CN104046977A - 镁合金化成方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金化成方法，其包括以下步骤：提供一镁合金工件；使用脱脂溶液对该镁合金工件脱脂；使用酸洗溶液对该镁合金工件第一次酸洗；使用表面调整溶液对该镁合金工件第一次表面调整；使用酸洗溶液对该镁合金工件第二次酸洗；使用表面调整溶液对该镁合金工件第二次表面调整；使用预成膜溶液对该镁合金工件预成膜，以中和在该镁合金工件表面残留的表面调整溶液；及使用化成溶液对该镁合金工件化学成膜，以在该镁合金工件表面形成磷化膜。采用上述镁合金化成方法得到镁合金工件的磷化膜均匀致密，耐蚀性较好且阻抗较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金化成方法。
背景技术
镁合金轻材料因为比重低、强度高且适合回收使用而广泛应用于汽车及电子设备。但是，由于镁合金化学性质较为活泼，耐腐蚀性能较差，因此镁合金工件在使用前一般需要在其表面形成保护膜。
目前一般采用化成方法在镁合金表面形成化学转化膜，以增强其耐腐蚀性，同时也可增强其与涂装层的附着力。当镁合金用于手机外壳件或其他通信电子装置时，表面的化学转化膜的阻抗会直接影响到组装后整机的电磁屏蔽性，如阻抗太高电磁屏蔽性能则较差。然而，采用现有化成方法获得的化学转化膜的阻抗一般较高，难以满足上述通信电子装置的使用需求。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种形成的磷化膜具有较小表面阻抗的镁合金化成方法。
一种镁合金化成方法，其包括以下步骤：提供一镁合金工件；使用脱脂溶液对该镁合金工件脱脂，以去除该镁合金工件表面的油污；使用酸洗溶液对该镁合金工件第一次酸洗，以去除该镁合金工件表面的氧化物、离型剂、嵌入表面的污垢或附着的冷加工镁屑；使用表面调整溶液对该镁合金工件第一次表面调整，以去除酸洗后附着于该镁合金工件表面的残留物；使用酸洗溶液对该镁合金工件第二次酸洗，以进一步去除该镁合金工件表面的氧化物、离型剂、嵌入表面的污垢或附着的冷加工镁屑；使用表面调整溶液对该镁合金工件第二次表面调整，以去除酸洗后附着于该镁合金工件表面的残留物；使用预成膜溶液对该镁合金工件预成膜，以中和在该镁合金工件表面残留的表面调整溶液；使用化成溶液对该镁合金工件化学成膜，以在该镁合金工件表面形成磷化膜。
采用上述镁合金化成方法，由于镁合金工件经过两次酸洗及两次表面调整，使镁合金工件表面的氧化物、离型剂、污垢、冷加工镁屑及其他残留物彻底去除，再经过预成膜，使残留于镁合金工件表面的碱性表面调整溶液得到中和，使镁合金工件经过化学成膜得到的磷化膜均匀致密，因此，磷化膜的耐蚀性较好且阻抗较低。
附图说明
图1是本发明实施方式的镁合金化成方法的流程图。
图2是实施例1及实施例4的处理流程及参数。
图3是对比例1至对比例5的处理流程及参数。
图4是实施例1至实施例4的阻抗测试及盐雾测试结果。
图5是对比例1至对比例5的阻抗测试及盐雾测试结果。
图6是实施例1的镁合金工件表面的扫描电子显微镜照片。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参见图1，所示为本发明实施方式的镁合金化成方法的流程图，其包括以下步骤：
步骤S10，提供一镁合金工件。
步骤S20，脱脂，以去除该镁合金工件表面的油污，使镁合金工件表面亲水，且水膜连续不断。脱脂时间控制在5至10分钟，脱脂温度控制在60至80℃。建浴时，脱脂溶液包括氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠。氢氧化钠的质量浓度为10至40克/升（g/L），碳酸钠的质量浓度为20至30g/L，硅酸钠的质量浓度为30至50g/L。
步骤S30，第一次酸洗，以去除该镁合金工件表面的氧化物、离型剂、嵌入表面的污垢或附着的冷加工镁屑等。酸洗时间控制在0.5至1分钟，酸洗温度控制在60至70℃。建浴时，第一次酸洗溶液包括草酸、十二烷基磺酸钠及油酰二乙醇胺。其中，草酸的体积浓度为20至60毫升/升（mL/L），十二烷基磺酸钠的体积浓度为10至20g/L，油酰二乙醇胺的质量浓度为3至8g/L。
