NO309660B1 - Fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel - Google Patents

Abstract

Det beskrives en totrinns fremgangsmåte for å belegge magnesium og dets legeringer. Det første trinnet innbefatter nedsenkning av magnesiumarbeidsstykket i en første elektrokjemisk oppløsning inneholdende 3-10 vekt% av et hydroksid og 5-30 vekt% av et fluorid med en pH på minst 12.- Ved å kontrollere en strømtetthet på 10-200 mA/cm, etableres en økende spenningsforskjell mellom en anode som innbefatter den forbehandlede artikkelen og en katode som også er i kontakt med elektrolytt-oppløsningen. Artikkelen nedsenkes deretter i en vandig elektrolyttoppløsning med en pH på minst 11 og hvor oppløsningen fremstilles fra komponen-ter inneholdende et vannoppløselig hydroksid, en fluoridkilde og et vannoppløselig silikat i mengder som resulterer i en tilsetning av 2-15 g av et hydroksid pr. liter oppløsning, 2-14 g av et fluorid pr. liter oppløsning og 5-40 g av et silikat pr. liter opp-løsning. Ved igjen å kontrollere strømtettheten til 5-100 mA/cm, etableres en økende spenningsforskjell på minst 150 V mellom en anode som innbefatter den forbehandlede artikkelen og en katode som også er i kontakt med elektrolyttoppløsningen. Denne prosessen resulterer i et overlegent belegg som har økt slitefasthet og korrosjonsbestandighet.

Description

Oppfinnelsen angår fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel og angår også fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel uten anvendelsen av krom (Vl)-forbindelser. Særlig angår oppfinnelsen en totrinns fremgangsmåte innbefattende en første elektrokjemisk behandling i et bad inneholdende et hydroksid og et fluorid og en andre elektro-kjemisk behandling i et bad inneholdende et hydroksid, en fluoridkilde og et silikat.

Bruken av magnesium i strukturelle applikasjoner vokser raskt. Magnesium er generelt legert med et hvilket som helst av aluminium, mangan, thorium, litium, tinn, zirkonium, sink og sjeldne jordartsmetaller eller andre legeringer eller

kombinasjoner av disse for å øke dets strukturelle evne. Slike magnesiumlegeringer brukes ofte hvor det er nødvendig med et høyt forhold mellom styrke og vekt. Den passende magnesiumlegeringen kan også gi det høyeste forholdet mellom styrke og vekt for ultralette metaller ved forhøyede temperaturer. Videre kan legeringer med sjelden jordart eller thorium fortsatt ha betydelig styrke opptil temperaturer på 350°C og høyere. Strukturelle magnesiumlegeringer kan brukes i mange av de konvensjonelle områdene omfattende nagling og skruing, lysbue- og elektrisk motstandssveising, slaglodding, lodding og klebemiddelbinding. De magnesiuminneholdende artiklene brukes i flyindustrier og romfartsindustrier, militært utstyr, elektronikk, bevegelige masser og deler, håndverktøy og i materialbehandling. Mens magnesium og dets legeringer utviste god stabilitet ved tilstedeværelsen av en rekke kjemiske substanser, er det et behov for ytterliger å beskytte metallet, spesielt i sure omgivelser og saltvannsforhold. Derfor er det spesielt i marine-applikasjoner nødvendig å tilveiebringe et belegg som beskytter metallet fra korrosjon.

Mange forskjellige typer belegg for magnesium har blitt utviklet og brukt. De mest vanlige beleggene er kjemiske behandlings- eller omdannelsesbelegg som brukes som malingsbasis og gir noe korrosjonsbeskyttelse. Både kjemiske og elektrokjemiske metoder brukes for omdannelsen av magnesiumoverflater. Kromatfilmer er de mest vanlig brukte overflatebehandlinger for magnesiumlegeringer. Disse filmer med hydratiserte, gelaktige strukturer av polykromater gir en overflate som er en god malingsbasis, men som gir begrenset korrosjonsbeskyttelse.

Anodisering av magnesiumlegeringer er en alternativ elektrokjemisk måte for å gi et beskyttende belegg. Minst to lavspenningsanodiske prosesser, Dow 17 og HAE, har blitt kommersielt anvendt. Korrosjonsbeskyttelsen som fremkommer av disse behandlingene er imidlertid begrenset. Dow 17 prosessen bruker kaliumdikromat, en krom (VI) forbindelse, som er svært giftig og strengt regulert. Selv om nøkkel-bestanddelen i den HAE anodiske prosessen er kaliumpermanganat, er det nødvendig å bruke kromat-tetningsmiddel med dette belegget for på denne måten å oppnå akseptabel korrosjonsmotstand. For begge tilfeller er krom (VI) nødvendig i den totale prosessen for oppnåelse av ønskelig korrosjonsmotstandsbelegg. Bruken av krom (VI) betyr at avfallshåndtering fra disse prosessene er et betydelig problem.

