TWI477649B - 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。

鑒於以上情況，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；對鎂合金基體進行無機化學轉化處理，以於該鎂合金基體上形成一層無機化學轉化膜；對該鎂合金基體進行有機化學轉化處理，以於該無機化學轉化膜上形成一層有機化學轉化膜；藉由真空鍍膜方法在該有機化學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、形成於該鎂合金基體表面的無機化學轉化膜、形成於該無機化學轉化膜上的有機化學轉化膜及形成於該有機化學轉化膜上的由難熔化合物組成的陶瓷塗層。

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無機-有機雙重化學轉化膜，然後於該無機-有機雙重化學轉化膜上鍍覆耐磨陶瓷塗層。其中該無機-有機雙重化學轉化膜一方面將鎂合金基體表面平整化，另一方面該無機-有機雙重化學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 ，可保護無機-有機雙重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。

10‧‧‧鎂製品

20‧‧‧鎂合金基體

30‧‧‧無機-有機複合轉化膜

31‧‧‧無機化學轉化膜

32‧‧‧有機化學轉化膜

40‧‧‧陶瓷塗層

42‧‧‧氧化鋁層

43‧‧‧氮氧化鋁層

1‧‧‧磁控濺射設備

2‧‧‧真空室

3‧‧‧真空泵

4‧‧‧轉架

5‧‧‧鋁靶

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。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖與實施例對本發明進行進一步詳細說明。

本發明較佳實施例鎂合金表面防腐處理方法主要包括如下步驟：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、20-25g/L磷酸三鈉(Na₃PO₄．12H₂O)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%的HF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。

對鎂合金基體20進行無機-有機複合化學轉化處理，以於鎂合金基體20上製備無機-有機複合轉化膜30。該無機-有機複合化學轉 化處理包括先對鎂合金基體20進行無機化學轉化處理，以於該鎂合金基體20上形成一層無機化學轉化膜31，再對該鎂合金基體20進行有機化學轉化處理，以於該無機化學轉化膜31上形成一層有機化學轉化膜32。

該無機化學轉化處理可採用錫酸鹽為主要成膜劑或鈰鹽為主要成膜劑的溶液。

其中，選用錫酸鹽處理的溶液配方可為含150-250g/L Na₂SnO₃．3H₂O及80-150g/L KH₂PO₄的水溶液。較佳地，該錫酸鹽溶液可為含200g/L Na₂SnO₃．3H₂O及100g/L KH₂PO₄的水溶液。處理方法可將鎂合金基體20浸泡於60-80℃的該錫酸鹽溶液中1-2小時，浸泡過程中可攪拌溶液。較佳地，浸泡過程中錫酸鹽溶液的溫度保持為70℃，浸泡時間為2小時。經該錫酸鹽處理的鎂合金基體上可形成以MgSnO₃．H₂O為主要成分的轉化膜。

選用鈰鹽處理的溶液配方可為含10-30g/L Ce(NO₃)₃、20-30ml/L品質濃度為50%的過氧水及1-2g/L H₃BO₃的水溶液。較佳地，該鈰鹽溶液可為含15g/L Ce(NO₃)₃、25ml/L品質濃度為50%的過氧水及2g/L H₃BO₃的水溶液。處理方法可將鎂合金基體20浸泡於30-60℃的該鈰鹽溶液中0.2-2小時，浸泡過程中可攪拌溶液。較佳地，浸泡過程中鈰鹽溶液的溫度保持為40℃，浸泡時間為0.5小時。經該鈰鹽處理的鎂合金基體上可形成以鈰的氫氧化物為主要成分的轉化膜。

該有機化學轉化處理可採用植物油酸(亦稱順-9-十八碳烯酸)為成膜劑的溶液。用植物油酸處理的溶液配方可為含10-30ml/L品質濃度為99.8%的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無機化學轉化處理的鎂合金基體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，對形成有所述無機-有機複合轉化膜30的鎂合金基體20進行真空鍍膜處理，以在無機-有機複合轉化膜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(Al₂O₃)層42及一層氮氧化鋁(AlON)層43，該氧化鋁層42直接形成於該無機-有機複合轉化膜30上，該氮氧化鋁層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，下麵以磁控濺射製備該陶瓷塗層40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及相對設置的二鋁靶5。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。

