CN102220576B - 镁合金表面化学处理溶液及表面化学处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镁合金表面化学处理溶液及表面化学处理方法。根据本发明的镁合金表面化学处理溶液用于在镁合金表面生成光亮的转化膜，每升所述表面化学处理溶液包括乳酸10-200毫升、硝酸钠0.5-10克、磷酸20-500毫升和氯化亚锡0.1-10毫克，余量为水。根据本发明制得的镁合金表面转化膜附着力好，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，并且表面光泽度好可以直接用于各种装饰品上。另外，本发明的镁合金表面化学处理方法成本低、工艺简单、易于控制、适于大批量的工业化生产。

Description

镁合金表面化学处理溶液及表面化学处理方法

技术领域

本发明涉及镁合金表面处理技术，具体地说涉及一种镁合金表面化学处理溶液及表面化学处理方法。

背景技术

在目前的生产、生活中，基于轻量化的需要，镁合金由于密度小、比强度高等特点开始广泛应用于自行车、汽车、3C产品等领域，成为一种新兴的结构材料。然而，由于镁合金表面非常活泼，容易被腐蚀氧化，而且大部分的镁合金产品都要求外露金属光泽。因此镁合金的表面处理显得越来越重要。

在镁合金表面烤漆不可能达到金属光泽的要求，而且必须经过钝化或者化学转化膜处理，烤漆的附着力才能够保证。这不仅增加了生产成本，而且钝化处理后的产品外观没有镁合金本身的金属质感效果。

另外，现在也有些厂家使用化学抛光技术，化学抛光技术虽然具有工艺简单的特点，但是在操作过程中会有大量的有害气体释放，而且抛光溶液中含有部分有害重金属元素，对环境污染特别严重，因此这种技术被限制使用并将逐渐被取缔。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的上述不足而作出的，旨在提供一种既可以体现金属外观，又环保的镁合金表面化学处理溶液及表面化学处理方法。

根据本发明的一个方面，提供一种镁合金表面化学处理溶液，每升该表面化学处理溶液包括乳酸10-200毫升、硝酸钠0.5-10克、磷酸20-500毫升和氯化亚锡0.1-10毫克，余量为水。

根据本发明的表面化学处理溶液，每升该表面化学处理溶液包括乳酸180毫升、硝酸钠1克、磷酸500毫升和氯化亚锡0.1毫克，余量为水。

根据本发明的另一方面，提供一种镁合金表面化学处理方法，所述处理方法包括如下步骤：a.脱脂，用碱溶液洗涤镁合金，以去除表面的有机油污；b.水洗，用自来水冲洗脱脂后的镁合金，以去除表面残留的脱脂用碱溶液；c.烘干，将经过水洗的镁合金进行烘干；d.成膜，将烘干后的镁合金浸入到成膜用的表面化学处理溶液中，以在镁合金的表面上形成转化膜；e.表调，使用表调碱溶液将形成有转化膜的镁合金表面上的氧化膜清除；f.水洗，使用蒸馏水清洗表调后的镁合金；以及g.烘干，将纯水洗后的镁合金进行烘干。

根据本发明的镁合金表面化学处理方法，在所述脱脂步骤之前还包括预处理步骤，所述预处理步骤用于对镁合金进行研磨，以去除镁合金表面的异物并减小表面粗糙度。

根据本发明的镁合金表面化学处理方法，在所述烘干步骤之后还包括涂油步骤，所述涂油步骤用于在烘干后的镁合金的表面涂覆光亮油。

根据本发明的镁合金表面化学处理方法，在所述脱脂步骤中使用的碱溶液为氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠、三乙醇胺、乳化剂和磷酸三钠的混合溶液，其中所述混合溶液以水为溶剂每升溶液包括氢氧化钠5-250克、硅酸钠5-120克、碳酸钠10-250克、三乙醇胺1-20克、乳化剂0.5-10克和磷酸三钠1-120克。

根据本发明的镁合金表面化学处理方法，所述表调碱溶液为氢氧化钠与硝酸钙或硝酸钠的混合溶液，所述表调碱溶液以水为溶剂，每升溶液包括氢氧化钠10-180克和硝酸钙或硝酸钠10-40克。