步骤S40，第一次表面调整，以去除第一次酸洗后附着于该镁合金工件表面的残留物。表面调整时间控制在0.5至1分钟，表面调整温度控制在80至90℃。建浴时，第一次表面调整溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾及十二烷基磺酸钠。其中，氢氧化钠的质量浓度为50至90g/L，氢氧化钾的质量浓度为50至70g/L，十二烷基磺酸钠的质量浓度为5至15g/L。
步骤S50，第二次酸洗，以进一步去除该镁合金工件表面的氧化物、离型剂、嵌入表面的污垢或附着的冷加工镁屑等。酸洗时间控制在1.5至3分钟，酸洗温度控制在60至70℃。建浴时，第二次酸洗溶液包括草酸、十二烷基磺酸钠及油酰二乙醇胺。其中，草酸的体积浓度为20-60mL/L，十二烷基磺酸钠的体积浓度为10至20g/L，油酰二乙醇胺的质量浓度为3至8g/L。
步骤S60，第二次表面调整，以去除第二次酸洗后附着于该镁合金工件表面的残留物。表面调整时间控制在2至3分钟，表面调整温度控制在70至90℃。建浴时，第二次表面调整溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾及十二烷基磺酸钠。其中，氢氧化钠的质量浓度为50至90g/L，氢氧化钾的质量浓度为50至70g/L，十二烷基磺酸钠的质量浓度为5至15g/L。
步骤S70，预成膜，以中和在该镁合金工件表面残留的表面调整溶液。预成膜时间控制均为10至25秒，预成膜温度控制均为20至35℃。建浴时，预成膜溶液包括磷酸、磷酸二氢锰、磷酸二氢钙、锆酸钠、钒酸钠、钼酸钠及硅酸钠。其中，磷酸的体积浓度为30至100mL/L，磷酸二氢锰的质量浓度为10至40g/L，磷酸二氢钙的质量浓度为5至20g/L，锆酸钠的质量浓度为1至10g/L，钒酸钠的质量浓度为1至4g/L，钼酸钠的质量浓度为0.5至2g/L，硅酸钠的质量浓度为0.5至3g/L。预成膜溶液的pH范围为1.75至1.9。
步骤S80，化学成膜，以在该镁合金工件表面形成磷化膜。化学成膜时间控制均为15至40秒，化学成膜温度控制均为20至35℃。建浴时，化成溶液包括为磷酸、磷酸二氢锰、磷酸二氢钙、锆酸钠、钒酸钠、钼酸钠及硅酸钠。其中，磷酸的体积浓度为30至100mL/L，磷酸二氢锰的质量浓度为10至40g/L，磷酸二氢钙的质量浓度为5至20g/L，锆酸钠的质量浓度为1至10g/L，钒酸钠的质量浓度为1至4g/L，钼酸钠的质量浓度为0.5至2g/L，硅酸钠的质量浓度为0.5至3g/L。化成溶液的pH范围为1.95至2.15。
步骤S90，烘干该镁合金工件。
在步骤S20至步骤S80的连续两个步骤之间，均还可包括水洗该镁合金工件的步骤。
可以理解，也可采用其它成分的脱脂溶液，如仅包括氢氧化钠或磷酸钠的水溶液，只要该脱脂溶液能够去除该镁合金工件表面的油污，使镁合金工件表面亲水，且水膜连续不断，即可。可以理解，如该镁合金工件先经过喷砂、抛光或研磨等方式处理后，镁合金工件表面没有油污，则该步骤S20可省略。
可以理解，也可采用其他成分的酸洗溶液，如柠檬酸水溶液，只要其可去除该镁合金工件表面的氧化物、离型剂、嵌入表面的污垢或附着的冷加工镁屑，即可。
可以理解，也可采用其他表面调整溶液。可以理解，如该镁合金工件表面的氧化物、离型剂、嵌入表面的污垢或附着的冷加工镁屑较少也可省略一次酸洗及一次表面调整，即仅使该镁合金工件经过一次酸洗及一次表面调整。
可以理解，也可采用其他的化成溶液，如包括磷酸及单宁酸的化成溶液。
为进一步对上述镁合金化成方法进行说明，以下将以具体实施例及对比例说明。
