CN105386027B - 一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺 - Google Patents

一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺，包括如下步骤：将氯化胆碱和尿素混合制备处理液；将镁合金样件浸入处理液中进行离子热处理；离子热处理的反应温度为100～200℃，反应时间为1～4h；将经过离子热处理的镁合金样件清洗，烘干；将吹干的镁合金样件浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中。该制备工艺环保无污染，工艺简单可控，制得的化学转化膜表面平整，耐腐蚀性能优越，可应用于实际生产中。

Description

一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺
技术领域
本发明涉及金属表面化学处理，具体涉及一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺。
背景技术
镁合金具有比强度、比刚度高、比重小、阻尼性、切削加工性、铸造性好等优点，在机械、航空航天、汽车、计算机、便携式电子仪表等领域的应用日益广泛。但镁合金的防腐蚀性能较差，限制了其应用范围。因此，国内外开展了各种形式的镁合金表面防腐蚀研究，其中化学转化工艺因投资少、容易操作、能耗少、设备简单、成本低等优点，应用较为广泛。
目前镁合金常用的化学处理液主要有铬酸盐、高锰酸盐、磷酸盐、高锰酸盐-磷酸盐等溶液体系。中国发明专利(公开号CN 104561967 A)公开一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺，包括以下步骤：样件预处理：选取相同规格的镁合金样件，其表面用砂轮机械除锈，打磨平整；上挂，再用丙酮脱脂；用蒸馏水清洗干净，酸活化，然后再水洗干净；化学镀液制备：在容器中依次加入质量分数为150g/l的NaCr2O2HO溶液、75g/l的MgSO7HO溶液、75g/l的MnSO7HO溶液，混合均匀，再调节镀液pH值为8.0～9.0；化学镀膜制备：将镁合金样件浸入上述镀液中进行化学镀膜处理，然后水洗、酸活化、水洗；再用热风干燥镁合金样件；检验：将镁合金样件下挂，然后对镀膜层依次进行附着强度检验，耐腐蚀性检验。
中国发明专利(公开号CN 102691056 A)公开一种镁合金表面化学转化膜处理方法，其特征在于包括化学转化膜处理工序，该化学转化膜处理工序包括：将镁合金工件放入盛有120-160g/L重铬酸钠、30-50g/L硫酸锰、30-50g/L硫酸镁的溶液中，直至镁合金工件的表面膜层变为黑色或深咖啡色。磷酸盐和高锰酸盐的污染虽较铬酸盐小，但仍具有一定的环境危害性.因此，急需开发一种无毒的环保型镁合金化学转化处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为，提供一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺，解决转化膜处理液含有污染性或者腐蚀性的物质，不够安全环保，制备工艺复杂等问题。
针对上述技术问题，本发明提供了一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺，包括如下步骤：
1)将氯化胆碱和尿素混合制备处理液；
2)将镁合金样件浸入步骤1)中的处理液中进行离子热处理；所述的离子热处理的反应温度为100～200℃，反应时间为1～4h；
3)将步骤2)中经过离子热处理的镁合金样件清洗，烘干。
采用这种工艺，主要是由于氯化胆碱和尿素混合制备的低共熔溶剂作为一种新型的离子液体，具有相比于其他离子液体更为突出的特点，如低毒、生物可降解、价格低廉、水分含量可控等。在离子热条件下，低共熔溶剂会化学缓释产生诸如碳酸根、氨基等小分子物质，这些物质与镁合金样件表面发生化学交互作用，形成化学转化膜。该工艺反应温和、可控，可广泛用于绿色环保的表面化学转化膜工艺。
作为优选，所述的处理液的制备方法：将摩尔比为1:1.8～2.2的氯化胆碱和尿素混合，然后在75～85℃下加热搅拌形成透明的液体。进一步优选为，氯化胆碱和尿素以摩尔比为1:2混合，然后在80℃下加热搅拌形成透明的液体。这种制备方法使得氯化胆碱和尿素反应完全，形成均一透明的液体；并且为下一步镁合金表面化学转化膜的形成提供更好的条件，使得形成的表面化学转化膜表面平整、牢固，耐腐蚀性能效果更加优异。
作为改进，所述的步骤3)中经过吹干的镁合金样件浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中。这一改进，使得镁合金表面化学转化膜吸附分子层厚度的硬脂酸大分子，从而使得转化膜具有超疏水性。
作为进一步优选，所述的硬脂酸的乙醇溶液的浓度为0.005～0.01mol/l。所述的浸泡时间为3～10h。当采用优选的工艺条件的时候，镁合金表面化学转化膜吸附的硬脂酸大分子更加均匀，使得其超疏水性进一步提高。
作为优选，所述的步骤3)中的烘干为使用氮气吹干。氮气作为一种惰性气体，对镁合金样件进行吹干的时候，不会带有杂质，影响化学转化膜的耐腐蚀性能。
