TWI477638B - 鎂合金表面防腐處理方法及其鎂製品 - Google Patents

Description

鎂合金表面防腐處理方法及其鎂製品

本發明涉及一種鎂合金表面防腐處理方法及其鎂製品。

鎂合金具有品質輕、散熱性能好等優點，在通訊、電子、交通運輸、建築及航太航空等領域應用廣泛。然，由於鎂合金的化學活性較高，在空氣中很容易氧化，生成疏鬆、保護能力差的氧化膜，導致鎂合金在潮濕的大氣、土壤和海水中容易發生嚴重腐蝕，導致採用鎂合金製作的產品的使用壽命縮短，阻礙了鎂合金的廣泛應用。

為了提高鎂合金的耐腐蝕性能，通常需要對鎂合金表面進行表面成膜處理，常見的處理手段有陽極氧化處理、烤漆等，然該等工藝都存在較大的環境污染問題。而真空鍍膜(PVD)技術雖係一種非常環保的鍍膜工藝，且可鍍製的膜層種類豐富、耐磨性能優異，然，當承鍍基體表面具有微觀凹陷或空隙時，PVD工藝沉積的膜層通常具有基體表面的仿形結構，且沉積於該等凹陷或空隙內的膜層往往其他區域的要薄，故在使用過程中，所述凹陷或空隙區域往往更容易發生點蝕，使膜層無法有效地防止鎂合金基體被防腐。

有鑒於此，有必要提供一種可效提高鎂合金防腐性能的防腐處理方法。

另外，還有必要提供一種由上述方法製得的鎂製品。

一種鎂合金表面防腐處理方法，包括以下步驟：

提供鎂合金基體；

對鎂合金基體進行化學除油；

用植物油酸為成膜劑的溶液對鎂合金基體進行化學轉化處理，以於鎂合金基體上形成一層植物油酸轉化膜；

藉由真空鍍膜方法在該植物油酸轉化膜上形成由難熔化合物組成的陶瓷塗層。

由上述鎂合金表面防腐處理方法所獲得的鎂製品，包括鎂合金基體、形成於鎂合金基體表面的植物油酸轉化膜及形成於該植物油酸轉化膜上的由難熔化合物組成的陶瓷塗層。

其中，該植物油酸轉化膜經用植物油酸為成膜劑的溶液對鎂合金基體進行化學轉化處理而形成。

本發明的鎂合金表面防腐處理方法先藉由化學轉化處理於鎂合金基體上製備一層植物油酸轉化膜，然後於該植物油酸轉化膜上鍍覆耐磨陶瓷塗層。其中該植物油酸轉化膜一方面將鎂合金基體表面平整化，另一方面植物油酸轉化膜自身結構緻密，阻擋性好，化學穩定性高，與鎂合金基體結合力強，具有良好的防腐功能。而外層耐磨的陶瓷塗層，可保護植物油酸轉化膜不易受到機械損傷。故，經該方法處理的鎂製品具有良好的抗腐蝕性能。

本發明較佳實施例鎂合金表面防腐處理方法包括如下步驟：

請參閱圖1，提供鎂合金基體20。

對鎂合金基體20進行化學除油。化學除油係將鎂合金基體20浸漬於60-80℃的除油溶液中30-60s。所用除油溶液為含25-30g/L碳酸鈉（Na₂ CO₃ ）、20-25g/L磷酸三鈉（Na₃ PO₄ ·12H₂ O）及1-3g/L乳化劑的水溶液，其中所述乳化劑可用OP-10乳化劑，其主要組分為烷基酚與環氧乙烷的縮合物。

對鎂合金基體20進行鹼蝕處理。該鹼蝕處理步驟係將鎂合金基體20浸漬於40-50℃的鹼性蝕刻液中3-5s。所用鹼性蝕刻液為含40-70g/L氫氧化鈉（NaOH）、10-20g/LNa₃ PO₄ ·12H₂ O、25-30g/LNa₂ CO₃ 及40-50g/L氟化鈉（NaF）的水溶液。該鹼蝕處理一方面用於消低鎂合金基體20上突出的部位，使鎂合金基體20表面趨於平整，另一方面可進一步去除鎂合金基體20表面的油污。

接著可對鎂合金基體20進行活化處理。該活化處理步驟係將鎂合金基體20浸漬於含品質百分比濃度為1%-3%HF的水溶液中3-5s，以去除鎂合金基體20因暴露於空氣中的時間過長而在表面形成的氧化膜，使鎂合金基體20表面被活化。

