专利名称：一种磷酸盐转化溶液及其处理镁合金表面的方法
技术领域：
本发明涉及镁合金表面防腐的化学转化处理技术，具体涉及一种磷酸盐转化溶液 及其处理镁合金表面的方法。
背景技术：
镁是最轻的金属结构材料之一，密度只有1.74g/cm3，镁及镁合金的比强度和 比刚度都较高，并且还具有切削加工性和电磁屏蔽性好、回收率高等优点，广泛应用于 航空航天、军工、汽车、冶金、纺织业、印刷业以及3C产品(Computer，Communication, Consumptionelectronic products)等许多领域。汽车行业中，镁合金用量年增长率达 15%;电子产品行业中，年增长率达25%。镁合金正在成为继钢铁、铝合金之后的第三大金 属工程材料，被誉为“绿色工程材料”和21世纪的“时代金属”。但是，镁的化学性质十分活泼，极易与氧气、氮气、水、C02、S02等发生反应而生成致 密度系数较低的一层非金属膜，这层膜不能阻止氧等气体的进一步反应，对金属基体起不 到有效的保护作用。另外，镁的标准电极电位为-2. 34eV，是常用金属结构材料中最低的，当 与其它金属接触时，易发生电偶腐蚀而加速溶解腐蚀。这些都成为限制镁合金应用的关键 问题。为了进一步提高镁合金的使用性能，扩大镁合金的应用范围，除了开发高纯镁或新型 镁合金之外，进行适当的表面处理(如化学转化处理、阳极氧化、微弧氧化、离子注入、有机 涂装、气相沉积等)以提高其耐蚀性也是行之有效的方法，对推进镁合金材料的应用具有 十分重要的现实意义和经济效益。化学转化法是指合金与某种特定溶液相接触，发生化学反应，在金属表面形成一 层附着力良好的难溶性的化合物膜层，从而保护基体金属材料不受水和其它腐蚀性介质的 影响。目前关于镁合金基体表面化学转化膜的研究很多，最成熟的是铬酸盐转化涂层，该方 法最主要的缺点是溶液中含有对人畜和环境都会带来很大危害的Cr6+离子。因此开发低毒 的无铬转化处理液成为当务之急。磷酸盐、氟锆盐等有望成为镁合金代铬转化涂层。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的缺点，提供一种磷酸盐转化溶液及其处理镁合金 表面的方法。所使用化学转化液中不含有害六价铬的镁合金表面处理方法。该溶液主要由 磷酸盐配方组成，成本较低，成分少，耗能小，处理条件比较简单，无毒卫生，用该溶液处理 形成的化学转化膜附着力强、耐蚀性好。本发明目的通过以下技术方案来实现一种用于镁合金表面处理的磷酸盐转化溶液，其组成为磷酸8 10ml/L，磷酸二 氢钠50 70g/L，氟化钠2 3g/L，硝酸钠3 5g/L以及水。本发明的磷酸盐转化溶液，其组成还可以为磷酸8 10ml/L，磷酸二氢钠50 70g/L，氟化钠2 3g/L，硝酸钠3 5g/L、添加剂2 3ml/L以及水。所述添加剂为异噻唑啉酮类衍生物。
所述的磷酸盐转化溶液在镁合金表面处理中的应用，包括以下的步骤(1)将镁合金表面打磨，抛光，超声波清洗后，依次在60°C水浴中的四氯化碳和碱 洗溶液中浸泡3 5min，清洗，烘干；(2)浸于所述的磷酸盐转化溶液中搅拌5分钟，清洗，烘干；(3)置于封孔溶液中10 20分钟后，烘干。所述打磨、抛光和清洗均使用蒸馏水或三次去离子水。所述碱洗溶液中的组成为氢氧化钾10.5g/L，磷酸钠5.3g/L和乙二胺四乙酸 2. 6g/L。所述的磷酸盐转化溶液的组成为磷酸8 10ml/L，磷酸二氢钠50 70g/L，氟化 钠2 3g/L，硝酸钠3 5g/L以及水。所述的磷酸盐转化溶液的组成还可以为磷酸8 10ml/L，磷酸二氢钠50 70g/ L，氟化钠2 3g/L，硝酸钠3 5g/L、添加剂2 3ml/L以及水。所述添加剂为异噻唑啉酮类衍生物。所述封孔溶液的组成为25g/L的氢氧化钠和20g/L的硅酸钠。研磨，抛光，用以除去镁合金工件表面的杂质、油脂、氧化膜等异物，减小表面粗糙 度；封孔将转化膜内层的微孔进一步封闭，完善转化膜，提高其性能，起到更好的保 护作用；烘干是在热风下或干燥箱内烘干，用以除去水分和促进晶胞成型。所述预处理方法在研磨和抛光过程中使用的是蒸馏水或去离子水，处理完后立即 放入盛有无水乙醇的玻璃皿中，这样可有效防止镁合金表面发生氧化和点蚀；所述的烘干可用电吹风吹干或放入干燥箱内烘烤20 30分钟，温度80 85°C。
图1是本发明方法的流程示意图。图2是用该法处理后的镁合金表面SEM图片。图3是转化膜的截面形貌。