作为另一种优选，所述的步骤2)中的镁合金样件在离子热处理之前，经过预处理，除锈，清洗，烘干。进一步优选，镁合金样件用砂纸将表面打磨除锈，然后用乙醇清洗干净，再用氮气吹干。镁合金样件经过预处理使得镁合金样件表面更加容易形成化学转化膜，而且使得形成的化学转化膜更加牢固，表面平整，耐腐蚀性能更加优越。
作为本发明的一种优选，所述的离子热处理的反应温度为155～165℃，反应时间为1.5～2.5h；所述的硬脂酸的乙醇溶液的浓度为0.009～0.01mol/l，所述的浸泡时间为4.5～5.5h。在该优选条件下，化学转化膜处理后的镁合金表面的膜层均匀、细致、光滑，耐腐蚀性能优越；并且具有疏水性，接触角达到150～160°。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)镁合金表面化学转化膜表面平整，耐腐蚀性能优越，可应用于实际生产中。制备工艺环保无污染，工艺简单可控。
(2)氯化胆碱和尿素混合制备的化学转化膜处理液不含腐蚀性物质、安全环保，化学稳定性高，制备工艺简单可控。
(3)化学转化膜经过硬脂酸处理后，镁合金表面化学转化膜具有超疏水性。
附图说明
图1为实施例1制备的镁合金样件的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
将3.58mol氯化胆碱与7.49mol尿素在80℃下搅拌混合，得到约0.9升离子热反应处理溶液。
选取大小为25mm×15mm×1mm的AZ31B镁片，砂纸打磨除去氧化层，乙醇超声清洗15min后用氮气吹干，然后竖直放于容积为100ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加入50ml上述离子热处理溶液。
在160℃下离子热反应2小时，然后水冷至室温。将样件取出水洗，乙醇清洗，空气吹干。经过化学转化膜处理后的镁合金表面，膜层均匀、细致、光滑，耐腐蚀性能优越。
将上述处理后的样件浸入0.01mol/l的硬质酸钠乙醇溶液中，浸泡5小时，然后取出乙醇清洗，空气吹干。此刻镁合金表面具有疏水性，接触角达到160°。该疏水性化学转化膜的耐腐蚀性明显增强。将制得的镁合金样件使用扫描电子显微镜进行表征，SEM图如图1所示。
实施例2
将3.58mol氯化胆碱与7.49mol尿素在80℃下搅拌混合，得到约0.9升离子热反应处理溶液。
选取大小为25mm×15mm×1mm的AZ91B镁片，砂纸打磨除去氧化层，乙醇超声清洗15min后用氮气吹干，然后竖直放于容积为100ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。加入50ml上述离子热处理溶液。
在180℃下离子热反应3小时，然后水冷至室温。将样件取出水洗，乙醇清洗，空气吹干。经过化学转化膜处理后的镁合金表面，膜层均匀、细致、光滑，耐腐蚀性能优越。
将上述处理后的样件浸入0.008mol/l的硬质酸钠乙醇溶液中，浸泡10小时，然后取出乙醇清洗，空气吹干。此刻镁合金表面具有疏水性，接触角达到150°。
实施例3
将3.58mol氯化胆碱与6.4mol尿素在75℃下搅拌混合，得到约0.9升离子热反应处理溶液。
选取大小为25mm×15mm×1mm的AZ91B镁片，砂纸打磨除去氧化层，乙醇超声清洗15min后用氮气吹干，然后竖直放于容积为100ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。加入50ml上述离子热处理溶液。
在140℃下离子热反应4小时，然后水冷至室温。将样件取出水洗，乙醇清洗，空气吹干。经过化学转化膜处理后的镁合金表面，膜层均匀、细致、光滑，耐腐蚀性能优越。
将上述处理后的样件浸入0.005mol/l的硬质酸钠乙醇溶液中，浸泡5小时，然后取出乙醇清洗，空气吹干。此刻镁合金表面具有疏水性,接触角达到141°。
实施例4
将3.58mol氯化胆碱与7.88mol尿素在85℃下搅拌混合，得到约0.9升离子热反应处理溶液。
选取大小为25mm×15mm×1mm的AZ91B镁片，砂纸打磨除去氧化层，乙醇超声清洗15min后用氮气吹干，然后竖直放于容积为100ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。加入50ml上述离子热处理溶液。
在200℃下离子热反应1小时，然后水冷至室温。将样件取出水洗，乙醇清洗，空气吹干。经过化学转化膜处理后的镁合金表面，膜层均匀、细致、光滑，耐腐蚀性能优越。
将上述处理后的样件浸入0.008mol/l的硬质酸钠乙醇溶液中，浸泡3小时，然后取出乙醇清洗，空气吹干。此刻镁合金表面具有疏水性，接触角达到144°。
实施例5
将3.58mol氯化胆碱与6.54mol尿素在85℃下搅拌混合，得到约0.9升离子热反应处理溶液。
选取大小为25mm×15mm×1mm的AZ91B镁片，砂纸打磨除去氧化层，乙醇超声清洗15min后用氮气吹干，然后竖直放于容积为100ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。加入50ml上述离子热处理溶液。
在100℃下离子热反应2小时，然后水冷至室温。将样件取出水洗，乙醇清洗，空气吹干。经过化学转化膜处理后的镁合金表面，膜层均匀、细致、光滑，耐腐蚀性能优越。
将上述处理后的样件浸入0.009mol/l的硬质酸钠乙醇溶液中，浸泡5小时，然后取出乙醇清洗，空气吹干。此刻镁合金表面具有疏水性，接触角达到135°。

