CN109355651B - 一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法，通过在镁合金表面以离子注入的方式注入稀土铈离子，形成“锚固”点以提高转化膜层与镁合金表面的密合性；同时，在镁合金表面施加含有金属含氧酸盐和含巯基的硅烷为成膜剂的表面处理剂，并对表面处理剂的种类和组成进行筛选、以及处理工艺进行改进，最终制备得到膜层致密，防腐蚀性能良好的转化膜层，所述转化膜层在后续冷加工时能够提供良好的润滑性、耐碱性和涂装性。

Description

一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法
技术领域
本发明属于化学转化膜的技术领域，特别的涉及一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法。
背景技术
镁合金具有密度低、比强度及比刚度高、导热性能好、易于切削加工等优点，且易于回收，能实现100％的循环再利用，符合循环经济的发展方向。因此，镁合金被广泛应用于汽车、航空航天、微电子等领域，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。镁合金也因其可降解性及生物相容性，作为一种植入材料，在医学领域得到应用。
但是镁合金的耐腐蚀性、耐磨损性、耐蠕变性和高化学反应活性等性能又影响了它在较为苛刻条件下的应用，其中腐蚀问题是制约其广泛应用的关键因素之一。解决镁合金使用性能问题的主要手段是对其进行表面处理，形成一层保护性的表面膜层，而采用化学转化技术在镁合金表面形成一层由氧化物、铬化物或其他一些化合物组成的具有良好附着力的难溶膜层，因其操作简单、成本低廉而被广泛采用。
但是以铬酐或重铬酸盐为主要成分的溶液化学处理，其致命弱点是处理液中含有毒性高的六价铬，对人体健康有害，且污染环境；以磷酸盐为主要成分的溶液化学处理，其致命弱点是膜层致密度低、较薄，膜层的内微孔会消弱其耐腐蚀性和耐碱性；以稀土离子为主要成分的溶液化学处理，其致命弱点是防腐蚀性能的保护时间短，不能对镁合金提供长时间的保护；以氟锆酸及其盐为主要成分的溶液化学处理，虽然能够在温和条件下表现出良好的耐腐蚀性但是抵抗碎石片的能力很弱。纵观以上种种表面处理剂对镁合金的处理，虽然能够起到一定的防腐蚀等效果，但是仍然存在着环境污染、防腐效果差、膜层疏松、环境适应能力弱等缺点。
因此，基于镁合金的表面防护需要，仍然需要对表面处理剂的种类、组成和制备工艺进行深入研究，以期获得防腐性能良好、膜层致密、与镁合金密合性高且能适用后续加工需要的化学转化膜层。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法，通过在镁合金表面以离子注入的方式注入微量稀土铈元素形成“锚固”点，用以提高化学转化膜层与镁合金表面的密合性；同时，通过对表面处理剂的种类和组成进行筛选复配和/或对转化膜层的制备工艺进行优化，最终制备得到了膜层致密，防腐蚀性能良好的转化膜层，所述转化膜层在后续冷加工时能够提供良好的润滑性、耐碱性和涂装性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为30-45Kev，注入剂量为0.3×1015-0.8×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40-55℃的加热条件下反应1-2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐10-25份，含巯基的硅烷6-12份，二硫化钼2-8份，稀土铈化合物0.1-0.6份，稳定剂1-4份，pH调节剂0.5-1.5份，水60-80份；
(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入3-5重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至65-80℃，继续反应0.5-1h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为2-6分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
所述预处理包括：(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理10-30分钟，功率200-1000W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡10-30分钟，热风吹干备用；
所述金属含氧酸盐选自钼酸钠、钼酸钾、钼酸钙或钼酸铵；钨酸钠、钨酸钾、钨酸钙或钨酸铵；钒酸铵、钒酸钠或钒酸钾的一种或两种以上；
所述含巯基的硅烷选自γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、2-巯基乙基三乙氧基硅烷、或2-巯基乙基三甲氧基硅烷的一种或两种以上；
所述稀土铈化合物选自硝酸铈或硫酸铈的一种；
所述稳定剂为乙醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇的一种或两种以上；
所述pH调节剂为盐酸、氢氟酸、硫酸或硝酸的一种或两种以上；
所述表面处理剂的pH值为1-4；
所述封孔溶液由硅酸钠10～40重量份、甘酪素1～10重量份和水60-80重量份组成；
基于耐腐蚀、密合性和冷加工性能的需要，所述化学转化膜的膜厚为0.5-8μm，优选2-6μm，孔隙率为2％以下。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过在镁合金表面以等离子体浸没离子注入技术注入稀土铈离子，形成稀土铈离子“锚固”点，在进行化学转化处理过程中，所述稀土铈离子“锚固”点能够诱导溶液中铈离子的沉积晶化，从而提高化学转化膜层与镁合金表面的密合性；
(2)本发明的表面处理剂以金属含氧酸盐和含巯基的硅烷为主要成膜物质，在成膜时硅烷成膜和金属含氧酸盐成膜同时进行，相互掺杂，形成了致密的无机-有机杂化膜，硅烷的水解交联能及时的对金属含氧酸盐成膜过程中出现的孔隙进行修补，实现膜层的致密性；
(3)本发明在化学转化膜中添加层状的二硫化钼，利用二硫化钼的层状结构使得化学转化膜具有优异的耐腐蚀性，以及良好的润滑性，具有高的冷加工性能；且利用二硫化钼和含巯基的硅烷中双硫键的电荷作用，能够进一步增强二硫化钼在转化膜中的连接强度，有效的增强了转化膜的耐腐蚀性和冷加工性能；
(4)现有技术中，以硅烷或金属含氧酸盐为主的化学转化膜中，由于硅烷的水解反应速度非常快，在反应一开始在基材表面会形成致密的膜层，随着的反应的进行，反应速度下降，导致转化膜的表层疏松，附着力下降，耐腐蚀性下降。
其中，本发明通过二步法的成膜工艺，在第二步骤中及时补充添加含巯基的硅烷以提高转化膜的交联程度，且提高反应温度促进转化膜的快速形成，使得转化膜的表面层更加致密，耐腐蚀性更加优异。