I den seneste tid har metalliske og keramisklignende belegg blitt utviklet. Disse beleggene kan dannes ved strømløse og elektrokjemiske prosesser. Den strømløse avsetningen av nikkel på magnesium og magnesiumlegeringer ved bruk av kjemiske reduksjonsmidler i beleggsformulering, er vel kjent på området. Imidlertid resulterer disse prosessene i dannelsen av store mengder farlig tungmetallforurenset avfallsvann som må behandles før det kan tømmes ut. Elektrokjemiske beleggsprosesser kan brukes for å produsere både metalliske og ikke-metalliske belegg. De metalliske beleggsprosessene har fortsatt problemer med dannelsen av tungmetallforurenset avfallsvann.

Ikke-metalliske beleggsprosesser har blitt utviklet delvis for å overvinne problemer som omfatter tungmetallforurensningen av avfallsvann. US patent nr. 4184926 beskriver en to-trinns prosess for dannelse av et anti-korrosivt belegg på magnesium og dets legeringer. Det første trinnet er en kjemisk syrebehandling eller behandling av magnesiumarbeidsstykket ved bruk av fluorsyre ved ca. rom-temperatur for å danne et fluor-magnesiumsjikt på metalloverflaten. Det andre trinnet omfatter den elektrokjemiske beleggs-behandlingen av arbeidsstykket i en oppløsning inneholdende et alkalimetallsilikat og et alkalimetallhydroksid. Et spenningspotensial på 150-300 volt påføres over elektrodene, og en strømtetthet på 50-200 mA/cm<2> opprettholdes i badet. Det første trinnet i denne prosessen er et enkelt syrebehandlingstrinn, mens det andre trinnet er i et elektrokjemisk bad som ikke inneholder noen fluoridkilde. Tester av denne prosessen indikerer at det er behov for økt korrosjonsmotstand og et fullstendig belegg.

US patent nr. 4620904 beskriver en én-trinns fremgangsmåte for å belegge magnesiumartikler ved bruk av et elektrolyttbad inneholdende et alkalimetallsilikat, et alkalimetallhydroksid og et fluorid. Badet holdes ved en temperatur på 5-70°C og en pH på 12-14. Den elektrokjemiske beleggsbehandlingen utføres ved et spenningspotensial på 150-400 volt. Tester av denne prosessen indikerer også at det er et behov for økt korrosjonsmotstand.

Basert på tidligere kjent teknikk er det behov for en prosess for å belegge magnesiuminneholdende artikler som resulterer i et ensartet belegg med økt korrosjonsmotstand. Videre er det behov for en mer økonomisk beleggsprosess som har redusert apparatbehov og som ikke resulterer i produksjon av tungmetallforurenset spillvann.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel, som er kjennetegnet ved at den innbefatter: (a) plassere artikkelen i en første vandig elektrolyttoppløsning med en pH på minst 11 som inneholder:

(i) 3-10 g/l av et hydroksid; og

(ii) 5-30 g/l av et fluorid; (b) etablere en strømtetthet på 10-200 mA/cm<2>, for å produsere en økende spenningsforskjell opptil 180 V mellom en første anode innbefattende artikkelen og en første katode i elektrolyttoppløsningen for å oppnå et første sjikt på artikkelens overflate, hvis sjikt innbefatter fluorid, et oksid, et oksofluorid eller blanding av disse for dannelse av den forbehandlede artikkelen; (c) plassere den forbehandlede artikkelen i en andre vandig elektrolytt-oppløsning med en pH på minst 11 som inneholder en oppløsning fremstilt fra komponentene inneholdende: (i) 2-15 g/l av et hydroksid;

(ii) 2-14 g/l av en fluoridkilde; og

(iii) 5-40 g/l av et silikat; (d) etablere en strømtetthet på 5-100 mA/cm<2> for å danne en spenningsforskjell på minst 150 V mellom en andre anode innbefattende den forbehandlede artikkelen og en andre katode i elektrolyttoppløsningen ved betingelser som produserer en gnistutladning; hvorved et silisiumoksidinneholdende belegg dannes på artikkelen. Ved denne prosessen dannes et silisiumoksidinneholdende belegg på basissjiktet. Den foreliggende oppfinnelse angår videre en fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel uten anvendelsen av krom (Vl)-forbindelser, som er kjennetegnet ved at den innbefatter: (a) plassering av artikkelen i en første vandig elektrolyttoppløsning med en pH på ca. 13 og en

