CN102776540A - 一种镁合金表面处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁合金表面处理工艺。所述工艺包括以下步骤：1）机械粗化并精整镁合金表面；2）脱脂；3）化学蚀刻：使镁合金表面接触含有磷酸化合物的水溶液；4）表面活化；5）水洗干燥。本发明有效地控制表面的磨损速度，达至均匀的微处理表面，以确保镁合金基体与镀层等结合力良好，可以提高后续真空溅镀的附着性，提高了工件的耐腐蚀性；而且由于实现了工业自动化，节省了人力，改善了工人的劳动环境。

Description

一种镁合金表面处理工艺

技术领域

本发明涉及一种表面处理工艺，具体涉及一种镁合金表面处理工艺。

背景技术

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm³左右），比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。

镁合金具有优良的电磁屏蔽性及回收性等。近年来镁合金在电子产品，汽车零部件，轻提式工具等领域的应用越来越广泛，极具发展潜质。但镁合金比较活泼，在生产过程中很容易与空气中的氧气及水气迅速氧化，形成氧化膜，导致电镀层与镁合金基体的附着力差。为改善镁合金的防腐性及提供多样化的外观效果，镁产品必须配合适当的表面处理才能使用。传统的活化工艺，主要是利用化学方法，清除表面氧化物及粗化金属表面，以增强附着性。但由于镁合金的活性极高，令化学反应很难控制，甚至表面出现被过度侵蚀，影响产品的光洁度及耐腐蚀性能。

有研究认为耐蚀性能的提高是由于自然氧化物的致密化、注入离子的辐射和形成镁的氮化物的结果。所得改性层的性能与所注入离子的量和改性层的厚度有关，而基体表面的MgO对改性层的耐蚀性能的提高也有一定的促进作用。气相沉积即蒸发沉积涂层，有物理气相沉积(PVD）和化学气相沉积(CVD）两种。它是利用能使镁合金中的Fe、Mo、Ni等杂质含量大幅度降低，同时利用涂层覆盖基体的各种缺陷，避免形成局部腐蚀电池，从而达到改善防腐性能的目的。

CN 1584127A涉及一种表面处理工艺，特别是关于一种镁合金表面活化工艺，其特征是：它先采用机械粗化，达至均匀的微粗化表面，精整镁合金表面；再用电解除油除去工件表面的油污、再用活化液活化镁合金表面，有效地控制表面的磨损速度，达至均匀的微处理表面，以确保镁合金基体与镀层等结合力良好。所述机械粗化是采用湿式滚动机械研磨镁合金表面。

CN 1939666A公开一种镁合金表面前处理方法，在对该镁合金材料表面进行涂装或者电镀之前，包括以下步骤：步骤一：用干式喷砂机对镁合金材料表面进行喷砂处理，使用自然物的砂粒；步骤二：用清水冲洗或者高压气枪吹的方式将镁合金材料表面清洁干净。

现有的镁合金表面处理工艺，镁合金表面附着力以及耐腐蚀能力均需改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金表面活化工艺，它能提高镁合金在电镀或涂装时镁合金基体与镀层或油漆层的结合力的同时，不会对工件产生过腐蚀。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种镁合金表面处理工艺，所述工艺包括以下步骤：

1）机械粗化并精整镁合金表面；

2）脱脂；

3）化学蚀刻：使镁合金表面接触至含有磷酸化合物的水溶液；

4）表面活化；

5）水洗干燥。

本发明所述机械粗化是采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理，达至均匀的微粗化表面。

进一步地，喷砂机所用砂粒选自棕刚玉、白刚玉、铁砂或玻璃珠中的一种或至少两种的混合物，例如白刚玉，棕刚玉/玻璃珠，棕刚玉/白刚玉/铁砂等。本发明通过喷砂处理镁合金工件，工件表面的不平整、毛边与沙孔都用砂粒清除干净，同时能够清除表面的氧化层，由于砂粒的充分接触研磨，喷砂处理的质量可靠。