(5)本发明的表面处理剂具有环保、不含磷或铬成分，能够显著的降低对环境的危害，且处理后的镁合金具有优异的耐腐蚀性和密合性，以及优异的冷加工性能，具有良好的市场应用前景。
具体实施方式
以下基于实施例和对比例对本发明的优选实施方式进行具体说明，使用的镁合金原料为Mg-8Al-8Zn系合金，尺寸为100mm×100mm×0.5mm。
实施例1
一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理30分钟，功率800W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡30分钟，热风吹干备用；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为45Kev，注入剂量0.8×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40℃的加热条件下反应2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐21份，含巯基的硅烷7份，二硫化钼5份，稀土铈化合物0.5份，稳定剂3份，pH调节剂1份，水70份；
(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入4重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至70℃，继续反应1h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为4分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
其中，金属含氧酸盐为钼酸钠和钒酸钠以重量比2:1的混合物；含巯基的硅烷为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，稀土铈化合物为硝酸铈；稳定剂为丙三醇和乙醇以重量比1:3的混合物；pH调节剂为盐酸，表面处理剂的pH值为2.5；封孔溶液由硅酸钠30g、甘酪素6g和70份水组成；化学转化膜的膜厚为6μm，孔隙率为1.2％。
实施例2
一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理10分钟，功率400W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡10分钟，热风吹干备用；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为30Kev，注入剂量为0.3×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40℃的加热条件下反应1h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐15份，含巯基的硅烷8份，二硫化钼3份，稀土铈化合物0.1份，稳定剂1份，pH调节剂0.8份，水60份；
(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入3重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至65℃，继续反应1h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为3分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
其中，金属含氧酸盐为钨酸钾和钒酸铵以重量比为1:1的混合物，含巯基的硅烷为γ-巯丙基三乙氧基硅烷；稀土铈化合物为硫酸铈；稳定剂为乙醇和异丙醇以重量比3:1的混合物；pH调节剂为氢氟酸；表面处理剂的pH值为1.8；封孔溶液由硅酸钠20重量份、甘酪素7重量份和水80重量份组成；转化膜的膜厚为3μm，孔隙率为2％。
实施例3
一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理16分钟，功率500W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡15分钟，热风吹干备用；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为40Kev，注入剂量为0.6×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在50℃的加热条件下反应1.5h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐18份，含巯基的硅烷10份，二硫化钼6份，稀土铈化合物0.4份，稳定剂2份，pH调节剂1.3份，水70份；
(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入5重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至75℃，继续反应0.8h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为5分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
其中，金属含氧酸盐为钨酸钾和钼酸铵以重量比为2:1的混合物，含巯基的硅烷为γ-巯丙基三甲氧基硅烷；稀土铈化合物为硫酸铈；稳定剂为乙醇和正丁醇以重量比3:4的混合物；pH调节剂为氢氟酸；表面处理剂的pH值为2.2；封孔溶液由硅酸钠25重量份、甘酪素6重量份和水75重量份组成；转化膜的膜厚为5μm，孔隙率为1.8％。
实施例4
一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理25分钟，功率600W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡20分钟，热风吹干备用；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为35Kev，注入剂量为0.7×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在50℃的加热条件下反应2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐10份，含巯基的硅烷7份，二硫化钼3份，稀土铈化合物0.2份，稳定剂3份，pH调节剂0.9份，水65份；
(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入4重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至80℃，继续反应1h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为4分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