(i) ca. 6 g/l av et hydroksid; og

(ii) ca. 13 g/l av et fluorid; (b) tilknytting av en første anode innbefattende artikkelen og en første katode til en toveis likeretterkraftkilde; (c) etablering av en strømtetthet på ca. 50 mA/cm<2>, for å produsere en økende spenningsforskjell opptil 180 V mellom en første anode innbefattende artikkelen og en første katode i elektrolyttoppløsningen for dannelse av et første sjikt på artikkelens overflate, hvis sjikt innbefatter et fluorid, et oksid et oksofluorid eller en blanding av disse for å danne en forbehandlet artikkel; (d) plassering av den forbehandlede artikkelen i en andre vandig elektrolyttoppløsning med en pH på ca. 13 og en temperatur på ca. 20°C som inneholder en oppløsning fremstilt fra komponentene inneholdende; (i) ca. 6 g/l av et hydroksid;

(ii) ca. 10 g/l av en fluoridkilde; og

(iii) ca. 15 g/l av et silikat; (e) tilknytting av en andre anode innbefattende den forbehandlede artikkelen og en andre katode til en toveis likeretterkraftkilde; (f) etablering av en strømtetthet på ca. 30 mA/cm<2> for å danne en spenningsforskjell på minst 150 V mellom en andre anode innbefattende den forbehandlede artikkelen og en andre katode i elektrolyttoppløsningen under betingelser for produksjon av en gnistutladning;

hvorved et silisiumoksidinneholdende belegg dannes på artikkelen.

Den foreliggende oppfinnelse angår også en fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel, som er kjennetegnet ved at den innbefatter: (a) plassering av artikkelen i en første vandig elektrolyttoppløsning med en pH på minst 11 som inneholder:

(i) 3-10 g/l av et hydroksid; og

(ii) 5-30 g/l av et fluorid; (b) etablering av en strømtetthet på 10-200 mA/cm<2>, for å produsere en økende spenningsforskjell opptil 180 V mellom en første anode innbefattende artikkelen og en første katode i elektrolyttoppløsningen for å danne et første sjikt på artikkelens overflate, hvis sjikt innbefatter et fluorid, et oksid, et oksofluorid eller blanding av disse, for å danne en forbehandlet artikkel; (c) plassering av den forbehandlede artikkelen i en andre vandig elektrolyttoppløsning med en pH på minst 11 som inneholder en oppløsning fremstilt fra komponentene inneholdende: (i) 2-15 g/l av et hydroksid; (ii) 2-40 g/l av et fluorsilikat; (d) etablering av en strømtetthet på 5-100 mA/cm<2> for å danne en spenningsforskjell på minst 150 V mellom en andre anode innbefattende den forbehandlede artikkelen og en andre katode i elektrolyttoppløsningen under betingelser for produksjon av en gnistutladning;

hvorved et silisiumoksidinneholdende belegg dannes på artikkelen.

I en foretrukket utførelsesform brukes en toveislikeretter vekselstrømkraftkilde.

Uttrykket "magnesiuminneholdende artikkel", som brukt i beskrivelsen og kravene, omfatter magnesiummetall og legeringer omfattende hovedsakelig magnesium. Fig. 1 illustrerer et tverrsnitt av den belagte magnesiuminneholdende artikkelen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et blokkdiagram av den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 3 er diagram av den elektrokjemiske prosessen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er et skannende elektron mikro fotografi av et tverrsnitt gjennom det magnesiuminneholdende substratet og et belegg ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 illustrerer et tverrsnitt av overflaten av en magnesiuminneholdende artikkel som har blitt belagt ved bruk av prosessen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Den magnesiuminneholdende artikkelen 10 er vist med et første uorganisk sjikt 12 inneholdende magnesiumoksid, magnesiumfluorid, magnesiumoksofluorid, eller en blanding av disse og et andre uorganisk sjikt 14 inneholdende silisiumoksid. Sjiktene 12 og 14 kombineres for å danne et korrosjonsmotstandsdyktig belegg på overflaten av den magnesiuminneholdende artikkelen. Fig. 2 illustrerer trinnene brukt for å produsere disse belagte artiklene. En ubehandlet artikkel 20 behandles først i et første elektrokjemisk bad 22 som renser og danner et sjikt inneholdende magnesiumoksid, magnesiumfluorid, magnesiumoksofluorid eller en blanding av disse på artikkelen. Artikkelen behandles så i et andre elektrokjemisk bad 24 som resulterer i produksjonen av en belagt artikkel 26.

Artikkelen utsettes for en første elektrokjemisk beleggsprosess vist i fig. 3.1 det første elektrokjemiske trinnet inneholder det første elektrokjemiske badet 22 en vandig elektrolyttoppløsning inneholdende 3-10 g/l av en oppløselig hydroksidforbindelse og 5-30 g/l av et oppløselig fluorid. Foretrukne hydroksider omfatter alkalimetallhydroksider og ammoniumhydroksid. Nærmere foretrukket er hydroksidet et alkalimetallhydroksid, og mest foretrukket er hydroksidet kaliumhydroksid.

