温度以上约20至30℃；

该披覆合金是在低于披覆合金的熔化温度大约摄氏5至10度下扩散并与镁合金反应。

7.根据权利要求1所述的镁合金表面的处理方法，其特征在于：

所述完成步骤中，该披覆合金是于熔化温度下加热大约1～10小时，而于该镁合金基材表面形成耐蚀的硬质层；

该硬质层是至少具备耐蚀性、抗磨、提升结合力、导电、导热、利于焊接、利于电镀及利于无电电镀的材质。