具体实施例方式下面结合附图和实施例作进一步说明。实施例1.按下列配方配制溶液磷酸盐转化溶液IOOOml 磷酸10ml，磷酸二氢钠60g，氟化钠2g，硝酸钠3g，其余 为水，pH = 2. 1 ；封孔溶液氢氧化钠25g/L和硅酸钠20g/L。碱洗溶液的组成为氢氧化钾10. 5g/L，磷酸钠5. 3g/L和乙二胺四乙酸2. 6g/L。按照图1的流程处理AZ91D压铸镁合金样品，首先选取一块AZ91D压铸镁合金 样品，线切割成15X15X5mm3的尺寸大小，水磨砂纸磨至1000#，用细软的抛光布进行抛 光(在打磨和抛光过程中均使用的是蒸馏水)，处理完后使用无水乙醇超声波清洗，然后烘干，测得其表面粗超度为2. Oum。将样品依次置于60°C水浴中的四氯化碳和碱洗溶液中分 别浸泡5min脱脂，清洗，烘干；去离子水清洗后进行化学转化，具体将其浸渍于磷酸盐转化 溶液中，室温下搅拌5分钟；用去离子水清洗、烘干，置于上述配制的封孔溶液中，室温下12 分钟。通过该实施例所得到的化学转化膜附着力好，按照JIS K-5400标准，所得到的样 品附着力评分可达10分；按照GB/T 6461-2002，它可通过24小时的中性盐雾试验，且腐蚀 面积为1. 0%< A彡2. 5%，保护评级可达5级。图2是经处理后样品的扫描电镜(SEM)图片。该磷酸盐转化膜的显微裂纹布满整 个表面，说明成膜十分均勻；上面还存在棉絮状的球形颗粒，嵌在块状的转化膜层上，同样 比较平整。裂纹的存在有利于转化膜与后续漆膜的牢固附着，提高漆膜的结合力。图3是转化膜的截面形貌图片。可以看出经封孔后转化膜厚度约为3 4um，这 跟使用Surfix-FNB涡流测厚仪测得的转化膜厚度基本一致。膜层下面是基体的断口形貌。 此图也进一步说明了基体与转化膜结合牢固，转化膜在基体上的生长很均勻。虽本发明已以较佳可行的实施例披露如上，但这并非用以限定本发明，任何所属 技术领域的技术人员或科研人员，在不脱离本发明之范围内，当可作少许更动或改进，因此 本发明之保护范围应当视权利要求所界定者为准。
权利要求
一种磷酸盐转化溶液，其特征在于，其组成为磷酸8～10ml/L，磷酸二氢钠50～70g/L，氟化钠2～3g/L，硝酸钠3～5g/L以及水。
2.一种磷酸盐转化溶液，其特征在于，其组成为磷酸8 10ml/L，磷酸二氢钠50 70g/L，氟化钠2 3g/L，硝酸钠3 5g/L、添加剂2 3ml/L以及水。
3.根据权利要求2所述的磷酸盐转化溶液，其特征在于，所述添加剂为异噻唑啉酮类 衍生物。
4.权利要求1或2所述的磷酸盐转化溶液处理镁合金表面的方法，其特征在于，包括以 下的步骤(1)将镁合金表面打磨，抛光，超声波清洗后，依次在60°C水浴中的四氯化碳和碱洗溶 液中浸泡3 5min，清洗，烘干；(2)浸于权利要求1或2所述的磷酸盐转化溶液中搅拌5分钟，清洗，烘干；(3)置于封孔溶液中10 20分钟后，烘干。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述打磨、抛光和清洗均使用蒸馏水或三 次去离子水。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碱洗溶液中的组成为氢氧化钾 10. 5g/L，磷酸钠5. 3g/L和乙二胺四乙酸2. 6g/L。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，权利要求1所述的磷酸盐转化溶液的组成 为磷酸8 10ml/L，磷酸二氢钠50 70g/L，氟化钠2 3g/L，硝酸钠3 5g/L以及水。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，权利要求2所述的磷酸盐转化溶液的组成 为为磷酸8 10ml/L，磷酸二氢钠50 70g/L，氟化钠2 3g/L，硝酸钠3 5g/L、添加剂 2 3ml/L以及水。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述添加剂为异噻唑啉酮类衍生物。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述封孔溶液的组成为25g/L的氢氧化 钠和20g/L的硅酸钠。
全文摘要
本发明公开了一种磷酸盐转化溶液及其处理镁合金表面的方法，该溶液的组成为磷酸8～10ml/L，磷酸二氢钠50～70g/L，氟化钠2～3g/L，硝酸钠3～5g/L以及水；本发明磷酸盐转化溶液的处理方法为机械预处理、超声波清洗、表面预脱脂、水洗、脱脂、水洗、化学转化、水洗、封孔、水洗、干燥保存。本发明方法降低了成本，提高了效率，减小了能耗，得到的化学转化膜均匀致密、结合力强、耐蚀性好，能对AZ91D镁合金进行短期防护，也可作为有机涂层与镁合金基体结合良好的衬底和中间过渡层。
文档编号C23C22/36GK101906628SQ20101024225
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者向兴华, 高阳 申请人:华南理工大学