根据本发明的镁合金表面化学处理方法，在所述成膜步骤中，成膜温度为20-80℃，成膜时间为1-10分钟。

本发明具有如下优点：

1、根据本发明处理过的镁合金产品，不含六价铬等有害重金属元素，减少了对环境的污染；

2、根据本发明处理过的镁合金产品，其表面转化膜的表面平整、光泽度好，外观目视效果良好，可以直接用于各种装饰品上；

3、本发明成分简单，易于控制，不含易分解成分，工艺稳定；

4、本发明原料易得，成本低，适于大批量的工业化生产。

附图说明

图1为示出根据本发明的实施例的镁合金表面化学处理过程的流程图。

图2为根据本发明的实施例生成的镁合金光亮转化膜的效果图。

具体实施方式

现在，参照附图详细说明本发明的示例性实施例。

第一实施例

下面，参照图1详细描述根据本发明的第一实施例的镁合金表面化学处理过程。在本发明中镁合金可以是例如挤压态的AZ31B镁合金或压铸态的AM60B镁合金，然而本发明并不局限于此，也适用于其它类型的镁合金。

图1示出了根据本发明的镁合金表面化学处理过程的流程图。如图1所示，首先在步骤S1中对镁合金样品进行预处理，例如用喷砂或砂纸研磨镁合金样品表面，以去除毛刺、牢固的氧化物、挤压用润滑剂、脱模剂、铸造砂、切削油等异物，减小表面粗糙度。

接下来，在步骤S2中将预处理后的镁合金样品放入脱脂用碱溶液中进行洗涤，以去除样品表面的有机油污。其中脱脂用碱溶液可以为氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠、三乙醇胺、乳化剂(OP-10)和磷酸三钠的混合溶液，该混合溶液以水为溶剂，每升溶液含有：氢氧化钠5-250克、硅酸钠5-120克、碳酸钠10-250克、三乙醇胺1-20克、乳化剂0.5-10克和磷酸三钠1-120克。脱脂温度可以控制在50-100℃，脱脂时间为3-10分钟。

优选的方案是，在本实施例中脱脂用碱溶液的浓度为：每升溶液包括氢氧化钠20g、硅酸钠20g、碳酸钠10g、三乙醇胺2g、乳化剂5g以及磷酸三钠10g，脱脂温度为60℃，脱脂时间为8分钟。

接着，在步骤S3中，在室温下用自来水冲洗脱脂后的镁合金样品，以彻底洗净其表面残留的脱脂溶液。然后，在步骤S4中，对镁合金样品进行烘干，以除去水分。

在步骤S5中，将烘干后的镁合金样品浸入预先配制好的镁合金表面化学处理溶液中，以在样品表面生成转化膜。

成膜所用的镁合金表面化学处理溶液可以为乳酸、硝酸钠、磷酸和氯化亚锡的混合溶液，其浓度为每升溶液含有：乳酸10-200毫升、硝酸钠0.5-10克、磷酸20-500毫升和氯化亚锡0.1-10毫克，其余为水。成膜温度可以控制在20-80℃，成膜时间可以为1-10分钟。

在本实施例中，优选的方案是，成膜所用的镁合金表面化学处理溶液的浓度为每升溶液含有乳酸180毫升，硝酸钠1克，磷酸500毫升以及氯化亚锡0.1毫克，其余为水。成膜温度优选为30℃，成膜时间为10分钟。

在镁合金样品表面生成转化膜之后，在步骤S6中将成膜后的镁合金样品浸入到碱溶液中进行表面成分调节(以下简称为表调)，并彻底清除样品表面上的氧化膜，使得样品外观效果均匀良好。

表调用碱溶液可以为氢氧化钠与硝酸钙或硝酸钠的混合溶液，其以水为溶剂，浓度可以为每升溶液包含氢氧化钠10-180g和硝酸钙或硝酸钠10-40g。表调温度可以控制在20-100℃，表调时间可以为20-80秒。