其中，金属含氧酸盐为钨酸钾和钼酸钙以重量比为2:3的混合物，含巯基的硅烷为2-巯基乙基三乙氧基硅烷；稀土铈化合物为硫酸铈；稳定剂为异丙醇和正丁醇以重量比3:2的混合物；pH调节剂为硫酸；表面处理剂的pH值为3；封孔溶液由硅酸钠35重量份、甘酪素8重量份和水60重量份组成；转化膜的膜厚为3.5μm，孔隙率为1.6％。
实施例5
一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理30分钟，功率700W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡25分钟，热风吹干备用；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为40Kev，注入剂量为0.6×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40℃的加热条件下反应1h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐16份，含巯基的硅烷10份，二硫化钼6份，稀土铈化合物0.7份，稳定剂2份，pH调节剂0.8份，水75份；
(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入5重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至70℃，继续反应0.5h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为3分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
其中，金属含氧酸盐为钒酸钾和钼酸铵以重量比为1:3的混合物，含巯基的硅烷为2-巯基乙基三甲氧基硅烷；稀土铈化合物为硝酸铈；稳定剂为异丙醇和乙醇以重量比3:1的混合物；pH调节剂为硝酸；表面处理剂的pH值为2.6；封孔溶液由硅酸钠25重量份、甘酪素6重量份和水70重量份组成；转化膜的膜厚为4μm，孔隙率为1.3％。
对比例1
与实施例1相比，不含步骤(2)，其余原料和工艺与实施例1完全相同，所述化学转化膜的膜厚为5.9μm，孔隙率为1.3％。
对比例2
与实施例1相比，镁合金的表面化学转化处理采用一步法进行，反应条件是在40℃的加热条件下反应3h，不含步骤(4)，即不补充加入含巯基的硅烷以及不升高温度，其余原料和工艺与实施例1完全相同；具体如下：
一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理30分钟，功率800W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡30分钟，热风吹干备用；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为45Kev，注入剂量0.8×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40℃的加热条件下反应3h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐21份，含巯基的硅烷7份，二硫化钼5份，稀土铈化合物0.5份，稳定剂3份，pH调节剂1份，水70份；
(4)将步骤(3)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为4分钟；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
其中，金属含氧酸盐为钼酸钠和钒酸钠以重量比2:1的混合物；含巯基的硅烷为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，稀土铈化合物为硝酸铈；稳定剂为丙三醇和乙醇以重量比1:3的混合物；pH调节剂为盐酸，表面处理剂的pH值为2.5；封孔溶液由硅酸钠30g、甘酪素6g和70份水组成；化学转化膜的膜厚为4.5μm，孔隙率为3.6％。
对比例3
一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理30分钟，功率800W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡30分钟，热风吹干备用；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为45Kev，注入剂量0.8×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40℃的加热条件下反应2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐21份，含巯基的硅烷7份，二硫化钼5份，稀土铈化合物0.5份，稳定剂3份，pH调节剂1份，水70份；
(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入4重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，保持温度至40℃，继续反应1h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为4分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
其中，金属含氧酸盐为钼酸钠和钒酸钠以重量比2:1的混合物；含巯基的硅烷为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，稀土铈化合物为硝酸铈；稳定剂为丙三醇和乙醇以重量比1:3的混合物；pH调节剂为盐酸，表面处理剂的pH值为2.5；封孔溶液由硅酸钠30g、甘酪素6g和70份水组成；化学转化膜的膜厚为5.2μm，孔隙率为2.3％。
对比例4
一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理30分钟，功率800W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡30分钟，热风吹干备用；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为45Kev，注入剂量0.8×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40℃的加热条件下反应2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐21份，含巯基的硅烷7份，二硫化钼5份，稀土铈化合物0.5份，稳定剂3份，pH调节剂1份，水70份；
