CN101845662A - 一种镁合金表面处理方法以及采用该方法抛光的镁合金 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镁合金表面处理方法以及采用该方法抛光的镁合金，其特征在于，该方法包括对镁合金进行等离子抛光，其中，所述等离子抛光的方法包括：将镁合金与阳极相连，并浸入容纳有抛光液的电解槽中，以电解槽体为阴极，在酸性条件下进行等离子抛光，其中，电解槽的操作电压为260-400V的正向脉冲电压，操作温度为65-95℃，操作电压频率为10k-20kHz。经过上述表面处理方法抛光的镁合金，经过处理的镁合金表面粗糙度为1μm-5μm，表面反射率为50％-85％。经过本发明所提供的表面抛光的方法制备的镁合金的表面光滑，表面反射率高。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种镁合金表面处理方法以及采用该方法抛光的镁合金。
【背景技术】
镁合金是目前最轻的金属工程材料，其密度为1.74g/cm3，仅为铝的2/3、铁的1/4，同时具有比强度高，加工性能好的特点，在汽车、摩托车、航空航天、电子IT、军工产品等方面有着广阔的应用前景，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。但是，镁的化学性质活泼，稳定性低，标准电极电位较负(-2.36eV)，耐蚀性极差，即使在室温下也会在空气中发生氧化，表面氧化膜疏松且呈碱性，其pH值大约为10.5，不利于抛光。因此，耐蚀性差成为制约对其进行表面处理的一个主要因素。
而现在对金属件的外观要求越来越高，尤其是用于电子产品的金属件，对其表面粗糙度和表面反射率等参数的综合要求愈加严苛。一般金属件的表面处理包括抛光、阳极氧化、微弧氧化、电镀等。而抛光可作为金属件表面处理的优选工艺从而有效改善金属件表面性能，也可作为各种(包括特种功能)表面改性技术的前期工序，为后续处理提供方便。
未经过加工的镁合金工件表面为粗糙而无光泽，在生产镁合金过程中容易形成毛刺、毛边。传统上技术中，镁合金工件的表面处理分为，机械抛光、化学抛光、电弧抛光等抛光工艺，其中，采用机械抛光工艺需要投入相当大的人力及耗费相当多的时间，增加制造的问题及成本，且抛光效果差。在镁合金表面化学抛光工艺中，大多都采用铬酐、酚等进行处理，抛光效果较差，且容易造成环境污染，而在另一项现有技术中，采用电弧抛光的方法，该方法具体包括：将镁合金铸件与正电极相连，并且被浸入一含有电解液的电解槽中，电解槽的操作电压、操作电流及操作温度时被设定在一操作条件下使得该镁合金铸件的表面产生化学反应，利用在铸件表面产生的电弧对工件进行抛光处理，采用该方法对表面进行抛光虽然一定程度上改善了镁合金表面抛光效果，但通过该方法所生产的镁合金，具有表面粗糙度偏高，表面光泽度较低的缺点。
【发明内容】
本发明的目的是要提供一种镁合金表面处理方法，其特征在于，该方法包括对镁合金进行等离子抛光，其中，所述等离子抛光的方法包括：
将镁合金与阳极相连，并浸入容纳有抛光液的电解槽中，以电解槽体为阴极，在酸性条件下进行等离子抛光，其中，电解槽的操作电压为260-400V的正向脉冲电压，操作温度为65-95℃，操作电压频率为10K-20KHz。
本发明还提供的一种经过上述表面处理方法抛光的镁合金，经过处理的镁合金表面粗糙度为1um-5um，表面反射率为50％-85％。
经过本发明所提供的表面抛光的方法制备的镁合金的表面光滑，表面反射率高。
【具体实施方式】
本发明所提供的一种镁合金表面处理方法，该方法包括对镁合金进行等离子抛光。
通过大量实验，发明人发现在高频高压脉冲电场下，抛光液中产生非平衡等离子体。通过调整脉冲电场的波形和脉冲参数，使得抛光件表面上各点的能态在时间和空间上均处于聚变中，远离平衡过程，此时等离子体在抛光体表面产生强烈的交接作用，使得工件表面微观凸起部位迅速被击平而达到抛光效果。因此，相比传统的抛光方法，可大幅度提高镁合金工件的表面光泽度，降低表面粗糙度，高效的去除加工过程中产生的毛刺毛边，具体表现在表面粗糙度和表面反射率的同时提高。
而且，该方法具有抛光速度快，生产成本低的优势。此种最新抛光方法基于等离子体的轰击效果和抛光作用的原理，可适用于各种结构复杂的工件。另一方面，采用高频脉冲电场取代直流电场，在抛光过程中可以利用脉冲效应来加速抛光液的流动和更新，从而以更高效、更优的性能完成对工件的抛光，同时也可以节省生产过程所消耗的电能，降低生产成本。
本发明所提供的镁合金表面处理方法具体包括：将镁合金与阳极相连，并浸入容纳有抛光液的电解槽中，以电解槽体为阴极，在弱酸性条件下进行等离子抛光，其中，电解槽的操作电压为260-400V的正向脉冲电压，操作温度为65-95℃，操作电压频率为10K-20KHz，占空比为50％-90％。。
在优选情况下，电解槽的操作电压为300-360V，操作温度为85-95℃，电压频率为15K-20KHz。