提供九组镁合金工件，该九组镁合金工件的材质均为AZ91D型镁合金，其中第一组至第四组镁合金工件采用本发明实施方式的镁合金化成方法处理，作为实施例1至实施例4；第五组至第九组镁合金工件则采用其他化成方法处理，作为对比例1至对比例5。上述实施例1至实施例4的镁合金工件的处理流程及参数（一般步骤中的参数仅列出处理时间及处理温度，不包含相同的其他参数(详细可参照下文实施例内容)；预成膜及化学成膜步骤时列出处理时间、处理温度及pH）请参图2，建浴时处理溶液的成分及浓度参下文；上述对比例1至对比例5的镁合金工件的处理流程及参数（一般步骤中的参数仅列出处理时间及处理温度，不包含相同的其他参数；预成膜及化学成膜步骤时列出处理时间、处理温度及pH）请参图3，建浴时处理溶液的成分及浓度参下文。经化成处理后，在上述九组镁合金工件中每组随机选取5个样品进行阻抗测试及盐雾测试，测试结果请参图4及图5。其中，盐雾测试在盐雾箱中进行，使用质量浓度为50±5g/L的氯化钠溶液，连续喷雾8小时，箱内温度保持在35±2℃，腐蚀面积按JIS-Z2371等级标准进行评测；表面阻抗测试使用阻抗仪（型号：FLUKE 287C万用表）与探针，探针附加0.5牛固定压力，垂直放置于样品表面，每个样品选取5个固定位置测试。
实施例1
建浴时处理溶液的成分及浓度如下：
脱脂：氢氧化钠10g/L，碳酸钠20g/L，硅酸钠30g/L。
第一次酸洗：草酸20mL/L，十二烷基磺酸钠10g/L，油酰二乙醇胺8g/L；
第一次表面调整：氢氧化钠50g/L，氢氧化钾50g/L，十二烷基磺酸钠15g/L。
第二次酸洗：草酸60mL/L，十二烷基磺酸钠20g/L，油酰二乙醇胺3g/L。
第二次表面调整：氢氧化钠50g/L，氢氧化钾50g/L，十二烷基磺酸钠15g/L。
预成膜：磷酸100mL/L，磷酸二氢锰10g/L，磷酸二氢钙20g/L，；锆酸钠10g/L，钒酸钠4g/L，钼酸钠0.5g/L，硅酸钠0.5g/L。
化学成膜：磷酸30mL/L，磷酸二氢锰40g/L，磷酸二氢钙5g/L，锆酸钠1g/L，钒酸钠1g/L，钼酸钠2g/L，硅酸钠3g/L。
实施例2
建浴时处理溶液的成分及浓度如下：
脱脂：氢氧化钠40g/L，碳酸钠30g/L，硅酸钠50g/L。
第一次酸洗：草酸60mL/L，十二烷基磺酸钠20g/L，油酰二乙醇胺3g/L。
第一次表面调整：氢氧化钠90g/L，氢氧化钾70g/L，十二烷基磺酸钠5g/L。
第二次酸洗：草酸20mL/L，十二烷基磺酸钠15g/L，油酰二乙醇胺8g/L。
第二次表面调整：氢氧化钠90g/L，氢氧化钾70g/L，十二烷基磺酸钠5g/L。
预成膜：磷酸30mL/L，磷酸二氢锰40g/L，磷酸二氢钙5g/L，锆酸钠1 g/L，钒酸钠1g/L，钼酸钠2g/L，硅酸钠3g/L。
化学成膜：磷酸100mL/L，磷酸二氢锰10g/L，磷酸二氢钙20g/L，锆酸钠10g/L，钒酸钠4g/L，钼酸钠0.5g/L，硅酸钠0.5g/L。
实施例3
建浴时处理溶液的成分及浓度如下：
脱脂：氢氧化钠200g/L，碳酸钠300g/L，硅酸钠20g/L。
第一次酸洗：草酸40mL/L，十二烷基磺酸钠10g/L，油酰二乙醇胺3g/L。
第一次表面调整：氢氧化钠60g/L，氢氧化钾60g/L，十二烷基磺酸钠5g/L。
第二次酸洗：草酸50mL/L，十二烷基磺酸钠16g/L，油酰二乙醇胺3g/L。
第二次表面调整：氢氧化钠60g/L，氢氧化钾70g/L，十二烷基磺酸钠5g/L。
预成膜：磷酸70mL/L，磷酸二氢锰30g/L，磷酸二氢钙15 g/L，锆酸钠2g/L，钒酸钠1g/L，钼酸钠1g/L，硅酸钠0.5g/L。
化学成膜：磷酸70mL/L，磷酸二氢锰20g/L，磷酸二氢钙20g/L，锆酸钠8g/L，钒酸钠3g/L，钼酸钠0.5g/L，硅酸钠1g/L。
实施例4
建浴时处理溶液的成分及浓度如下：
脱脂：氢氧化钠10g/L，碳酸钠20g/L，硅酸钠30g/L。
第一次酸洗：草酸20mL/L，十二烷基磺酸钠15g/L，油酰二乙醇胺8g/L。
第一次表面调整：氢氧化钠50g/L，氢氧化钾50g/L，十二烷基磺酸钠15g/L。
第二次酸洗：草酸60mL/L，十二烷基磺酸钠20g/L，油酰二乙醇胺3g/L。
第二次表面调整：氢氧化钠90g/L，氢氧化钾的70g/L，十二烷基磺酸钠5g/L。
预成膜：磷酸40mL/L，磷酸二氢锰40g/L，磷酸二氢钙5g/L，锆酸钠1g/L，钒酸钠1g/L，钼酸钠0.5g/L，硅酸钠0.5g/L