本发明步骤2）所述脱脂采用电解除油除去工件表面的油污。其他脱脂方法均可用于本发明。

进一步地，电压选择在3~10伏，例如3.1~9.8伏，5~7伏，6伏等，进一步优选5~8伏，最优选6伏。

进一步地，温度控制在25~60℃，例如25.5~58℃，32~50℃，38~45℃，42℃等，进一步优选32~50℃，最优选45℃。

本发明步骤3）所述含有磷酸化合物的水溶液为含有磷酸化合物的正磷酸、磷酸、焦磷酸、三聚磷酸或碱金属盐中的一种或至少两种的混合物；

进一步地，磷酸化合物浓度为20~245g/L，例如21~243g/L，40~200g/L，63~170g/L，80~132g/L，95~120g/L，106g/L等，进一步优选35~130g/L，最优选80g/L。

进一步地，其pH为2.5~10，例如可选择2.6~9.8，4~8，4.7~5.6，5等，进一步优选为5~8，最优选为7。

步骤4）所述的表面活化为将工件在表面活性液内浸泡。

进一步地，浸泡时间为至少30s，例如32s，1.5min，5min，11min，20min等，进一步优选1~10min，最优选6min。

进一步地，浸泡温度为常温。

本发明所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸2~45，有机膦酸0.8~30，表面活性剂3~40，氧化剂10~25，有机羧酸1~40，胺基磺酸盐8~22。

所述无机酸可以为各种无机酸，如磷酸、硫酸、盐酸、焦磷酸、三聚磷酸、硝酸中的一种或至少两种的混合物，优选焦磷酸，焦磷酸是磷酸的多聚态，酸洗效果好，用量少。无机酸的重量份数可选择2.2~43，11~30，18~25，22等。

所述有机膦酸可以是各种常规的有机膦酸，如1,2-羟基膦酰基乙酸、氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙基三胺五亚甲基膦酸或氮川三甲撑膦酸中的一种或至少两种的混合物，优选羟基亚乙基二膦酸。有机膦酸能够与有机羧酸一样起到去除镁合金表面的杂质的作用，同时有机膦酸还能起到螯合剂的作用，选择性地去除作为酸洗残渣主要组分的铝化合物。其重量份数可选择1~28，6~23，12~19，16等。

所述表面活性剂可以为各种表面活性剂，如烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、烷基醇酰胺、十二烷基苯磺酸钠、烷基醇聚氧乙烯、脂肪醇醚磷酸酯或十二酸二乙醇酰胺中的一种或至少两种的混合物。表面活性剂可以活化基材表面，降低表面张力，使得酸洗过程中的黑灰产物、渣子、尘土等更容易从基材表面脱离。其重量份数可选择3.5~38，8~30，12~27，18~24，21等。

所述氧化剂可以是各种常规的氧化剂，如Fe³⁺的可溶性盐、可溶性偏钒酸盐、次氯酸及其盐中的一种或几种；Fe³⁺的可溶性盐可以是硝酸铁、硫酸铁、氯化铁中的任意一种或几种，可溶性偏钒酸盐可以是偏钒酸钠、偏钒酸氨、偏钒酸钾中的一种或几种，次氯酸盐可以是次氯酸钠、次氯酸氨、次氯酸钾中的一种或几种，优选硝酸铁。氧化剂的存在使得镁合金金属离子的电化学电位差增加，阴阳极反应加快、反应更容易进行，从而使得反应得以更彻底、迅速的进行。其重量份数可选择10.2~24.5，13~22，16~20，17等。

所述有机羧酸选自柠檬酸、乙酸、酒石酸、丙二酸、乳酸、丁二酸、草酸、丁酸、苯甲酸、甲酸或乙二胺四乙酸中的一种或至少两种的混合物，进一步优选乳酸。当本发明组合物中含有乳酸时，该组合物的酸洗过程更加缓和，对镁合金表面的残留物清洗更加彻底，因此本发明优选有机梭酸为乳酸。其重量份数可选择1.2~38，9~30，15~23，18~20等。

所述胺基磺酸盐的重量份数可选择8.2~21，10~18，13~15等。

所述的表面活性液还包括缓蚀剂。缓蚀剂的重量份数可选择2~35，7~28，13~25，16~20等。

进一步地，所述缓蚀剂选自硫脲、水溶性苯并三唑、乙醇、异丙醇、六次(亚)甲基四胺或烷基咪唑琳中的一种或至少两种的混合物，例如乙醇，异丙醇/六次(亚)甲基四胺，硫脲/水溶性苯并三唑/烷基咪唑琳等。

