CN109423639B - 镁合金耐蚀-导电一体化转化膜成膜溶液及膜层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镁合金表面处理技术，具体的说是一种镁合金耐蚀‑导电一体化转化膜的成膜溶液及膜层制备方法。所述的成膜溶液为引发剂、成膜剂、促进剂和水的混合溶液，成膜溶液的pH为1～5。所述的耐蚀‑导电一体化转化膜制备方法包括脱脂除油、化学转化、水洗三个步骤。利用本发明制备的化学转化膜膜层厚度均在1μm以下，不影响镁合金基体本身的散热性，膜层除了具备良好的耐蚀性能外，电接触电阻可在几毫欧姆到几百毫欧姆之间进行调节，可满足镁合金在电子、通讯、航空、航天等领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金表面处理技术，具体的说是一种镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的成膜溶液及膜层制备方法。
背景技术
镁合金具有密度低、比模量和比强度高、导电导热性好、电磁屏蔽性能优良等诸多优点使其在电子、通讯、汽车、航空航天等领域具有广阔的应用前景，但镁合金的耐腐蚀性能差是制约其应用的一大瓶颈。因此，科研工作者相继开发如化学镀、化学转化、阳极氧化、微弧氧化、有机涂层等一系列的镁合金表面改性和防护技术。这些技术在不同程度上改善镁合金的耐腐蚀性能，但目前均不能满足各领域对于镁合金防护膜层耐蚀-导电一体化的要求。在镁合金上化学镀金属涂层虽然可以达到耐蚀-导电的要求，但所得的金属镀层对镁合金基体而言，多为阴极性涂层，一旦涂层破损将会加速镁合金基体的腐蚀。
镁合金的化学转化膜技术因操作简单、成本低廉等优势，在实际工程中得到广泛的应用，大量有关镁合金转化膜技术的专利得到报道，如：中国专利申请公开号CN101418441A、CN1598055A、CN101096761A、CN101191207A、CN101148758A、CN1475602A、CN1673412A、CN1880503A等，但这些专利申请报道的转化膜只能实现镁合金耐蚀性的提高，不能满足耐蚀-导电一体化的要求。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的成膜溶液及膜层制备方法，利用该成膜溶液及膜层制备方法所得镁合金防护膜层厚度在1μm以下，兼具耐腐蚀性和导电性的双重功能。
本发明的技术方案如下：
一种镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的成膜溶液，所述的成膜溶液为含有引发剂、成膜剂、促进剂和水的混合溶液，成膜溶液的pH为1～5；其中：
引发剂为乙酸、柠檬酸、甘氨酸、磷酸、盐酸、邻苯二甲酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸一氢钾、乙酸钠、柠檬酸钠、氢氧化钠的一种或两种以上的混合物，引发剂的浓度为2～60g/L；
成膜剂为硝酸钙、硫酸钙、硝酸锌、硫酸锌、硝酸锰、硫酸锰、偏矾酸氨、偏矾酸钠、钼酸钠、钼酸氨、高锰酸钾、焦磷酸钠、焦磷酸氨中的一种或两种以上的混合物，成膜剂的浓度为1～50g/L；
促进剂为硝酸钠、硝酸钾、氟化钠、氟化钾、氟化氢铵中的一种或两种以上的混合物，成膜促进剂的浓度为10～100g/L。
所述的镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的成膜溶液，优选的，引发剂浓度为20～45g/L，成膜剂的浓度为5～30g/L，促进剂的浓度为50～100g/L。
一种镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，该方法包括除油、化学转化、水洗三个步骤，其中：
(1)除油
将表面机械打磨好的镁合金放入有机溶剂或碱性溶液中，在超声波的作用下清洗1～10分钟；
(2)成膜
除油后的镁合金经流动水清洗后，放入成膜溶液中1～25分钟，温度控制在55～80℃之间；
(3)水洗
将经过成膜处理的镁合金悬挂于去离子水中浸泡1～20分钟，去离子水的温度控制在20～30℃之间，取出后至于空气中自然晾干。
所述的镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，该方法中除油所用的有机溶剂为酒精或丙酮中的一种，温度为室温。
所述的镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，该方法中除油所用的碱性溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、硅酸钠、OP10乳化剂、苯磺酸钠中的一种或两种以上的混合水溶液，各成分的浓度范围为：氢氧化钠10～25g/L，碳酸钠20～35g/L，磷酸钠10～40g/L，硅酸钠5～25g/L，OP10乳化剂1～5ml/L，苯磺酸钠3～10g/L，余量为水，温度为60℃～75℃。