(4)将步骤(3)的表面处理剂升高温度至70℃，继续反应1h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为4分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。
其中，金属含氧酸盐为钼酸钠和钒酸钠以重量比2:1的混合物；含巯基的硅烷为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，稀土铈化合物为硝酸铈；稳定剂为丙三醇和乙醇以重量比1:3的混合物；pH调节剂为盐酸，表面处理剂的pH值为2.5；封孔溶液由硅酸钠30g、甘酪素6g和70份水组成；化学转化膜的膜厚为5.8μm，孔隙率为2.8％。
对比例5
与实施例1相比，表面处理剂中不含稀土铈化合物，其余原料和工艺与实施例1完全相同，所述化学转化膜的膜厚为6.3μm，孔隙率为1.4％。
对比例6
与实施例1相比，表面处理剂中不含二硫化钼，其余原料和工艺与实施例1完全相同，所述化学转化膜的膜厚为5.7μm，孔隙率为1.1％。
本发明进行以下相关实验，具体测试方法如下：
耐腐蚀性测试：根据中性盐雾试验ASTM B117标准进行测试，测试时间为96h。
耐碱脱脂性测试：在液温为60摄氏度的碱脱脂剂(L-4460，20g/L)中浸泡5min，经水洗和干燥后，根据中性盐雾试验ASTM B117标准进行测试，测试时间为96h。
涂装性测试：按照干燥后涂膜厚度为15μm的方式，在经处理的镁合金表面喷涂醇酸树脂涂料，经130℃下烘烤20min，用刀切割成100个1mm见方的格子，对其实施胶带剥离实验，根据涂膜的残存格子的数目测试涂装性。
耐磨损性：采用MMW-1A摩擦磨损试验机测量其耐磨损性能，测试条件为：载荷200N，转速为120r/min，摩擦时间60min。
下面对实施例1-5和对比例1-6进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1：
序号 膜厚(μm) 孔隙率 耐腐蚀性 耐碱脱脂性 涂装性 耐磨损性(mg/cm<sup>2</sup>)
实施例1 6 1.2％ 10级 10级 100％ 0.06
实施例2 3 2％ 10级 9级 98％ 0.10
实施例3 5 1.8％ 10级 9级 99％ 0.12
实施例4 3.5 1.6％ 10级 10级 100％ 0.09
实施例5 4 1.3％ 10级 10级 99％ 0.07
对比例1 5.9 1.3％ 8级 5级 91％ 0.35
对比例2 4.5 3.6％ 7级 4级 72％ 4.33
对比例3 5.2 2.3％ 8级 5级 75％ 3.12
对比例4 5.8 2.8％ 9级 6级 80％ 2.88
对比例5 6.3 1.4％ 8级 7级 92％ 1.98
对比例6 5.7 1.1％ 7级 5级 88％ 3.66
由表1可以看出，本发明实施例1-5制备的镁合金具有良好的耐腐蚀性、耐碱脱脂性、涂装性和耐磨损性能，且基于对比例1-6的相关实验数据也能够得出，通过在镁合金表面预先以离子注入的方式形成稀土铈离子的“锚固”点能够增强化学转化膜的致密性和密合性，提高其耐腐蚀性和耐磨损性；以及在化学转化膜的成膜过程中，及时的补充含巯基的硅烷和升高反应温度，也能够增强化学转化膜的致密性和密合性，提高其耐腐蚀性和耐磨损性；再者，通过在表面处理剂中添加层状二硫化钼也极大的提高了镁合金的耐磨损性和防腐性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；
(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金表面注入稀土铈离子，离子注入能量为30-45KeV ，注入剂量为0.3×1015-0.8×1015cm-2；
(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入到表面处理剂中，在40-55℃的加热条件下反应1-2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐10-25份，含巯基的硅烷6-12份，二硫化钼2-8份，稀土铈化合物0.1-0.6份，稳定剂1-4份，pH调节剂0.5-1.5份，水60-80份；
(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入3-5重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至65-80℃，继续反应0.5-1h；
(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为2-6分钟；
(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜；
所述金属含氧酸盐选自钼酸钠、钼酸钾、钼酸钙或钼酸铵；钨酸钠、钨酸钾、钨酸钙或钨酸铵；钒酸铵、钒酸钠或钒酸钾的一种或两种以上；所述稳定剂为乙醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇的一种或两种以上。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：所述预处理包括：(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理10-30分钟，功率200-1000W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡10-30分钟，热风吹干备用。
3.根据权利要求1所述的一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：所述含巯基的硅烷选自γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、2-巯基乙基三乙氧基硅烷、或2-巯基乙基三甲氧基硅烷的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：所述稀土铈化合物选自硝酸铈或硫酸铈的一种。
5.根据权利要求1所述的一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：所述pH调节剂为盐酸、氢氟酸、硫酸或硝酸的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：所述表面处理剂的pH值为1-4。
7.根据权利要求1所述的一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：所述封孔溶液由硅酸钠10～40重量份、甘酪素1～10重量份和水60-80重量份组成。
8.一种表面含有化学转化膜的镁合金板，其特征在于，所述化学转化膜通过权利要求1-7所述的一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法制备得到，膜厚为0.5-8μm，孔隙率为2％以下。
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