專利名稱：一種鎂合金工件表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎂合金工件表面防護(hù)裝飾膜的環(huán)保型制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金因密度小、比強(qiáng)度高、加工焊接和阻尼性能好以及尺寸穩(wěn)定、價(jià)格低廉、易回收利用等優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，在機(jī)械制造、汽車制造、航空航天、電子、軍事、通訊、光學(xué)儀器、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域有著更加廣泛的應(yīng)用。但鎂合金的耐蝕性能很差，在潮濕大氣或酸性、中性、弱堿性溶液中都容易發(fā)生腐蝕，這在很大程度上阻礙了鎂合金的推廣應(yīng)用。另外，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們不僅要求鎂合金工件不易腐蝕，而且還要求其具有一定的色澤，如對(duì)于鎂合金材料制成的筆記本電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品的外殼，鮮艷的色澤會(huì)倍受人們的青睞；而用于軍用飛機(jī)或其它國防產(chǎn)品的鎂合金材料，則要求材料的色澤較暗且不反光。因此，采用適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚碓谔岣哝V合金工件耐蝕性能的同時(shí)賦予其一定的色澤，即制備鎂合金表面防護(hù)裝飾性膜層，對(duì)于促進(jìn)鎂合金的應(yīng)用具有重要意義。
現(xiàn)有的鎂合金表面防護(hù)裝飾性膜層的制備方法主要為陽極氧化后再電解著色(如公開號(hào)為CN 1632179A，申請(qǐng)?zhí)枮?00410067814.3的“鎂合金表面綠色氧化膜層兩步著色方法”)或陽極氧化后再化學(xué)染色(如公開號(hào)為CN 1405362A，申請(qǐng)?zhí)枮?2142663.5的“鎂材的著色方法以及利用該著色的鎂材制殼體”)。由這些工藝制備的著色陽極化膜可兼具防護(hù)和裝飾性能，但這些工藝一方面無法處理形狀復(fù)雜的工件，另一方面因?yàn)樯婕安襟E較多因而存在處理工序復(fù)雜、成本高、周期長等缺點(diǎn)。因此，開發(fā)更為簡便的、可在各種形狀鎂合金工件表面形成防護(hù)裝飾膜的制備工藝非常必要和迫切。
化學(xué)轉(zhuǎn)化處理作為鎂合金表面防腐蝕的一種重要方法，可通過浸漬、噴淋等方法使鎂合金工件與轉(zhuǎn)化液相接觸，由于基體金屬與轉(zhuǎn)化液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可在工件表面生成由氧化物或金屬鹽構(gòu)成的鈍化膜，從而提高工件的防腐性能。該方法可以處理形狀復(fù)雜的工件，且處理工藝非常簡便。但傳統(tǒng)的鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液中通常含有重金屬離子Cr6+，毒性大，環(huán)境污染嚴(yán)重。雖然近期公開的中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510200038.4的“一種鎂合金表面處理方法”(公開號(hào)為CN 1632169A)提供了一種轉(zhuǎn)化液已經(jīng)實(shí)現(xiàn)不含有害的Cr6+，但尚存在其制得的表面膜層色澤單一、裝飾性能不強(qiáng)、在應(yīng)用方面受到諸多限制等問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可處理各種形狀鎂合金工件的、處理工序簡單且成本低、所得膜層兼具防護(hù)和裝飾性能的鎂合金工件表面處理方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鎂合金工件表面處理方法，工藝流程包括工件前處理工序、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工序和干燥工序，以及各工序間的水洗工序、純水洗工序；其關(guān)鍵特征在于化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工序是將鎂合金工件浸入以過渡金屬鹽為主成膜物質(zhì)、堿金屬鹽為輔助成膜物質(zhì)的轉(zhuǎn)化液中進(jìn)行，轉(zhuǎn)化液pH值控制在2～6，處理溫度控制在10～90℃，處理時(shí)間為5～30分鐘；過渡金屬鹽為鋯鹽、錳鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽中的一種或幾種，換算成Na2MoO4·2H2O含量，主成膜物質(zhì)濃度為5～150g/L；堿金屬鹽為硝酸鋰、硫酸鋰、硝酸鈉、硫酸鈉、硝酸鉀、硫酸鉀中的一種或幾種，換算成LiNO3含量，輔助成膜物質(zhì)濃度為0.5～20g/L；轉(zhuǎn)化液pH值通過磷酸或硫酸、氫氧化鉀或氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)節(jié)。