用植物油酸（亦稱順-9-十八碳烯酸）為成膜劑的溶液對鎂合金基體20進行化學轉化處理，以於鎂合金基體20上形成植物油酸轉化膜30。

該化學轉化處理所用溶液配方可為含10-30ml/L植物油油酸及酮類化合物的水溶液，其中該酮類化合物用於促進植物油酸的溶解，該植物油酸溶液的pH值為2-5。較佳地，該植物油酸溶液為含15ml/L及丙酮的水溶液，其pH值為2.8。處理方法可將經上述鹼蝕處理的鎂合金基體20浸泡於30-50℃的該植物油酸溶液中2-4分鐘，浸泡過程中可攪拌溶液。較佳地，浸泡過程中該植物油酸溶液的溫度保持為35℃，浸泡時間為2.5分鐘。

然後，對形成有所述植物油酸轉化膜30的鎂合金基體20進行真空鍍膜處理，以在植物油酸轉化膜30上形成由難熔化合物組成的陶瓷塗層40。該陶瓷塗層40包括一層或多層金屬難熔化合物層，該金屬難熔化合物可選自鈦、鋁、鉻、鋯及鈷的氮化物、氧化物、氮碳化物及氮氧化物中的一種或幾種的組合。本實施例中，該陶瓷塗層40包括一層氧化鋁（Al₂ O₃ ）層42及一層氮氧化鉻（CrON）層43，該氧化鋁層42直接形成於該植物油酸轉化膜30上，該氮氧化鉻層43形成於該氧化鋁層42上。

該真空鍍膜處理可採用磁控濺射或電弧離子鍍，下面以磁控濺射製備該氧化鋁層42及該氮氧化鉻層43為例對該真空鍍膜處理進行說明。

請參閱圖2，提供一磁控濺射設備1，磁控濺射設備1包括一真空室2、用以對真空室2抽真空的真空泵3以及與真空室2相通的氣源通道7。該真空室2內設有轉架4及相對設置的鋁靶5和鉻靶6。轉架4帶動鎂合金基體20做圓周運行，且鎂合金基體20在隨轉架4運行的同時亦進行自轉。鍍膜時，濺射氣體與反應氣體經由氣源通道7進入真空室2。

在該植物油酸轉化膜30上濺射該氧化鋁層42。將形成有該植物油酸轉化膜30的鎂合金基體20放置於磁控濺射設備1的轉架4上，對真空室2抽真空至6.0×10^-3 ~8.0×10^-3 Pa後通入濺射氣體氬氣，氬氣流量為150~300sccm（標準狀態毫升/分鐘），同時通入反應氣體氧氣，氧氣流量為50~90sccm，鎂合金基體20施加偏壓至-100~-300V，開啟鋁靶5，鋁靶5的功率為8~10kw，調節真空室2內溫度為100~150℃，轉架4的轉速為0.5~1.0rpm（revolution per minute，轉/分鐘），濺射0.5~1小時，以於植物油酸轉化膜30表面形成該氧化鋁層42。

在氧化鋁層42上濺射該氮氧化鉻層43。關閉鋁靶5，開啟鉻靶6，鉻靶6的功率為8~10kw，調節氧氣流量為40~100sccm，氮氣流量為30~60sccm，其它參數保持不變，濺射0.5~2小時，以在該氧化鋁層42上沉積一層氮氧化鉻層43。

鍍膜結束後，關閉負偏壓及鉻靶6電源，停止通入氬氣和反應氣體，待所述氮氧化鉻層43冷卻後，向真空室2內通入空氣，打開真空室門，取出鍍覆好的鎂製品10。

請參閱圖1，由上述鎂合金表面防腐處理方法所獲得的鎂製品10，包括鎂合金基體20、形成於鎂合金基體20表面的植物油酸轉化膜30及形成於該植物油酸轉化膜30上的由難熔化合物組成的陶瓷塗層40。該植物油酸轉化膜30經用植物油酸為成膜劑的溶液對鎂合金基體20進行化學轉化處理而形成。該陶瓷塗層40包括一層或多層金屬難熔化合物層，該金屬難熔化合物可選自鈦、鋁、鉻、鋯及鈷的氮化物、氧化物、氮碳化物及氮氧化物中的一種或幾種的組合。本實施例中，該陶瓷塗層40包括一層氧化鋁（Al₂ O₃ ）層42及一層氮氧化鉻（CrON），該氧化鋁層42直接形成於該植物油酸轉化膜30上，該氮氧化鉻層43形成於該氧化鋁層42上。