Det oppløselige fluoridet kan være et fluorid slik som et alkalimetallfluorid, ammoniumfluorid, ammoniumbifluorid og hydrogenfluorid. Fortrinnsvis er fluoridet et alkalimetallfluorid, hydrogenfluorid og blandinger av disse. Nærmere foretrukket er fluoridet kaliumfluorid.

Blandingsområder for den vandige elektrolyttoppløsningen er vist i tabell I.

I både de første og andre elektrokjemiske operasjonene senkes artikkelen 30 ned i et elektrokjemisk bad 42 som en anode. Karet 32 som inneholder det elektrokjemiske badet 42, kan brukes som katode, eller en separat katode kan senkes ned i badet 42. Anoden kan tilknyttes en bryter 34 til en likeretter 36 mens karet 32 kan tilknyttes direkte til likeretteren 36. Likeretteren 36 likeretter spenningen fra en spenningskilde 38, for å tilveiebringe en likestrømkilde til det elektrokjemiske badet. Likeretteren 36 og bryter 34 kan tilknyttes en mikroprosessorkontroll 40 utfra den hensikt å kontrollere den elektrokjemiske blandingen. Likeretteren tilveiebringer et pulset DC-signal, som, i en foretrukket utførelsesform, innledningsvis er under spenningskontroll med en lineær økning i spenning inntil den ønskede spenningstettheten oppnås.

Betingelsene for elektrokjemisk avsetningsprosess er fortrinnsvis som illustrert i tabell II.

Den magnesiuminneholdende artikkelen holdes i det første elektrokjemiske badet i en tid som er tilstrekkelig til å rense forurensninger på artikkelens overflate og til dannelse av et basissjikt på de magnesiuminneholdende artiklene. Dette resulterer i produksjonen av en magnesiuminneholdende artikkel som belegges med et første sjikt eller basissjikt, inneholdende magnesiumoksid, magnesiumfluorid, magnesiumoksofluorid eller en blanding av disse. En for kort oppholdstid i det elektrokjemiske badet resulterer i utilstrekkelig dannelse av det første sjiktet og/eller utilstrekkelig rensing av den magnesiuminneholdende artikkelen. Dette vil til slutt resultere i redusert korrosjonsmotstand for den belagte artikkelen. Lengre oppholdstider viser seg å være uøkonomiske, da prosesstiden økes, og det første sjiktet vil være tykkere enn nødvendig og kan til og med bli uensartet. Dette basissjiktet er generelt ensartet i blanding og tykkelse over artikkelens overflate og tilveiebringer en utmerket basis hvorpå et andre, uorganisk sjikt kan avsettes. Fortrinnsvis er tykkelsen av det første sjiktet 0,05-0,2 um.

Uten å måtte begrense seg til en bestemt mekanisme for beleggsprosessen, er det åpenbart at det første elektrokjemiske trinnet er fordelaktig ved at det renser eller oksiderer substratoverflaten og også tilveiebringer et basissjikt som binder seg fast til substratet. Basissjiktet er forenlig med blandingen som vil danne det andre sjiktet og tilveiebringer et godt substrat for adhesjon av det andre sjiktet. Det synes som om basissjiktet inneholder magnesiumoksid, magnesiumfluorid, magnesiumoksofluorid eller en blanding av disse som i sterk grad fester seg til metallsubstratet. Det synes som om at forenligheten av disse forbindelsene med de fra det andre sjiktet, gjør det mulig å avsette et sjikt inneholdende silisiumoksid, på en ensartet måte, uten synlig etsing av metallsubstratet. I tillegg kan både de første og andre sjiktene inneholde oksider av andre metaller fra legeringen og oksidene av kationene som er tilstede i elektrolyttoppløsningen.

Basissjiktet gir en minimal beskyttelsesmengde for metallsubstratet, men det gir ikke slitefasthet som et fullstendig tosjiktsbelegg gir. Hvis det silisiumoksidinneholdende sjiktet imidlertid påføres direkte til det metalliske substratet uten først å avsette basissjiktet, vil dette resultere i et uensartet, svakt festet belegg, som har relativt dårlige korrosjons-motstandsegenskaper.

Mellom de første og andre elektrokjemiske badene, henholdsvis 22 og 24, vaskes den forbehandlede artikkelen fortrinnsvis grundig med vann for å fjerne det som er av forurensninger.