其特征還包括①前處理工序由脫脂工序、水洗工序、純水洗工序、堿洗工序、溫水洗工序、水洗工序、純水洗工序、酸洗工序、水洗工序、純水洗工序構(gòu)成，其中脫脂液組成為商用金屬清洗劑3-5wt％，其余為純水；脫脂溫度控制在20～60℃，脫脂時(shí)間控制在1～20分鐘；堿洗液組成為氫氧化鈉5～50g/L、碳酸鈉1～50g/L、碳酸氫鈉1～50g/L，其余為純水；堿洗溫度控制在40～60℃，堿洗時(shí)間控制在3～20分鐘；酸洗液組成為硝酸1～50g/L，其余為純水；酸洗溫度控制在15～35℃，酸洗時(shí)間控制在1～50秒；②干燥工序采用冷空氣吹干，溫度為10～25℃，時(shí)間為2～20分鐘；③水洗工序均為1道，除堿洗后的溫水洗工序溫度為40～60℃，其他水洗工序溫度均控制在10～30℃。
本發(fā)明所述膜層裝飾性能是指其色澤；膜層色澤調(diào)控是基于轉(zhuǎn)化液中成膜物質(zhì)與鎂合金工件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在不同pH值下可得到具有一定顏色的過渡金屬氫氧化物、氧化物、鹽，從而使膜層表現(xiàn)出特定色澤。
用于本發(fā)明所述表面處理的鎂合金是AZ系鎂合金壓鑄件，但可不限于此系列、此形態(tài)鎂合金。
本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是制備的鎂合金工件表面膜層兼具防護(hù)和裝飾性能，其耐蝕性及與漆膜結(jié)合力不低于經(jīng)含Cr6+的轉(zhuǎn)化液處理得到的膜層，其色澤多樣且色澤均勻性及耐久度不劣于經(jīng)電解著色或化學(xué)染色得到的膜層。這在環(huán)境友好、資源節(jié)約的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了鎂合金工件表面防腐性能和裝飾性能的有機(jī)結(jié)合，大大拓寬了鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。其具體優(yōu)點(diǎn)如下1、通過一步化學(xué)轉(zhuǎn)化處理得到兼具良好耐蝕性、良好結(jié)合力并具有銀色、灰色、金黃色、紫色、棕色、褐色等不同色澤的轉(zhuǎn)化膜，且膜層色澤均勻、耐久性優(yōu)良；2、處理液中不含Cr6+等有害金屬離子，環(huán)保效果好；3、轉(zhuǎn)化液成分簡單，所需設(shè)備簡易，對(duì)工件形狀無要求，處理工藝簡便；4、處理溫度適中，處理時(shí)間短，能耗小。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所提出的一種鎂合金工件表面處理方法，其工藝流程包括工件前處理工序、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工序和干燥工序，以及各工序間的水洗工序、純水洗工序。
前處理工序由脫脂工序、水洗工序、純水洗工序、堿洗工序、溫水洗工序、水洗工序、純水洗工序、酸洗工序、水洗工序、純水洗工序；其中，脫脂液組成為商用金屬清洗劑(如上海長江化工廠生產(chǎn)的春江牌金屬清洗劑)3-5wt％，其余為純水；脫脂溫度控制在20～60℃；脫脂時(shí)間控制在1～20分鐘；堿洗液組成為氫氧化鈉5～50g/L、碳酸鈉1～50g/L、碳酸氫鈉1～50g/L，其余為純水；堿洗溫度控制在40～60℃；堿洗時(shí)間控制在3～20分鐘；酸洗液組成為硝酸1～50g/L，其余為純水；酸洗溫度控制在15～35℃；酸洗時(shí)間控制在1～50秒。
本發(fā)明的關(guān)鍵步驟是化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工序，即將鎂合金工件浸入以過渡金屬鹽為主成膜物質(zhì)、堿金屬鹽為輔助成膜物質(zhì)的、一定pH值的轉(zhuǎn)化液中進(jìn)行。
化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工序所用轉(zhuǎn)化液中含有過渡金屬鹽和堿金屬鹽，轉(zhuǎn)化液pH值控制在2～6，處理溫度控制在10～90℃，處理時(shí)間為5～30分鐘。過渡金屬鹽為鋯鹽、錳鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽中的一種或幾種，換算成Na2MoO4·2H2O含量，主成膜物質(zhì)濃度為5～150g/L。堿金屬鹽為硝酸鋰、硫酸鋰、硝酸鈉、硫酸鈉、硝酸鉀、硫酸鉀中的一種或幾種，換算成LiNO3含量，輔助成膜物質(zhì)濃度為0.5～20g/L。轉(zhuǎn)化液pH值通過磷酸或硫酸、氫氧化鉀或氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)節(jié)。
干燥工序采用冷空氣吹干，溫度為10～25℃，時(shí)間為2～20分鐘。
水洗工序均為1道，除堿洗后的溫水洗工序溫度為40～60℃，其他水洗工序溫度均控制在10～30℃。
(1)膜層質(zhì)量檢驗(yàn)a.外觀檢驗(yàn)?zāi)恳暀z查膜層是否完整、連續(xù)、有無缺陷、色澤是否均勻。