作为优选技术方案，所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸13~40，有机膦酸3~15，表面活性剂10~23，氧化剂15~20，有机羧酸17~30，胺基磺酸盐13~18。

作为最优选技术方案，所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸22，有机膦酸11，表面活性剂16，氧化剂17，有机羧酸25，胺基磺酸盐15。

本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述表面活性液不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

一种镁合金表面处理工艺，所述工艺工艺条件经优化包括以下步骤：

1）采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理并精整镁合金表面；

2）采用电解除油除去工件表面的油污；电解电压为3~10伏，温度控制在25~60℃；

3）化学蚀刻为使镁合金表面接触至含有磷酸化合物的水溶液；

4）表面活化为将工件在常温的表面活性液内浸泡至少30s；所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸2~45，有机膦酸0.8~30，表面活性剂3~40，氧化剂10~25，有机羧酸1~40，胺基磺酸盐8~22；

5）水洗干燥。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明有效地控制表面的磨损速度，达至均匀的微处理表面，以确保镁合金基体与镀层等结合力良好。

本发明能大大提高镁合金在经过电镀及涂装处理工序时与电镀层或漆膜的结合力，同时克服了普通化学活化工艺带来的过腐蚀现象。

本发明通过喷砂处理镁合金材料，可以提高后续真空溅镀的附着性；而且由于实现了工业自动化，节省了人力，改善了工人的劳动环境。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1一种镁合金的表面处理方法，包括以下步骤：

1）采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理并精整镁合金表面；喷砂机所用砂粒为棕刚玉；

2）采用电解除油除去工件表面的油污；电解电压为3伏，温度控制在25℃；

3）化学蚀刻为使镁合金表面接触正磷酸盐的水溶液；正磷酸盐的浓度为20g/L，pH为5；

4）表面活化为将工件在常温的表面活性液内浸泡30s；所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸2，有机膦酸3，表面活性剂10，氧化剂25，柠檬酸10，胺基磺酸盐8；

5）水洗干燥。

实施例2一种镁合金的表面处理方法，包括以下步骤：

1）采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理并精整镁合金表面；喷砂机所用砂粒为白刚玉和玻璃珠；

2）采用电解除油除去工件表面的油污；电解电压为5伏，温度控制在60℃；

3）化学蚀刻为使镁合金表面接触正磷酸盐的水溶液；正磷酸盐的浓度为130g/L，pH为2.5；

4）表面活化为将工件在常温的表面活性液内浸泡10min；所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸45，有机膦酸30，表面活性剂23，氧化剂15，柠檬酸/酒石酸30，胺基磺酸盐13；硫脲21；

5）水洗干燥。

实施例3一种镁合金的表面处理方法，包括以下步骤：

1）采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理并精整镁合金表面；喷砂机所用砂粒为铁砂；

2）采用电解除油除去工件表面的油污；电解电压为10伏，温度控制在32℃；

3）化学蚀刻为使镁合金表面接触焦磷酸盐的水溶液；焦磷酸盐的浓度为245g/L，pH为10；

4）表面活化为将工件在常温的表面活性液内浸泡1min；所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸13，有机膦酸15，表面活性剂3，氧化剂10，苯甲酸/甲酸17，胺基磺酸盐13；乙醇12；

5）水洗干燥。

实施例4一种镁合金的表面处理方法，包括以下步骤：

1）采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理并精整镁合金表面；喷砂机所用砂粒为棕刚玉/铁砂；

2）采用电解除油除去工件表面的油污；电解电压为8伏，温度控制在50℃；

3）化学蚀刻为使镁合金表面接触三聚磷酸盐的水溶液；三聚磷酸盐的浓度为35g/L，pH为8；

4）表面活化为将工件在常温的表面活性液内浸泡15min；所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸40，有机膦酸0.8，表面活性剂40，氧化剂20，柠檬酸30，胺基磺酸盐18；

5）水洗干燥。

实施例5一种镁合金的表面处理方法，包括以下步骤：

1）采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理并精整镁合金表面；喷砂机所用砂粒为铁砂/玻璃珠；

2）采用电解除油除去工件表面的油污；电解电压为6伏，温度控制在45℃；

3）化学蚀刻为使镁合金表面接触正磷酸盐的水溶液；正磷酸盐的浓度为80g/L，pH为7；

4）表面活化为将工件在常温的表面活性液内浸泡6min；所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸22，有机膦酸11，表面活性剂16，氧化剂17，乳酸25，胺基磺酸盐15；