本发明中采用方波脉冲，因为，方波能够提供集中的能量施加到工件上，能够在极短的时间内在工件表面激发等离子体形成气膜将工件与电解液隔离，从而最大效率的对工件进行等离子轰击作用，实现抛光效果。频率越高，也就意味着每个脉冲方波的间隙时间越短，上一个方波引起的等离子气膜刚要消退，下一个方波就又会激发起新的气膜，从而几乎可以形成连续的气膜，工件的抛光效果更佳。
上面提到的弱酸性条件下，是指pH值为6.5-7.0。
本发明中所提到的镁合金表面抛光工艺是在弱酸环境下进行镁合金工件抛光，这主要是利用酸性溶液对工件的腐蚀作用。它会优先腐蚀工件表面凸起的部分，从而最终得到表面粗糙度更好的工件。如果酸性较强，腐蚀过快，易导致过腐蚀。另一方面，腐蚀作用不利于提高工件的表面反射率，因而需要结合等离子的作用，对二者进行平衡调控才能实现最佳抛光效果。
本发明中，等离子抛光时间为30s-3min，抛光时间如果过长，容易导致镁合金工件表面被酸性溶液过度腐蚀；抛光时间太短，等离子体轰击作用不明显，工件表面光亮度差。
其中所述的抛光液含有钠盐和/或钾盐、光亮剂、整平剂。
钠盐选自氯化钠、碳酸钠、硝酸钠、磷酸钠、草酸钠、硫酸钠、乙酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种；钾盐选自碳酸钾、氯化钾、草酸钾、柠檬酸钾、乙酸钾中的一种或几种。光亮剂选自葡萄糖酸钠、糖精、淀粉、苯并三氮唑中的一种，上面提到的光亮剂可以通过商购获得。整平剂为本领域公知的各种光亮剂，如三乙醇胺、尿素、硫脲中的一种。钠盐和/或钾盐、光亮剂、整平剂的重量比为5-20∶0.5-1∶1.5-2，余量为水，优选情况下钠盐和/或钾盐、光亮剂、整平剂的重量比为10-15∶0.5-0.8∶1.5-1.7。
经过上述表面处理方法抛光的镁合金，其表面粗糙度为1um-5um，表面反射率可以达到50％-85％。
本发明提供上述镁合金表面处理方法的具体实施方式：
(a)经前处理后的工件浸于含钠盐和添加剂的热抛光液中，镁合金工件置于阳极，所述脉冲等离子抛光，是将前处理后的工件置于抛光液中，以工件为阳极，以抛光槽中四周的不锈钢板为阴极，施加高频高压方波脉冲电场进行等离子体抛光；
(b)抛光后经水洗、硬化、烘干得到工件。
其中，所述前处理为超声除油，目的是除去工件表面的油脂及其氧化物。超声除油的方法为本领域技术人员所公知的超声除油方法。本发明中采用：将金属件置于钠盐溶液中，加热至40℃，超声波清洗3-5分钟；纯水洗涤即得到超声除油后的金属件。所述钠盐溶液包含Na2CO3与Na3(PO3)2的混合溶液，其中Na2CO3的浓度为20g.L-1，Na3(PO3)2的浓度为25g.L-1。
抛光液中的钠盐为：氯化钠、碳酸钠、硝酸钠、磷酸钠、草酸钠、硫酸钠、乙酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种。抛光液温度为65-95℃，抛光液的PH值需控制在6-6.5，呈弱酸性，高频高压脉冲电场的形成条件为：260-400V的正向方波脉冲电压，脉冲电压频率为10K-20KHz，正向脉冲电压占空比为20-90％，优选情况下为50-90％，高频高压脉冲电场持续时间至少30秒，操作温度为85-95℃，抛光液中的添加剂为PH调节剂、整平剂、光亮剂，PH调节剂为柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、草酸中的一种或几种；整平剂为三乙醇胺、尿素、硫脲中的一种，整平剂的浓度为15g/L-20g/L；光亮剂为葡萄糖酸钠、糖精、淀粉、苯并三氮唑中的一种，光亮剂的浓度为5g/L-10g/L，所述的硬化为将抛光后的工件放置于70-90℃搅拌状态下的热纯水中1-3min，目的在于彻底去除工件表面的残余抛光液及形成钝化保护，防止抛光后的工件在后续使用中出现腐蚀。
下面就结合具体的实施例加以说明。
实施例1
该实施例用来说明本发明的镁合金工件表面处理方法。
(1)超声除油
将20g.L-1的Na2CO3与25g.L-1Na3(PO3)2的混合溶液1000mL加热到40℃。尺寸为150×50mm2的AZ91D型号镁合金工件，将上述镁合金在上述溶液中用超声波清洗5分钟。取出，降温至室温，再将工件在纯水中浸泡1分钟。
(2)脉冲等离子抛光
配制抛光液，将5g乙酸钠、1.5g的三乙醇胺、0.5g葡萄糖酸钠，93g水，配置成抛光液，加入0.1g/L的柠檬酸，将pH调节至6.5，加入去离子水配制成1L抛光液。
超声除油后的AZ91D型镁合金工件经过纯水洗后，放入抛光槽里采用等离子抛光。抛光处理条件：1)以抛光槽中四周的不锈钢板为阴极，工件为阳极，以上述抛光液为导电介质，操作温度为90℃，抛光2分钟；2)抛光条件为：将脉冲工作电压设定为340V，脉冲频率设定为10000Hz，占空比为90％。
抛光后的镁合金工件水洗、硬化、烘干得到金属件A。
实施例2
该实施例用来说明本发明的金属件表面处理方法。