b.耐蝕性檢驗(yàn)采用點(diǎn)滴試驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)幽臀g性能，點(diǎn)滴時(shí)間越長表明耐蝕效果越好。點(diǎn)滴液組成為高錳酸鉀0.05g，濃硝酸(ρ＝1.42g/mL)1mL，純水100mL；終點(diǎn)判斷條件為點(diǎn)滴液紫紅色消失；點(diǎn)滴溫度控制在25℃；平行實(shí)驗(yàn)3次。
c.漆膜結(jié)合力檢驗(yàn)采用劃格法測(cè)定轉(zhuǎn)化膜與漆膜的結(jié)合力。即在處理試樣表面涂漆并晾干。用小刀以1mm間隔劃成100個(gè)小格，在其上壓粘玻璃紙膠帶，然后再將膠帶揭起，觀察在試樣上剩余漆膜的小格，用百分?jǐn)?shù)表示。百分?jǐn)?shù)越大表明轉(zhuǎn)化膜與漆膜的結(jié)合力越好。
d.耐久性檢驗(yàn)將成膜工件在室內(nèi)空氣中放置一定時(shí)間，目視檢查膜層色澤有無變化、膜層有無脫落和腐蝕。
(2)具體實(shí)施例選用的鎂合金為AZ91壓鑄件，規(guī)格為35mm×20mm×3.0mm鎂片，分別用水砂紙逐級(jí)打磨至1000#、水洗、純水洗、丙酮擦拭、水洗、純水洗、冷空氣吹干。在脫脂液中于30℃下處理5分鐘，然后進(jìn)行1道水洗、1道純水洗；再在堿洗液中于60℃下處理10分鐘，然后進(jìn)行1道溫水洗、1道水洗、1道純水洗；再在酸洗液中于25℃下處理15秒，然后進(jìn)行1道水洗、1道純水洗；之后進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，然后進(jìn)行1道水洗、1道純水洗；最后冷空氣吹干。下述6個(gè)實(shí)施例中所有工件的前處理工藝均如上所述，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理所用轉(zhuǎn)化液組成及pH值、處理?xiàng)l件及膜層質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果如下實(shí)施例1轉(zhuǎn)化液組成鉬酸鈉[Na2MoO4·2H2O] 48g/L；硝酸鋰[LiNO3] 5g/L。
轉(zhuǎn)化液pH值為4。
處理?xiàng)l件溫度80℃，時(shí)間5分鐘。
膜層質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果膜層呈淺紫色、連續(xù)、無缺陷，點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果76秒，漆膜結(jié)合力100％，工件放置425天后色澤無變化、膜層無脫落和腐蝕現(xiàn)象。
實(shí)施例2轉(zhuǎn)化液組成鉬酸鈉[Na2MoO4·2H2O] 150g/L；硝酸鈉[NaNO3]、硫酸鋰[Li2SO4·H2O]20g/L(換算成LiNO3的含量)。
轉(zhuǎn)化液pH值為3。
處理?xiàng)l件溫度60℃，時(shí)間15分鐘。
膜層質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果膜層呈褐色、連續(xù)、無缺陷，點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果142秒，漆膜結(jié)合力100％，工件放置425天后色澤無變化、膜層無脫落和腐蝕現(xiàn)象。
實(shí)施例3轉(zhuǎn)化液組成硫酸鋯[ZrSO4·4H2O] 5g/L(換算成Na2MoO4·2H2O的含量)；硫酸鋰[Li2SO4·H2O] 1.5g/L(換算成LiNO3的含量)。
轉(zhuǎn)化液pH值為5。
處理?xiàng)l件溫度40℃，時(shí)間10分鐘。
膜層質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果膜層呈銀灰色、連續(xù)、無缺陷，點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果83秒，漆膜結(jié)合力100％，工件放置425天后色澤無變化、膜層無脫落和腐蝕現(xiàn)象。
實(shí)施例4轉(zhuǎn)化液組成硫酸鋯[ZrSO4·4H2O] 12g/L(換算成Na2MoO4·2H2O的含量)；硝酸鉀[KNO3]0.5g/L(換算成LiNO3的含量)。
轉(zhuǎn)化液pH值為2。
處理?xiàng)l件溫度10℃，時(shí)間30分鐘。
膜層質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果膜層呈淺棕色、連續(xù)、無缺陷，點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果107秒，漆膜結(jié)合力100％，工件放置425天后色澤無變化、膜層無脫落和腐蝕現(xiàn)象。
實(shí)施例5轉(zhuǎn)化液組成鎢酸鈉[Na2WO4·2H2O]、鉬酸鈉86g/L(換算成Na2MoO4·2H2O的含量)；硫酸鈉[Na2SO4] 13g/L(換算成LiNO3的含量)。
轉(zhuǎn)化液pH值為6。
處理?xiàng)l件溫度20℃，時(shí)間20分鐘。