所述的镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，除油后的镁合金经流动水清洗1～3分钟。
所述的镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，利用该方法制得的转化膜的膜层厚度在1μm以下。
所述的镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，利用该方法制得的转化膜不仅具有良好的耐腐蚀性能，而且电接触性能优异，获得的膜层电接触电阻可在1毫欧姆到1000毫欧姆之间进行调节。
附图说明
图1为本发明实施例中AZ91D镁合金表面制备的耐蚀-导电一体化转化膜72h的盐雾照片。
图2为本发明实施例中ZM6镁合金表面制备的耐蚀-导电一体化转化膜96h的盐雾照片。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明提供的成膜溶液为引发剂、成膜剂、促进剂和水的混合溶液，成膜溶液的pH为1～5，成膜溶液的成膜机理如下：由引发剂引发镁合金基体的溶解，并造成镁合金/溶液界面pH值的改变，在成膜剂的作用下，镁合金基体中电位较高的相优先成膜，并进一步抑制相与相之间的电偶作用，在促进剂的作用下镁合金基体表面快速生成一层致密的膜层。本发明提供的耐蚀-导电一体化转化膜制备方法，包括除油、化学转化、水洗三个步骤。利用本发明制备的化学转化膜膜层厚度均在1μm以下，不影响镁合金基体本身的散热性，膜层除了具备良好的耐蚀性能外，电接触电阻可在几毫欧姆到几百毫欧姆之间进行调节。
下面就本发明具体实施方法举例详细说明，但本发明的保护范围并非仅限于以下实施例。
实施例1
样品：2000#砂纸打磨处理后的浇铸AZ91D镁合金；
尺寸：50mm×50mm×10mm，中上部打孔方便悬挂。
本实施例中，耐蚀-导电一体化转化膜制备方法，按以下工艺流程处理：
(1)除油
将表面机械打磨好的AZ91D镁合金样品，悬挂在丙酮溶液中在室温下超声清洗3分钟，除油的样品用流动去离子水清洗1分钟。
(2)成膜
将除油后的AZ91D镁合金样品悬挂在60℃的成膜溶液中5分钟，所用的成膜溶液组成为：柠檬酸钠30g/L，柠檬酸5ml/L，钼酸钠3g/L，偏钒酸氨2.5g/L，硝酸钾50g/L，余量为水。
(3)水洗
将经过成膜处理的镁合金悬挂于去离子水中浸泡1分钟，取出后在室温下悬挂自然晾干，转化膜的膜层厚度为约为300nm。
性能测试：成膜处理后的镁合金样品在室温下放置24小时后，按照ASTM B-117进行盐雾实验，连续喷雾72小时后样品的宏观形貌如图1所示。从图中可以看出，AZ91D镁合金样品经72小时的盐雾实验后，样品表面宏观上观察仅有几处小的腐蚀点，化学转化膜表现出优异的防腐蚀性能。利用电接触仪测量表面膜层接触电阻为10mΩ～50mΩ之间，导电性能良好。
实施例2
样品：2000#砂纸打磨处理后的浇铸ZM6镁合金；
尺寸：50mm×25mm×5mm，右上角打孔方便悬挂。
本实施例中，耐蚀-导电一体化转化膜制备方法，按以下工艺流程处理：
(1)除油
将表面机械打磨好的ZM6镁合金样品，悬挂在酒精溶液中在室温下超声清洗5分钟，除油后的样品用流动去离子水清洗2分钟。
(2)成膜
将除油后的ZM6镁合金样品悬挂在70℃的成膜溶液中10分钟，所用的成膜溶液组成为：磷酸二氢钠20g/L，乙酸钠15g/L，乙酸5ml/L，硝酸锰5g/L，硫酸钙2g/L，硝酸钠70g/L，氟化钠2g/L，余量为水。
(3)水洗
将经过成膜处理的镁合金悬挂于去离子水中浸泡10分钟，取出后在室温下悬挂自然晾干，转化膜的膜层厚度为250nm。
本实施例中，成膜处理后的镁合金样品在室温下放置24小时后，按照ASTM B-117进行盐雾实验，ZM6镁合金样品经96小时盐雾实验后的宏观形貌如图2所示，样品表面仅见轻微腐蚀，转化膜表现出优异的耐蚀性能。利用电接触仪测量表面膜层接触电阻为20mΩ～60mΩ之间，导电性能良好。以上结果说明按照本发明所提供的耐蚀-导电一体化转化膜成膜溶液及膜层制备方法在稀土镁合金ZM6上制得的化学转化膜可同时具备优良的防腐蚀性能和导电性。
实施例3
样品：2000#砂纸打磨处理后的轧制AZ31镁合金；
尺寸：50mm×50mm×10mm，中上部打孔方便悬挂。
本实施例中，耐蚀-导电一体化转化膜制备方法，按以下工艺流程处理：
(1)除油
将表面机械打磨好的AZ31B镁合金样品，悬挂在碱性溶液中室温下超声清洗1分钟，温度为60℃，除油后的样品用流动去离子水清洗1分钟。