Artikkelen utsettes så for en andre elektrokjemisk beleggsprosess som også kan utledes i fig. 3 og som generelt er beskrevet ovenfor. Detaljene for det andre elektrokjemiske beleggstrinnet beskrives i det etterfølgende. Det andre elektrokjemiske badet 24 inneholder en vandig elektrolyttoppløsning inneholdende 2-15 g/l av en oppløselig hydroksidforbindelse, 2-14 g/l av en oppløselig fluoridinneholdende forbindelse valgt fra gruppen fluorider og fluorsilikater og 5-40 g/l av et silikat. Foretrukne hydroksider omfatter alkalimetallhydroksider og ammoniumhydroksid. Nærmere foretrukket er hydroksidet et alkalimetallhydroksid, og enda mer foretrukket er hydroksidet kaliumhydroksid.

Den fluoridinneholdende forbindelse kan være et fluorid slik som et alkalimetallfluorid, hydrogenfluorid, ammoniumbifluorid eller ammoniumfluorid, eller et fluorsilikat slik som et alkalimetallfluorsilikat eller blandinger av disse. Fortrinnsvis er fluoridkilden et alkalimetallfluorid, et alkalimetallfluorsilikat, hydrogenfluorid eller blandinger av disse. Enda mer foretrukket er fluoridkilden et alkalimetallfluorid. Den mest foretrukne fluoridkilden er kaliumfluorid.

Det elektrokjemiske badet inneholder også et silikat. Med uttrykket "silikat" både her i beskrivelsen og i kravene, menes silikater som omfatter alkalimetallsilikater, alkalimetallfluorsilikater, silikatekvivalenter eller silikatsubstitutter slik som kolloidale silikaer og blandinger av disse. Nærmere foretrukket er silikatet et alkalimetallsilikat, og enda mer foretrukket er silikatet kaliumsilikat.

Fra det ovennevnte er det klart at fra et fluorsilikat kan både fluoridet og silikatet i den vandige oppløsningen oppnås. For å oppnå tilstrekkelig fluoridkonsentrasjon i badet, kan det derfor bare brukes 2-14 g/l av et fluorsilikat. For å oppnå en tilstrekkelig silikatkonsentrasjon, kan det på den annen side brukes 5-40 g/l av fluorsilikatet. Fluorsilikatet kan selvfølgelig brukes i forbindelse med andre fluorid- og silikatkilder for oppnåelse av de nødvendige oppløsnings-konsentrasjonene. Videre skal det forstås slik at i en vandig oppløsning med en pH på minst 11, vil fluorsilikatet hydrolysere for å gi fluoridion og silikat i den vandige oppløsningen.

Blandingsområder for den vandige elektrolyttoppløsningen er vist i tabell III.

Betingelsene for den elektrokjemiske avsetningsprosessen er fortrinnsvis som illustrert i tabell IV.

Disse reaksjonsbetingelsene gjør det mulig med dannelsen av et uorganisk belegg på opptil 40 um i 90 minutter eller mindre. Opprettholdelse av spenningsforskjellen over lengre tid vil gjøre det mulig med avsetningen av tykkere belegg. For de mest praktiske formål er imidlertid beleggene på 10-30 [im i tykkelse foretrukket og kan oppnås gjennom en beleggstid på 10-30 minutter.

I det andre elektrokjemiske badet dannes belegget gjennom en gnistutladnings-prosess. Strømtettheten påført gjennom de elektrokjemiske oppløsningene oppretter en økende spenningsforskjell, spesielt på overflaten av den magnesiuminneholdende anoden. En gnistutladning opprettes over anodens overflate under dannelsen av belegget. Under reduserte lysbetingelser, er gnistutladningen synlig for øyet. Når belegget øker i tykkelse, øker selvfølgelig også dets motstand, og for å opprettholde en bestemt strømtetthet, må spenningen øke. Lignende gnistprosedyrer beskrives i US patenter nr. 3834999 og 3956080.

Det andre belegget produsert ifølge den ovennevnte prosessen, er keramisklignende og har utmerket korrosjons- og slipefasthet og hardhetskarakteristikker. Uten at man ønsker å holde seg til denne mekanismen, synes det som om at disse egenskapene er resultatet av morfologien og adhesjon av basisen og det andre belegget til henholdsvis metallsubstratet og basisbelegget. Det synes også som om at det foretrukne andre belegget inneholder en blanding av smeltet silisiumoksid og fluorid sammen med et alkalimetalloksid, hvor dette andre belegget mest foretrukket er hovedsakelig silisiumoksid. "Silisiumoksid" omfatter her en hvilken som helst av de forskjellige formene av silisiumoksid.

Det overlegne belegget ifølge oppfinnelsen produseres uten behovet for krom (VI) i prosessoppløsningene. Det er derfor ikke noe behov for å anvende kostbare prosedyrer for å fjerne denne farlige tungmetallforurensningen fra prosessavfall. Følgelig er de foretrukne beleggene i alt vesentlig fri for krom (VI).