膜層質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果膜層呈淡黃色、連續(xù)、無缺陷，點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果134秒，漆膜結(jié)合力100％，工件放置425天后色澤無變化、膜層無脫落和腐蝕現(xiàn)象。
實(shí)施例6轉(zhuǎn)化液組成硫酸錳[MnSO4·H2O]、硫酸鋯[ZrSO4·4H2O] 126g/L(換算成Na2MoO4·2H2O的含量)；硫酸鋰[Li2SO4·H2O]、硝酸鉀[KNO3]7.2g/L(換算成LiNO3的含量)。
轉(zhuǎn)化液pH值為4.5。
處理?xiàng)l件溫度90℃，時(shí)間8分鐘。
膜層質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果膜層呈金黃色、連續(xù)、無缺陷，點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果156秒，漆膜結(jié)合力100％，工件放置425天后色澤無變化、膜層無脫落和腐蝕現(xiàn)象。
如上所述，本發(fā)明所用化學(xué)轉(zhuǎn)化液中不含有害的Cr6+等離子；處理后的鎂合金工件耐蝕性能及與漆膜結(jié)合力不低于經(jīng)含Cr6+的轉(zhuǎn)化液處理的工件；處理后的鎂合金工件可具有不同色澤，且色澤均勻性及耐久度不劣于經(jīng)電解著色或化學(xué)染色的工件。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金工件表面處理方法，工藝流程包括工件前處理工序、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工序和干燥工序，以及各工序間的水洗工序、純水洗工序；其特征在于①前處理工序?yàn)槊撝ば颉⑺垂ば?、純水洗工序、堿洗工序、溫水洗工序、水洗工序、純水洗工序、酸洗工序、水洗工序和純水洗工序；其中脫脂液組成為商用金屬清洗劑3-5wt％，其余為純水；脫脂溫度控制在20～60℃，脫脂時(shí)間控制在1～20分鐘；堿洗液組成為氫氧化鈉5～50g/L、碳酸鈉1～50g/L、碳酸氫鈉1～50g/L，其余為純水；堿洗溫度控制在40～60℃，堿洗時(shí)間控制在3～20分鐘；酸洗液組成為硝酸1～50g/L，其余為純水；酸洗溫度控制在15～35℃，酸洗時(shí)間控制在1～50秒；②化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工序是將鎂合金工件浸入以過渡金屬鹽為主成膜物質(zhì)、堿金屬鹽為輔助成膜物質(zhì)的轉(zhuǎn)化液中進(jìn)行，轉(zhuǎn)化液pH值控制在2～6，處理溫度控制在10～90℃，處理時(shí)間為5～30分鐘；③干燥工序采用冷空氣吹干，溫度為10～25℃，時(shí)間為2～20分鐘；④水洗工序均為1道，除堿洗后的溫水洗工序溫度為40～60℃，其他水洗工序溫度均控制在10～30℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金工件表面處理方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化液主成膜物質(zhì)過渡金屬鹽為鋯鹽、錳鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽中的一種或幾種，換算成Na2MoO4·2H2O含量，其濃度為5～150g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金工件表面處理方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化液輔助成膜物質(zhì)堿金屬鹽為硝酸鋰、硫酸鋰、硝酸鈉、硫酸鈉、硝酸鉀和硫酸鉀中的一種或幾種，換算成LiNO3含量，其濃度為0.5～20g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金工件表面處理方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化液pH值通過磷酸或硫酸、氫氧化鉀或氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鎂合金工件表面處理方法，工藝流程包括工件前處理、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、干燥處理以及各工序間的水洗處理。其中，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理是將鎂合金工件浸入由主成膜物質(zhì)和輔助成膜物質(zhì)組成的轉(zhuǎn)化液中進(jìn)行；主成膜物質(zhì)為鋯鹽、錳鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽等過渡金屬鹽中的一種或幾種，換算成Na
文檔編號(hào)C23C22/82GK101016627SQ200710078179
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者李凌杰, 雷驚雷, 屈衛(wèi)娟, 張勝濤, 潘復(fù)生 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)