5）水洗干燥。

对比实施例

将CN1584127A公开的技术方案作为本发明的对比实施例：

在滚筒机内用夹具将工件夹好，用浮石50%、SiO₂25%、MgO26%、H₂O配制成研磨液，水与固体的体积比是1∶3，时间用60min，温度为25℃，滚桶速度500rad/min，pH为8，常温下用2min进行水洗，水洗后进行电解除油，电解液含有Na₃PO₄135g/L、Na₂SiO₃80g/L、表面活性剂5.5%，电压选择在6伏，时间用2min，温度为45℃，pH值8，常温下用2min进行水洗，电解后在常温下用水洗两遍每遍2min，随后进行化学活化，活化液用胺基磺酸钠55g/L、氟硅酸钠55g/L，常温下用2min进行水洗，温度选择在湿温程度。活化后的工件常温下用水洗3次每次2min，水洗后立即进行电镀。

将本发明实施例1-5与对比实施例进行检测结果如表1：

表1各实施例测试结果

从检测结果看，本发明方法能够明显提高镁合金的综合性能。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的处理步骤，但本发明并不局限于上述处理步骤，即不意味着本发明必须依赖上述处理步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种镁合金表面处理工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

1）机械粗化并精整镁合金表面；

2）脱脂；

3）化学蚀刻：使镁合金表面接触含有磷酸化合物的水溶液；

4）表面活化；

5）水洗干燥。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述机械粗化是采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理；

优选地，喷砂机所用砂粒选自棕刚玉、白刚玉、铁砂或玻璃珠中的一种或至少两种的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，步骤2）所述脱脂采用电解除油；

优选地，电压选择在3~10伏，进一步优选5~8伏，最优选6伏；

优选地，温度控制在25~60℃，进一步优选32~50℃，最优选45℃。

4.根据权利要求1-3之一所述的工艺，其特征在于，步骤3）所述含有磷酸化合物的水溶液为含有磷酸化合物的正磷酸、磷酸、焦磷酸、三聚磷酸或碱金属盐中的一种或至少两种的混合物；

优选地，磷酸化合物浓度为20~245g/L，进一步优选35~130g/L，最优选80g/L；

优选地，其pH为2.5~10，进一步优选为5~8，最优选为7。

5.根据权利要求1-4之一所述的工艺，其特征在于，步骤4）所述的表面活化为将工件在表面活性液内浸泡；

优选地，浸泡时间为至少30s，进一步优选1~10min，最优选6min；

优选地，浸泡温度为常温。

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸2~45，有机膦酸0.8~30，表面活性剂3~40，氧化剂10~25，有机羧酸1~40，胺基磺酸盐8~22。

7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述有机羧酸选自柠檬酸、乙酸、酒石酸、丙二酸、乳酸、丁二酸、草酸、丁酸、苯甲酸、甲酸或乙二胺四乙酸中的一种或至少两种的混合物，进一步优选乳酸。

8.根据权利要求6或7所述的工艺，其特征在于，所述的表面活性液还包括缓蚀剂；

优选地，所述缓蚀剂选自硫脲、水溶性苯并三唑、乙醇、异丙醇、六次(亚)甲基四胺或烷基咪唑琳中的一种或至少两种的混合物。

9.根据权利要求6-8之一所述的工艺，其特征在于，所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸13~40，有机膦酸3~15，表面活性剂10~23，氧化剂15~20，有机羧酸17~30，胺基磺酸盐13~18；

或，所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸22，有机膦酸11，表面活性剂16，氧化剂17，有机羧酸25，胺基磺酸盐15。

10.根据权利要求1-9之一所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

1）采用喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理并精整镁合金表面；

2）采用电解除油除去工件表面的油污；电解电压为3~10伏，温度控制在25~60℃；

3）化学蚀刻为使镁合金表面接触至含有磷酸化合物的水溶液；

4）表面活化为将工件在常温的表面活性液内浸泡至少30s；所述表面活性液按重量份数包括以下组分：无机酸2~45，有机膦酸0.8~30，表面活性剂3~40，氧化剂10~25，有机羧酸1~40，胺基磺酸盐8~22；

5）水洗干燥。