Adhesjonen av belegget ifølge oppfinnelsen synes å være betydelig bedre enn et annet kommersielt kjent belegg. Dette er resultatet av koherente vekselvirkninger mellom metallsubstratet, basisbelegget og det andre belegget. Et skannende elektron mikrofotografi av tverrsnittet av belegget på metallsubstratet er vist i fig. 4. Mikrofotografiet viser at metallsubstratet 50 har en irregulær overflate ved høy forstørrelse, og et koherent basissjikt 52 dannes på overflaten av substratet 50. Det silisiumoksidinneholdende sjiktet 54 som dannes på basissjiktet 52, viser utmerket integritet. Både beleggsjikt 52 og 54 gir derfor overlegen korrosjonsfasthet og slipefasthetsoverflate.

Slipefasthet ble målt ifølge "føderal testmetodestandard nr. 141C, metode 6192.1". Foretrukne belegg produsert ifølge oppfinnelsen med tykkelse på 0,0203-0,0254 mm vil motstå minst 1000 slitasjeperioder før det kommer tilsyne metallsubstrat ved bruk av en 1,0 kg vekt på CS-17 avslipningshjul. Nærmere foretrukket vil belegget motstå minst 2000 slitasjeperioder før det kommer tilsyne metallsubstrat, og enda mer foretrukket vil belegget motstå minst 3000 slitasjeperioder ved bruk av en 1,0 kg vekt på CS-17 avslipningshjul.

Korrosjonsfasthet ble målt ifølge ASTM standard metoder. Salttåketest ASTM Bl 17, ble anvendt som metoden for korrosjonsfasthettest med ASTM Dl654, prosedyrer A og B brukt i evalueringen av testprøver. Som fortrinnsvis målt ifølge prosedyre B, oppnår belegg på magnesiumlegering AZ91D produsert ifølge oppfinnelsen en verdi på minst 9 etter 24 timer i salttåke. Nærmere foretrukket oppnår beleggene en verdi på minst 9 etter 100 timer og enda mer foretrukket minst 8 etter 200 timer i salttåke.

Etter at de magnesiuminneholdende artiklene har blitt belagt ifølge den foreliggende prosessen, kan de brukes i den tilstand de foreligger, og de gir veldig gode korrosjonsfasthetsegenskaper, eller de kan ytterligere tettes ved bruk av et valgfritt toppbelegg slik som maling eller tetningsmidler. Strukturen og morfologien av det silisiumoksidinneholdende belegget gjør det lett å bruke et stort antall ytterligere toppbelegg som gir ytterligere korrosjonsfasthet eller dekorative egenskaper til de magnesiuminneholdende artiklene. Således gir det silisiumoksidinneholdende belegget en utmerket malingsbasis med utmerket korrosjonsfasthet og gir utmerket adhesjon under både våte og tørre betingelser, f.eks. vann-nedsenkningstesten, ASTM D 3359, testmetode B. En hvilken som helst maling som fester seg bra til glass- eller metalloverflater kan brukes som det valgfrie toppbelegget. Representative ubegrensende uorganiske blandinger som kan brukes som et ytterbelegg, omfatter ytterligere alkalimetallsilikater, fosfater, borater, molybdater og vanadater. Representative ubegrensende organiske ytterbelegg, omfatter polymerer slik som polyfluoretylen og polyuretaner. Ytterligere toppbeleggmaterialer vil være kjent for fagmenn på området. Disse valgfrie toppbeleggene er igjen nødvendige for å oppnå veldig god korrosjonsfasthet. Imidlertid kan det ved bruk av disse oppnås en mer dekorativ topp eller de beskyttende kvalitetene av belegget kan ytterligere forbedres.

Utmerket korrosjonsfasthet skjer etter ytterligere påføring på et valgfritt toppbelegg. Fortrinnsvis som målt ifølge prosedyre B, oppnår belegg produsert ifølge oppfinnelsen som har et valgfritt toppbelegg, en verdi på minst 8 etter 700 timer i salttåke. Nærmere foretrukket oppnår beleggene en verdi på minst 9 etter 700 timer, og enda mer foretrukket oppnår de minst en verdi på 10 etter 700 timer i salttåke.

Eksempler

De følgende eksempler kan anvendes for å ytterligere illustrere oppfinnelsen. Disse eksemplene er bare illustrerende for oppfinnelsen og skal ikke begrense dens ramme.