化学成膜：磷酸50mL/L，磷酸二氢锰30g/L，磷酸二氢钙10g/L，锆酸钠2g/L，钒酸钠3g/L，钼酸钠0.5g/L，硅酸钠0.5g/L
对比例1至对比例5的建浴条件与实施例1的建浴条件相同。
由测试结果可看出，采用本发明实施方式的镁合金的化成方法处理的镁合金工件的耐蚀性较好，盐雾测试均为9级，表面阻抗较低且较稳定，表面阻抗最大值小于0.7欧姆，平均阻抗大致为0.4欧姆。对比例1至5中，镁合金工件的耐蚀性均较差，表面阻抗也较高。可见，采用本发明的镁合金化成方法处理的镁合金工件具有良好的耐盐雾性能及较小的表面阻抗。当该镁合金工件应用于便携式电子装置时，可确保该便携式电子装置具有较强的电磁波屏蔽能力。
采用本发明的镁合金的化成方法，由于镁合金工件经过两次酸洗及两次表面调整，使镁合金工件表面的氧化物、离型剂、污垢、冷加工镁屑及其他残留物彻底去除，再经过预成膜，使残留于镁合金工件表面的碱性表面调整溶液得到中和，使镁合金工件经过化学成膜得到的磷化膜均匀致密（请参阅图6，实施例1的镁合金工件表面的扫描电子显微镜照片），因此，磷化膜的耐蚀性较好且阻抗较低。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种镁合金化成方法，其包括以下步骤：
提供一镁合金工件；
使用脱脂溶液对该镁合金工件脱脂，以去除该镁合金工件表面的油污；
使用酸洗溶液对该镁合金工件第一次酸洗，以去除该镁合金工件表面的氧化物、离型剂、嵌入表面的污垢或附着的冷加工镁屑；
使用表面调整溶液对该镁合金工件第一次表面调整，以去除酸洗后附着于该镁合金工件表面的残留物；
使用酸洗溶液对该镁合金工件第二次酸洗，以进一步去除该镁合金工件表面的氧化物、离型剂、嵌入表面的污垢或附着的冷加工镁屑；
使用表面调整溶液对该镁合金工件第二次表面调整，以去除酸洗后附着于该镁合金工件表面的残留物；
使用预成膜溶液对该镁合金工件预成膜，以中和在该镁合金工件表面残留的表面调整溶液；
使用化成溶液对该镁合金工件化学成膜，以在该镁合金工件表面形成磷化膜。
2.如权利要求1所述的镁合金化成方法，其特征在于：在使用化成溶液对该镁合金工件化学成膜的步骤中，化学成膜的时间控制为15至40秒，化学成膜的温度控制均为20至35℃。
3.如权利要求1所述的镁合金化成方法，其特征在于：在该使用化成溶液对该镁合金工件化学成膜的步骤中，建浴时，化成溶液包括磷酸、磷酸二氢锰、磷酸二氢钙、锆酸钠、钒酸钠、钼酸钠、硅酸钠的水溶液。
4.如权利要求3所述的镁合金化成方法，其特征在于：在该使用化成溶液对该镁合金工件化学成膜的步骤中，建浴时，该磷酸的体积浓度为30至100毫升/升，该磷酸二氢锰的质量浓度为10至40克/升，该磷酸二氢钙的质量浓度为5至20克/升，该锆酸钠的质量浓度为1至10克/升，该钒酸钠的质量浓度为1至4克/升，该钼酸钠的质量浓度为0.5至2克/升，该硅酸钠的质量浓度为0.5至3克/升。
5.如权利要求4所述的镁合金化成方法，其特征在于：在使用化成溶液对该镁合金工件化学成膜的步骤中，该化成溶液的pH范围为1.95至2.15。
6.如权利要求1所述的镁合金化成方法，其特征在于：在使用酸洗溶液对该镁合金工件第一次酸洗的步骤中，酸洗时间控制在0.5至1分钟，酸洗温度控制在60至70℃。
7.如权利要求1所述的镁合金化成方法，其特征在于：在使用酸洗溶液对该镁合金工件第一次酸洗的步骤中，建浴时，该酸洗溶液包括草酸、十二烷基磺酸钠及油酰二乙醇胺的水溶液。
8.如权利要求1所述的镁合金化成方法，其特征在于：在使用表面调整溶液对该镁合金工件第一次表面调整的步骤中，表面调整时间控制在0.5至1分钟，表面调整温度控制在60至70℃。
9.如权利要求1所述的镁合金化成方法，其特征在于：在使用预成膜溶液对该镁合金工件预成膜的步骤中，预成膜的时间控制为10至25秒。
10.如权利要求9所述的镁合金化成方法，其特征在于：在使用预成膜溶液对该镁合金工件预成膜的步骤中，该预成膜溶液的pH范围为1.75至1.90。
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