對由本發明的防腐處理方法所製備的鎂製品10試樣進行35℃中性鹽霧（NaCl濃度為5%）測試。結果發現，鎂製品10試樣在72小時後才出現有腐蝕現象，具有良好的防腐性能。

本發明的鎂合金表面防腐處理方法先藉由化學轉化處理於鎂合金基體20上製備一層植物油酸轉化膜30，然後於該植物油酸轉化膜30上鍍覆耐磨陶瓷塗層40。其中該植物油酸轉化膜30一方面將鎂合金基體20表面平整化，另一方面植物油酸轉化膜30自身結構緻密，阻擋性好，化學穩定性高，與鎂合金基體20結合力強，具有良好的防腐功能。而外層耐磨的陶瓷塗層40，可保護植物油酸轉化膜30不易受到機械損傷。故，經該方法處理的鎂製品10具有良好的抗腐蝕性能。

10．．．鎂製品

20．．．鎂合金基體

30．．．植物油酸轉化膜

40．．．陶瓷塗層

42．．．氧化鋁層

43．．．氮氧化鉻層

1．．．磁控濺射設備

2．．．真空室

3．．．真空泵

4．．．轉架

5．．．鋁靶

6．．．鉻靶

7．．．氣源通道

圖1為由本發明較佳實施例的鎂合金表面防腐處理方法所製得的鎂製品的剖視示意圖。

圖2為本發明較佳實施例的鎂合金表面防腐處理方法中所用鍍膜設備示意圖。

10．．．鎂製品

20．．．鎂合金基體

30．．．植物油酸轉化膜

40．．．陶瓷塗層

42．．．氧化鋁層

43．．．氮氧化鉻層

Claims (10)

1. 一種鎂合金表面防腐處理方法，包括以下步驟：
   提供鎂合金基體；
   對鎂合金基體進行化學除油；
   用植物油酸為成膜劑的溶液對鎂合金基體進行化學轉化處理，以於鎂合金基體上形成一層植物油酸轉化膜；
   藉由真空鍍膜方法在該植物油酸轉化膜上形成由難熔化合物組成的陶瓷塗層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述化學轉化處理係將該鎂合金基體浸泡於30-50℃、含10-30ml/L植物油油酸及酮類化合物的水溶液中2-4分鐘，該水溶液的pH值為2-5。
3. 如申請專利範圍第2項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述化學轉化處理係將該鎂合金基體浸泡於35℃、含15ml/L植物油油酸及丙酮的水溶液中2.5分鐘，該水溶液的pH值為2.8。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述化學除油係將鎂合金基體浸漬於60-80℃，含25-30g/LNa₂ CO₃ 、20-25g/LNa₃ PO₄ ·12H₂ O及1-3g/L乳化劑的水溶液30-60s。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述鎂合金表面防腐處理方法還包括在所述化學轉化處理前對鎂合金基體進行鹼蝕處理的步驟，該鹼蝕處理係將該鎂合金基體浸漬於40-50℃，含40-70g/LNaOH、10-20g/LNa₃ PO₄ ·12H₂ O、25-30g/LNa₂ CO₃ 及40-50g/LNaF的水溶液中3-5s。
6. 如申請專利範圍第1項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述鎂合金表面防腐處理方法還包括在所述鹼蝕處理後將鎂合金基體浸漬於含品質百分比濃度為1%-3%HF水溶液中3-5s的活化處理步驟。
7. 如申請專利範圍第1項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述陶瓷塗層包括一層或多層金屬難熔化合物層，該金屬難熔化合物選自鈦、鋁、鉻、鋯及鈷的氮化物、氧化物、氮碳化物及氮氧化物中的一種或幾種的組合。
8. 如申請專利範圍第7項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述陶瓷塗層包括一層氧化鋁層及一層氮氧化鉻層，該氧化鋁層直接形成於該植物油酸轉化膜上，該氮氧化鉻層形成於該氧化鋁層上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述真空鍍膜方法為磁控濺射或電弧離子鍍中的一種。
10. 一種由申請專利範圍第1-9項之任意一項所述之鎂合金表面防腐處理方法所製備的鎂製品。