在本实施例中，优选的方案是，表调用碱溶液的浓度为每升溶液包含氢氧化钠30g和硝酸钠30g，表调温度为80℃，时间为30秒。

在进行表调之后，在步骤S7中在室温下用蒸馏水清洗镁合金样品的表面，以去除残留在其上的溶液。用蒸馏水取代自来水进行清洗是为了避免镁合金材料直接与自来水中的氯离子接触。另外，优选的方案是，采用加热后的蒸馏水清洗镁合金样品的表面，以使样品在最短时间内能够起到自行干燥的作用，实现完整的光亮效果。然后，在步骤S8中对镁合金样品进行烘干。

可选的方案是，为了增强经过表面化学处理的镁合金样品表面的耐腐蚀性及耐磨性，在步骤S9中，在烘干后的镁合金样品表面涂覆光亮油，并进行烘干。通过在镁合金样品表面涂覆光亮油，不但增强镁合金样品表面的耐腐蚀性及耐磨性，同时也保持了镁合金原有的金属质感。

另外，由于镁合金材料本身很容易氧化，所以在涂覆光亮油时最好选择与镁材质匹配的光亮油(例如，偏碱性的光亮油、含氟类的光亮油等)，否则加工后的镁合金产品在短时间内表面可能会出现黄色斑点。

采用X射线衍射仪(XRD)对根据本实施例生成的镁合金表面转化膜的成分进行分析，得到该转化膜的主要成分为氢氧化镁。此外，按GB/T10125-1997标准对根据本实施例处理的镁合金样品进行盐雾试验，在连续喷雾100小时的情况下，其耐蚀性可达8至9级。

图2示出了根据本实施例生成的镁合金光亮转化膜的外观图。如图2所示，根据本实施例生成的镁合金光亮转化膜附着力强，且表面平整、光泽度好。

第二实施例

下面，描述根据本发明的第二实施例。

在该实施例中，对镁合金材料进行表面处理的方法与上述第一实施例相同。下面仅就与第一实施例的不同之处进行说明。

在该实施例中，在步骤S2的脱脂处理中，脱脂用碱溶液的浓度为氢氧化钠200g、硅酸钠40g、碳酸钠50g、三乙醇胺6g、乳化剂2g、磷酸三钠100g，脱脂温度为80℃，脱脂时间为5分钟。

另外，在该实施例中，在步骤S5的成膜处理中，成膜所用的镁合金表面化学处理溶液的浓度为每升溶液含有乳酸100毫升，硝酸钠5克，磷酸400毫升以及氯化亚锡3毫克，其余为水。成膜温度优选为50℃，成膜时间为5分钟。

在步骤S6的表调处理中，表调用碱溶液的浓度为每升溶液包含氢氧化钠50g/l和硝酸钙20g/l，表调温度为40℃，表调时间为60秒。

此外，在步骤S7的纯水洗处理中，先将表调后的镁合金样品在室温下纯水洗大约10秒钟，然后用热纯水清洗约10秒钟。之后在步骤S8中进行烘干，烘干温度可以为100℃，烘干时间约20分钟。此处，给出的烘干温度和时间的数值，仅是示例性的，本发明不限于此，只有能够实现烘干的效果即可。之后在步骤S9中将经过上述处理的镁合金样品表面涂覆一层光亮油并进行烘干，以提高镁合金样品表面的耐腐蚀性和耐磨性，同时保持了镁合金的原金属质感。

采用X射线衍射仪对根据本实施例的上述步骤生成的镁合金表面转化膜的成分进行分析，得到该转化膜的主要成分为氢氧化镁。此外，按GB/T10125-1997标准对根据本实施例处理的镁合金样品进行盐雾试验，在连续喷雾100小时的情况下，其耐蚀性可达8至9级。

第三实施例

下面，描述根据本发明的第三实施例。

在本实施例中，对镁合金材料进行表面处理的方法与上述第一实施例相同。下面仅就与第一实施例和第二实施例的不同之处进行说明。

在本实施例中，在进行脱脂处理之前，可以先对经过预处理的镁合金样品进行水洗，以去除表面的磨屑等。

另外，在本实施例中，在步骤S2的脱脂处理中，脱脂用碱溶液的浓度为氢氧化钠100g/l、硅酸钠80g/l、碳酸钠100g/l、三乙醇胺10g/l、乳化剂8g/l、磷酸三钠60g/l，并且脱脂温度为50℃，脱脂时间为10分钟。