Claims (8)

1.一种镁合金表面化学转化膜的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)将氯化胆碱和尿素混合制备处理液；
2)将镁合金样件浸入步骤1)中的处理液中进行离子热处理；所述的离子热处理的反应温度为100～200℃，反应时间为1～4h；
3)将步骤2)中经过离子热处理的镁合金样件清洗，烘干，然后将镁合金样件浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中。
2.根据权利要求1所述的镁合金表面化学转化膜的制备工艺，其特征在于，所述的处理液的制备方法：将摩尔比为1:1.8～2.2的氯化胆碱和尿素混合，然后在75～85℃下加热搅拌形成透明的液体。
3.根据权利要求1所述的镁合金表面化学转化膜的制备工艺，其特征在于，所述的硬脂酸的乙醇溶液的浓度为0.005～0.01mol/L。
4.根据权利要求3所述的镁合金表面化学转化膜的制备工艺，其特征在于，所述的浸泡时间为3～10h。
5.根据权利要求1所述的镁合金表面化学转化膜的制备工艺，其特征在于，所述的步骤3)中的烘干为使用氮气吹干。
6.根据权利要求1所述的镁合金表面化学转化膜的制备工艺，其特征在于，所述的步骤2)中的镁合金样件在离子热处理之前，经过预处理，除锈，清洗，烘干。
7.根据权利要求4所述的镁合金表面化学转化膜的制备工艺，其特征在于，所述的离子热处理的反应温度为155～165℃，反应时间为1.5～2.5h。
8.根据权利要求7所述的镁合金表面化学转化膜的制备工艺，其特征在于，所述的硬脂酸的乙醇溶液的浓度为0.009～0.01mol/L，所述的浸泡时间为4.5～5.5h。
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