Eksempel I

Magnesiumtestplater (AZ91D legering) ble renset ved å senke de ned i en vandig oppløsning av natriumpyrofosfat, natriumborat og natriumfluorid ved ca. 70°C og pH på ca. 11 i ca. 5 minutter. Platene ble så plassert i en 5% ammoniumbifluorid-oppløsning ved 25°C i ca. 5 minutter. Platene ble skyllet og plassert i det første elektrokjemiske badet, som inneholdt kaliumfluorid og kaliumhydroksid. Det første elektrokjemiske badet ble fremstilt ved oppløsning av 5 g/l kaliumhydroksid og 17 g/l av kaliumfluorid og har en pH på ca. 12,7. Platene ble så plassert i badet og tilknyttet en likeretters positive leder. En rustfri stålplate fungerte som katoden og ble tilknyttet likeretterens negative leder som var i stand til å gi et pulset DC-signal. Kraften ble økt i en 30 sekunders periode med strømmen kontrollert til verdien 80 mA/cm<2>. Etter 2 minutter var magnesiumoksidet/fluoridsjiktet ca. 1-2 um tykt. Platene ble så tatt ut av det første elektrokjemiske badet, skyllet godt med vann, og plassert i det andre elektrokjemiske badet og tilknyttet likeretterens positive leder. Det andre elektrokjemiske badet ble oppnådd ved å blande sammen kaliumsilikat, kaliumfluorid og kaliumhydroksid. Det andre elektrokjemiske badet ble laget ved først oppløsning av 150 g kaliumhydroksid i 30 liter vann. 700 ml av en kommersielt tilgjengelig kaliumsilikatkonsentrat (20 vekt% Si02) ble så tilsatt den ovennevnte oppløsningen. Til slutt ble 150 g kaliumfluorid tilsatt den ovennevnte oppløsningen. Badet hadde en pH på ca. 12,7 og en konsentrasjon på 5 g/l kaliumhydroksid, ca. 18 g/l kaliumsilikat og ca. 5 g/l kaliumfluorid. En rustfri stålplate fungerte som katoden og ble tilknyttet en likeretters negative leder som var i stand til å gi et pulset DC-signal. Spenningen ble økt over en 30 sekunders periode til ca. 150 V, og strømmen ble så justert for å opprettholde en strømtetthet på 25 mA/cm<2>. Etter ca. 30 minutter var belegget ca. 25 um tykt.

Eksempler II- VIII

Eksempler II-VII ble fremstilt ifølge prosessen i eksempel I med kompo-nentmengdene som vist i tabeller V og VIII.

Slitasjebestandighet eller slitetesting (føderal metode, 141C) av disse platene resulterte i "Taber Wear Index (TWI)" på mindre enn 15 og i slitasjeperioder på minst 2000 sykluser før metallsubstratet kom til syne ved bruk av en 1,0 kg vekt på CS-17 avslipningshjul.

Eksempel IX

En magnesiumtestplate ble belagt som i eksempel I. Ved tørking ble det påført et valgfritt belegg på den følgende måte. Platen ble nedsenket i en 20 vol% oppløsning av kaliumsilikat (20 vekt% Si02) i 5 minutter ved 60°C. Platen ble skyllet og tørket og utsatt for salttåke ASTM Bl 17 testing. Platen oppnådde en verdi på 10 (ASTM Dl64) etter 700 timer i salttåken.

Claims (26)

1. Fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel, karakterisert ved at den innbefatter: (a) plassere artikkelen i en første vandig elektrolyttoppløsning med en pH på minst 11 som inneholder: (i) 3-10 g/l av et hydroksid; og (ii) 5-30 g/l av et fluorid; (b) etablere en strømtetthet på 10-200 mA/cm<2>, for å produsere en økende spenningsforskjell opptil 180 V mellom en første anode innbefattende artikkelen og en første katode i elektrolyttoppløsningen for å oppnå et første sjikt på artikkelens overflate, hvis sjikt innbefatter fluorid, et oksid, et oksofluorid eller blanding av disse for dannelse av den forbehandlede artikkelen; (c) plassere den forbehandlede artikkelen i en andre vandig elektrolytt-oppløsning med en pH på minst 11 som inneholder en oppløsning fremstilt fra komponentene inneholdende: (i) 2-15 g/l av et hydroksid; (ii) 2-14 g/l av en fluoridkilde; og (iii) 5-40 g/l av et silikat; (d) etablere en strømtetthet på 5-100 mA/cm<2> for å danne en spennings-forskjell på minst 150 V mellom en andre anode innbefattende den forbehandlede artikkelen og en andre katode i elektrolyttoppløsningen ved betingelser som produserer en gnistutladning; hvorved et silisiumoksidinneholdende belegg dannes på artikkelen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved atpHi trinn (a) er 11-13.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hydroksidet i trinn (a) innbefatter et alkalimetallhydroksid.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fluoridet i trinn (a) velges fra gruppen bestående av natriumfluorid, kaliumfluorid, hydrogenfluorsyre, litiumfluorid og blandinger av disse.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen i den første oppløsningen er 5-30°C.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at spenningsforskjellen i trinn (b) er mindre enn 150 V.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at strømtettheten i trinn (b) er 20-100 mA/cm2.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre innbefatter at den første anoden og katoden tilknyttes en første kraftkilde.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den første kraftkilden er en likeretter veksel strømkraftkilde.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at likeretter vekselstrømkraftkilden er en toveis likeretter kraftkilde.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at pH i trinn (c) er 11-13.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hydroksidet i trinn (c) et alkalimetallhydroksid.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fluoridkilden i trinn (c) velges fra gruppen av alkalimetallfluorider, alkalimetallfluorsilikater, hydrogenfluorider og en blanding av disse.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at fluoridet i trinn (c) velges fra gruppen natriumfluorid, kaliumfluorid, hydrogenfluorsyre, litiumfluorid eller en blanding av disse.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at fluorsilikatet i trinn (c) velges fra gruppen kaliumfluorsilikat, natriumfluorsilikat, litiumfluorsilikat eller en blanding av disse.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at silikatet i trinn (c) velges fra gruppen natriumsilikat, kaliumsilikat, litiumsilikat, natriumfluorsilikat, kaliumfluorsilikat, litiumfluorsilikat eller en blanding av disse.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen i den andre oppløsningen er 5-35°C.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at strømtettheten i trinn (d) er 5-60 mA/cm<2>.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre innbefatter at den andre anoden og katoden tilknyttes en andre kraftkilde.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at den andre kraftkilden er en likeretter veksel-strømkraftkilde.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at likeretter vekselstrømkraftkilden er en toveis likeretterkraftkilde.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre innbefatter tetning av det silisiumoksidinneholdende belegget.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22, karakterisert ved at det silsiumoksidinneholdende belegget tettes med et uorganisk belegg.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 22, karakterisert ved at det silisiumoksidinneholdende belegget tettes med et organisk belegg.

25. Fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel uten anvendelsen av krom (Vl)-forbindelser, karakterisert ved at den innbefatter: (a) plassering av artikkelen i en første vandig elektrolyttoppløsning med en pH på ca. 13 og en (i) ca. 6 g/l av et hydroksid; og (ii) ca. 13 g/l av et fluorid; (b) tilknytting av en første anode innbefattende artikkelen og en første katode til en toveis likeretterkraftkilde; (c) etablering av en strømtetthet på ca. 50 mA/cm<2>, for å produsere en økende spenningsforskjell opptil 180 V mellom en første anode innbefattende artikkelen og en første katode i elektrolyttoppløsningen for dannelse av et første sjikt på artikkelens overflate, hvis sjikt innbefatter et fluorid, et oksid et oksofluorid eller en blanding av disse for å danne en forbehandlet artikkel; (d) plassering av den forbehandlede artikkelen i en andre vandig elektrolyttoppløsning med en pH på ca. 13 og en temperatur på ca. 20°C som inneholder en oppløsning fremstilt fra komponentene inneholdende; (i) ca. 6 g/l av et hydroksid; (ii) ca. 10 g/l av en fluoridkilde; og (iii) ca. 15 g/l av et silikat; (e) tilknytting av en andre anode innbefattende den forbehandlede artikkelen og en andre katode til en toveis likeretterkraftkilde; (f) etablering av en strømtetthet på ca. 30 mA/cm<2> for å danne en spenningsforskjell på minst 150 V mellom en andre anode innbefattende den forbehandlede artikkelen og en andre katode i elektrolyttoppløsningen under betingelser for produksjon av en gnistutladning; hvor et silisiumoksidinneholdende belegg dannes på artikkelen.

26. Fremgangsmåte for dannelse av et forbedret korrosjonsbestandig belegg på en magnesiuminneholdende artikkel, karakterisert ved at den innbefatter: (a) plassering av artikkelen i en første vandig elektrolyttoppløsning med en pH på minst 11 som inneholder: (i) 3-10 g/l av et hydroksid; og (ii) 5-30 g/l av et fluorid; (b) etablering av en strømtetthet på 10-200 mA/cm<2>, for å produsere en økende spenningsforskjell opptil 180 V mellom en første anode innbefattende artikkelen og en første katode i elektrolyttoppløsningen for å danne et første sjikt på artikkelens overflate, hvis sjikt innbefatter et fluorid, et oksid, et oksofluorid eller blanding av disse, for å danne en forbehandlet artikkel; (c) plassering av den forbehandlede artikkelen i en andre vandig elektrolyttoppløsning med en pH på minst 11 som inneholder en oppløsning fremstilt fra komponentene inneholdende: (i) 2-15 g/l av et hydroksid; (ii) 2-40 g/l av et fluorsilikat; (d) etablering av en strømtetthet på 5-100 mA/cm<2> for å danne en spenningsforskjell på minst 150 V mellom en andre anode innbefattende den forbehandlede artikkelen og en andre katode i elektrolyttoppløsningen under betingelser for produksjon av en gnistutladning; hvorved et silisiumoksidinneholdende belegg dannes på artikkelen.