与实施例1的不同点在于抛光时间为1分钟；脉冲工作电压设定为280V，脉冲频率为20000Hz，占空比为80％，操作温度为89℃。
抛光后的镁合金工件水洗、硬化、烘干得到金属件B。
实施例3
该实施例用来说明本发明的金属件表面处理方法。与实施例1的不同点在于抛光液的组成为20g的磷酸钠，1g苯并三氮唑，2g的尿素，77g水，配制成所需抛光液，其中，脉冲工作电压设定为280V，占空比为52％，操作电压频率为15000Hz，操作温度为85℃。抛光后的镁合金工件水洗、硬化、烘干得到金属件C。
实施例4
该实施例用来说明本发明的金属件表面处理方法。
与实施例1的不同点在于：脉冲工作电压设定为260V，正向脉冲电压占空比为50％，操作电压频率为17000Hz，pH值为6.5。
抛光后的镁合金工件水洗、硬化、烘干得到金属件D。
对比例1
将镁合金铸件浸入一含有5％草酸的电解槽中进行电弧抛光处理，该电解槽的操作电压为300V，操作电流为180A操作温度为95℃，操作时间为2分钟，经过抛光后得到的镁合金经过水洗、硬化、烘干后得到金属件R1。
对比例2
与实施例1的不同点在于：采用直流电源进行等离子抛光，而不是脉冲电源，直流电源的参数为320V，抛光时间2min。
抛光后的镁合金工件水洗、硬化、烘干得到金属件R2。
性能测试
表面粗糙度
根据GB/T 3505-2000进行表面粗糙度测试，以北京时代集团的TR200手持式粗糙度仪所测量。
表面反射率
根据GB2680-1994进行表面反射率测试，采用深圳开立特科技有限公司的ETF-05A型表面反射率测试仪所测定。
对金属件A-F进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1
| 金属件编号 | 表面粗糙度(μm) | 表面反射率(％) |
| A(实施例1) | 1 | 80 |
| B(实施例2) | 2 | 72 |
| C(实施例3) | 4 | 63 |
| D(实施例4) | 5 | 50 |
| 金属件编号 | 表面粗糙度(μm) | 表面反射率(％) |
| R1(对比例1) | 7 | 40 |
| R2(对比例2) | 6 | 74 |
由表1中可看出，本发明所提供的镁合金表面抛光方法与对比例2对应的直流等离子抛光相比，在表面反射率相近的情况下，能进更好的降低金属件的表面粗糙度。通过对比实施例1与对比例1的测试结果发现，经过本发明所提供的镁合金表面抛光方法制备的镁合金具有表面粗糙度低，表面反射率高的特点。
Claims (11)
1.一种镁合金表面处理方法，其特征在于，该方法包括对镁合金进行等离子抛光，其中，所述等离子抛光的方法包括：
将镁合金与阳极相连，并浸入容纳有抛光液的电解槽中，以电解槽体为阴极，在弱酸性条件下进行等离子抛光，其中，电解槽的操作电压为260-400V的正向脉冲电压，操作温度为65-95℃，操作电压频率为10K-20KHz，占空比50-90％。
2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中电解槽的操作电压为300-360V，操作温度为85-95℃，电压频率为15K-20KHz。
3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述的弱酸性条件为pH值为6.5-7.0。
4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述的电解槽的操作电压为正向方波脉冲电压。
5.根据权利要求1中所述的表面处理方法，其中，所述的等离子抛光的时间为30s-3min。
6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中所述的抛光液含有钠盐和/或钾盐、光亮剂、整平剂。
7.根据权利要求6所述的表面处理方法，其中所述的钠盐选自氯化钠、碳酸钠、硝酸钠、磷酸钠、草酸钠、硫酸钠、乙酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种；钾盐选自碳酸钾、氯化钾、草酸钾、柠檬酸钾、乙酸钾中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的表面处理方法，其中，所述的光亮剂选自葡萄糖酸钠、糖精、淀粉、苯并三氮唑中的一种。
9.根据权利要求6所述的表面处理方法，其中，所述的整平剂选自三乙醇胺、尿素、硫脲中的一种。
10.根据权利要求6所述的表面处理方法，其中，所述的钠盐和/或钾盐、光亮剂、整平剂的重量比为5-20∶0.5-1∶1.5-2。
11.一种经过权利要求1-10中任意一项所述表面处理方法抛光的镁合金，其特征在于，所述镁合金的表面粗糙度为1um-5um，表面反射率为50％-85％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100929 |