在本实施例中，在步骤S5的成膜处理中，成膜所用的镁合金表面化学处理溶液的浓度为每升溶液含有乳酸50毫升，硝酸钠8克，磷酸300毫升以及氯化亚锡10毫克，其余为水。成膜温度优选为80℃，成膜时间为3分钟。

在步骤S6的表调处理中，表调用碱溶液的浓度为每升溶液包含氢氧化钠150g/l和硝酸钙10g/l，表调温度为20℃，表调时间为60秒。

之后，与第一实施例相同，对表调后的镁合金样品进行纯水清洗，烘干，然后在表面涂覆一层光亮油。

采用X射线衍射仪对根据本实施例生成的镁合金表面转化膜的成分进行分析，得到该转化膜的主要成分为氢氧化镁。此外，按GB/T10125-1997标准对根据本实施例处理的镁合金样品进行盐雾试验，在连续喷雾100小时的情况下，其耐蚀性可达8至9级。

根据本发明处理的镁合金样品，其表面转化膜附着力好，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，并且表面平整、光泽度好，外观目视效果良好，可以直接用于各种装饰品上。

另外，本发明的镁合金表面化学处理方法成本低、工艺简单、易于控制、适于大批量的工业化生产，而且在整个处理过程中不使用氟化物、六价铬等有害物质，有利于人身健康和环境保护。

虽然在上述实施例中例举了AZ31B和AM60B作为镁合金的示例，但本发明的上述表面化学处理溶液及表面化学处理方法不但适用于AZ31和AM60镁合金，而且适用于其它类型的镁合金。

另外，在本发明的上述实施例中，对于清洗的时间和烘干的温度等以具体数值的形式进行了例示，然而本发明不限于此，只要能够实现清洗和烘干的目的即可。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有变型、等同结构及功能。

Claims (7)

1.一种镁合金表面化学处理溶液，其特征在于，每升该表面化学处理溶液包括乳酸10-200毫升、硝酸钠0.5-10克、磷酸20-500毫升和氯化亚锡0.1-10毫克，余量为水。

2.根据权利要求1所述的表面化学处理溶液，其特征在于，每升该表面化学处理溶液包括乳酸180毫升、硝酸钠1克、磷酸500毫升和氯化亚锡0.1毫克，余量为水。

3.一种镁合金表面化学处理方法，其特征在于，所述处理方法包括如下步骤：

a.脱脂，用碱溶液洗涤镁合金，以去除表面的有机油污；

b.水洗，用自来水冲洗脱脂后的镁合金，以去除表面残留的脱脂用碱溶液；

c.烘干，将经过水洗的镁合金进行烘干；

d.成膜，将烘干后的镁合金浸入到根据权利要求1或2所述的表面化学处理溶液中，以在镁合金的表面上形成转化膜；

e.表调，使用表调碱溶液将形成有转化膜的镁合金表面上的氧化膜清除，其中所述表调碱溶液为氢氧化钠与硝酸钙或硝酸钠的混合溶液，所述表调碱溶液以水为溶剂，每升溶液包括氢氧化钠10-180克和硝酸钙或硝酸钠10-40克；

f.纯水洗，使用蒸馏水清洗表调后的镁合金；以及

g.烘干，将纯水洗后的镁合金进行烘干。

4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法在所述脱脂步骤之前还包括预处理步骤，所述预处理步骤用于对镁合金进行研磨，以去除镁合金表面的异物并减小表面粗糙度。

5.根据权利要求3或4所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法在所述烘干步骤g之后还包括涂油步骤，所述涂油步骤用于在烘干后的镁合金的表面涂覆光亮油。

6.根据权利要求3或4所述的处理方法，其特征在于，在所述脱脂步骤中使用的碱溶液为氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠、三乙醇胺、乳化剂和磷酸三钠的混合溶液，其中所述混合溶液以水为溶剂，每升溶液包括氢氧化钠5-250克、硅酸钠5-120克、碳酸钠10-250克、三乙醇胺1-20克、乳化剂0.5-10克和磷酸三钠1-120克。

7.根据权利要求3或4所述的处理方法，其特征在于，在所述成膜步骤中，成膜温度为20-80℃，成膜时间为1-10分钟。

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