在該無機-有機複合轉化膜30上濺射該氧化鋁層42。將形成有該無機-有機複合轉化膜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^-3Pa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)，對鎂合金基體20濺射0.5~1小時，以於該無機~有機複合轉化膜30表面形成該氧化鋁層42。

在氧化鋁層42上濺射該氮氧化鋁層43。通入反應氣體氮氣，氮氣流量為15~40sccm，調節氧氣流量為30~60sccm，其他參數保持不變，濺射0.5~2小時，以在該氧化鋁層42上沉積一層氮氧化鋁層43。

鍍膜結束後，關閉負偏壓及鋁靶5電源，停止通入氬氣、氧氣和氮氣，待所述氮氧化鋁層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表面的無機-有機複合轉化膜30及形成於該無機-有機複合轉化膜30上的由難熔化合物組成的陶瓷塗層40。

該無機-有機複合轉化膜30包括一層無機化學轉化膜31及一層形成於該無機化學轉化膜31上的有機化學轉化膜32。該無機化學轉化膜31可為錫酸鹽轉化膜或鈰鹽轉化膜。該有機化學轉化膜32為植物油酸轉化膜。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(Al₂O₃)層42及一層氮氧化鋁(AlON)層43，該氧化鋁層42直接形成於該無機-有機複合轉化膜30上，該氮氧化鋁層43形成於該氧化鋁層42上。

該陶瓷塗層40的總體厚度大約為2-5微米。

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上製備一層無機-有機複合轉化膜30，然後於該無機-有機複合轉化膜30上鍍覆耐磨陶瓷塗層40。其中該無機-有機複合轉化膜30一方面將鎂合金基體20表面平整化，另一方面無機-有機複合轉化膜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，可保護無機-有機複合轉化膜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。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧鎂製品

20‧‧‧鎂合金基體

30‧‧‧無機-有機複合轉化膜

31‧‧‧無機化學轉化膜

32‧‧‧有機化學轉化膜

40‧‧‧陶瓷塗層

42‧‧‧氧化鋁層

43‧‧‧氮氧化鋁層

Claims (13)

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；對鎂合金基體進行無機化學轉化處理，以於該鎂合金基體上形成無機化學轉化膜；對該鎂合金基體進行有機化學轉化處理，以於該無機化學轉化膜上形成有機化學轉化膜；藉由真空鍍膜方法在該有機化學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，其中所述無機化學轉化處理採用錫酸鹽為主要成膜劑的溶液。
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，其中所述無機化學轉化處理係將該鎂合金基體浸泡於60-80℃、含150-250g/L Na₂SnO₃．3H₂O及80-150g/L KH₂PO₄的水溶液中1-2小時。
4. 如申請專利範圍第3項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述無機化學轉化處理係將該鎂合金基體浸泡於70℃、含200g/L Na₂SnO₃．3H₂O及100g/L KH₂PO₄的水溶液中2小時。
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，其中所述無機化學轉化處理採用鈰鹽為主要成膜劑的溶液。
6. 如申請專利範圍第5項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述無機化學轉化處理係將該鎂合金基體浸泡於30-60℃、含10-30g/L Ce(NO₃)₃、20-30ml/L品質濃度為50%的過氧水及1-2g/L H₃BO₃的水溶液中0.2-2小 時。
7. 如申請專利範圍第6項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述無機化學轉化處理係將該鎂合金基體浸泡於40℃、含15g/L Ce(NO₃)₃、25ml/L品質濃度為50%的過氧水及2g/L H₃BO₃的水溶液中0.5小時。
8. 如申請專利範圍第1項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述有機化學轉化處理採用植物油酸為成膜劑的溶液。
9. 如申請專利範圍第8項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述有機化學轉化處理係將該經無機化學轉化處理的鎂合金基體浸泡於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，該植物油酸溶液的pH值為2-5。
10. 如申請專利範圍第9項所述之鎂合金表面防腐處理方法，其中所述有機化學轉化處理係將該經無機化學轉化處理的鎂合金基體浸泡於35℃、含15ml/L植物油油酸及丙酮的水溶液中2.5分鐘，該植物油酸溶液的pH值為2.8。
11. 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。
12. 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無機化學轉化處理前將鎂合金基體浸漬於含品質百分比濃度為1%-3%HF的水溶液中3-5s的活化處理步驟。
13. 一種由申請專利範圍第1-12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。