其中，碱性溶液为碳酸钠、磷酸钠、苯磺酸钠的混合水溶液，各成分的浓度范围为：碳酸钠20g/L，磷酸钠10g/L，苯磺酸钠5g/L，余量为水。
(2)成膜
将除油后的AZ31镁合金样品悬挂在55℃的成膜溶液中5分钟，所用的成膜溶液组成为：邻苯二甲酸0.5ml/L，盐酸0.5ml/L，甘氨酸1ml/L，高锰酸钾8g/L，焦磷酸钠2g/L，氟化氢铵10g/L，余量为水。
(3)水洗
将经过成膜处理的镁合金悬挂于去离子水中浸泡20分钟，取出后在室温下悬挂自然晾干，转化膜的膜层厚度为350nm。
本实施例中，成膜处理后的镁合金样品在室温下放置24小时后，利用电接触仪测量表面膜层接触电阻为10mΩ～30mΩ之间，导电性能良好，按照ASTM B-117进行盐雾实验，AZ31镁合金样品经36小时盐雾实验后，样品表面宏观上观察无明显腐蚀，按照本发明制得的化学转化膜层实现耐蚀-导电一体化的功能。
Claims (3)
1.一种镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，其特征在于，样品：2000#砂纸打磨处理后的浇铸AZ91D镁合金；尺寸：50mm×50mm×10mm，中上部打孔方便悬挂；
耐蚀-导电一体化转化膜制备方法，按以下工艺流程处理：
(1)除油
将表面机械打磨好的AZ91D镁合金样品，悬挂在丙酮溶液中在室温下超声清洗3分钟，除油的样品用流动去离子水清洗1分钟；
(2)成膜
将除油后的AZ91D镁合金样品悬挂在60℃的成膜溶液中5分钟，所用的成膜溶液组成为：柠檬酸钠30g/L，柠檬酸5ml/L，钼酸钠3g/L，偏钒酸氨2.5g/L，硝酸钾50g/L，余量为水；
(3)水洗
将经过成膜处理的镁合金悬挂于去离子水中浸泡1分钟，取出后在室温下悬挂自然晾干，转化膜的膜层厚度为300nm；
成膜处理后的镁合金样品在室温下放置24小时后，按照ASTM B-117进行盐雾实验，AZ91D镁合金样品经72小时的盐雾实验后，样品表面宏观上观察仅有几处小的腐蚀点，化学转化膜表现出优异的防腐蚀性能；利用电接触仪测量表面膜层接触电阻为10mΩ～50mΩ之间，导电性能良好。
2.一种镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，其特征在于，样品：2000#砂纸打磨处理后的浇铸ZM6镁合金；尺寸：50mm×25mm×5mm，右上角打孔方便悬挂；
耐蚀-导电一体化转化膜制备方法，按以下工艺流程处理：
(1)除油
将表面机械打磨好的ZM6镁合金样品，悬挂在酒精溶液中在室温下超声清洗5分钟，除油后的样品用流动去离子水清洗2分钟；
(2)成膜
将除油后的ZM6镁合金样品悬挂在70℃的成膜溶液中10分钟，所用的成膜溶液组成为：磷酸二氢钠20g/L，乙酸钠15g/L，乙酸5ml/L，硝酸锰5g/L，硫酸钙2g/L，硝酸钠70g/L，氟化钠2g/L，余量为水；
(3)水洗
将经过成膜处理的镁合金悬挂于去离子水中浸泡10分钟，取出后在室温下悬挂自然晾干，转化膜的膜层厚度为250nm；
成膜处理后的镁合金样品在室温下放置24小时后，按照ASTM B-117进行盐雾实验，ZM6镁合金样品经96小时盐雾实验后，样品表面仅见轻微腐蚀，转化膜表现出优异的耐蚀性能；利用电接触仪测量表面膜层接触电阻为20mΩ～60mΩ之间，导电性能良好。
3.一种镁合金耐蚀-导电一体化转化膜的膜层制备方法，其特征在于，样品：2000#砂纸打磨处理后的轧制AZ31镁合金；尺寸：50mm×50mm×10mm，中上部打孔方便悬挂；
耐蚀-导电一体化转化膜制备方法，按以下工艺流程处理：
(1)除油
将表面机械打磨好的AZ31B镁合金样品，悬挂在碱性溶液中室温下超声清洗1分钟，温度为60℃，除油后的样品用流动去离子水清洗1分钟；
其中，碱性溶液为碳酸钠、磷酸钠、苯磺酸钠的混合水溶液，各成分的浓度范围为：碳酸钠20g/L，磷酸钠10g/L，苯磺酸钠5g/L，余量为水；
(2)成膜
将除油后的AZ31镁合金样品悬挂在55℃的成膜溶液中5分钟，所用的成膜溶液组成为：邻苯二甲酸0.5ml/L，盐酸0.5ml/L，甘氨酸1ml/L，高锰酸钾8g/L，焦磷酸钠2g/L，氟化氢铵10g/L，余量为水；
(3)水洗
将经过成膜处理的镁合金悬挂于去离子水中浸泡20分钟，取出后在室温下悬挂自然晾干，转化膜的膜层厚度为350nm；
成膜处理后的镁合金样品在室温下放置24小时后，利用电接触仪测量表面膜层接触电阻为10mΩ～30mΩ之间，导电性能良好，按照ASTM B-117进行盐雾实验，AZ31镁合金样品经36小时盐雾实验后，样品表面宏观上观察无明显腐蚀。
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