一种镁合金黑色转化膜的电化学制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于表面处理技术领域，涉及镁合金表面耐腐蚀性电化学黑色转化膜的成膜溶液组成和该黑色膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金是目前工业应用的最轻的金属结构材料，具有许多优良的性能，它的比强度高、比刚度高、密度约为铝的2/3、铁的1/4;它具有良好的导热性、导电性、阻尼性、尺寸稳定性、减震性、机械加工性及再循环利用性，被认为是二十一世纪最具开发和应用潜力的绿色材料。但镁合金标准电极很负，导致其耐蚀性很低，这就限制了它的广泛应用。
[0003]电化学转化膜是一种直接在钢铁、锌板、镁合金等金属表面通过外加电流的作用下快速转化沉积形成的膜层。该技术可以使转化膜在低温或者常温条件下快速形成，降低加热所需的能耗。镁合金经电化学转化处理后，可以极大地提高其耐腐蚀性能。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种镁合金黑色转化膜的成膜液。
[0006]本发明的另一目的，是提供一种镁合金黑色转化膜的制备方法。制得的转化膜呈黑色，此膜层可以提高镁合金的耐蚀性和漆膜附着性。
[0007]采用的技术方案是:
一种镁合金黑色转化膜的成膜液，其特征在于:该成膜溶液由马日夫盐、硝酸锌、硫酸铜、EDTA、硝酸镍、OP-乳化剂和水组成。
[0008]其浓度为:
马日夫盐 55-65g/L，硝酸锌 40-55g/L,硫酸铜 l_3g/L，EDTA 0.8-1.5g/L，硝酸镍l-2g/L，OP-乳化剂 5-8mL/L。
[0009]一种镁合金黑色转化膜的制备方法，其特征在于:该方法包括如下步骤:
Cl)机械打磨:用600#、800#、1000#或1200#水磨砂纸打磨，除去镁合金表面污物，使镁合金表面光滑；
(2)碱洗:用碱洗溶液清洗，温度为75-85°C，时间为5-10min，除去表面油污；
(3)酸洗:用酸液洗涤，常温，时间为60s，去除表面的氧化膜；
(4)活化:用活化液洗涤，常温，时间为60-120S，进一步除去氧化膜并形成活性位点；
(5)成膜:将前处理后的镁合金试样浸入到成膜溶液中，温度为常温，处理时间为5-10min,电流密度控制在0.5-1.5 A/dm2,制备出电化学转化膜；
(6)封闭处理:将形成黑色膜的镁合金试样放入封闭处理液中，温度为95-100°C，时间为20min,将转化膜表面微孔封闭。
[0010]所述的碱洗溶液包括磷酸钠、碳酸钠、氢氧化钠和硅酸钠，其浓度分别为磷酸钠40_50g/L、碳酸钠 10_15g/L、氢氧化钠 40_50g/L、娃酸钠 5-lOg/L。
[0011]所述的酸洗液为37.5%(v/v)的浓磷酸(85%)稀释溶液。
[0012]所述的活化溶液为35%(v/v)的氢氟酸(40%)稀释溶液。
[0013]所述的封闭处理液包括硅酸钠和氢氧化钠，其浓度分别为硅酸钠20_30g/L、氢氧化钠 5-15g/L。
[0014]利用本发明能够经电化学方法成功地制备出镁合金电化学黑色转化膜，膜层具有良好的耐蚀性和漆膜附着性，并且成膜溶液环保无污染。
【附图说明】
[0015]图1是镁合金电化学转化膜和基体极化曲线对比图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
[0017]采用的样品为AZ91D镁合金。
[0018]实施例1
1、机械打磨处理
将上述镁合金用600#、800#、1000#、1200#水磨砂纸打磨露出新鲜镁合金基体，然后用自来水、蒸馏水冲洗干净，吹干。
[0019]2、碱洗
将磷酸钠40g、碳酸钠10g、氢氧化钠50g、硅酸钠5g依次放入SOOmL的蒸馏水中，待各物质全部溶解后添加蒸馏水至IL配成碱洗溶液。将上述打磨后的试样放入碱洗溶液中，温度控制在75°C，时间为5min。然后用自来水和蒸馏水将试样清洗干净。
[0020]3、酸洗
将上述碱洗后的试样浸入到37.5%(v/v)的浓磷酸(85%)稀释溶液中，常温条件下处理60s。然后用自来水和蒸馏水将试样清洗干净。
[0021]4、活化
将上述酸洗后的试样浸入到35%(v/v)的氢氟酸(40%)稀释溶液中，常温条件下处理120s。然后用自来水将试样清洗干净，再用蒸馏水清洗，吹干。
[0022]5、成膜
将马日夫盐60g、硝酸锌50g、硫酸铜lg、EDTA 0.8g、硝酸镍lg、0P_乳化剂5mL依次放入SOOmL的蒸馏水中，待各物质全部溶解后添加蒸馏水至IL配成成膜溶液。将上述经过前处理的镁合金试样常温条件下浸入到成膜溶液中，并对镁合金试样通以1.0 A/dm2的电流，反应时间为lOmin。然后用自来水将试样清洗干净，再用蒸馏水清洗，吹干。
[0023]6、封闭处理
将硅酸钠15g、氢氧化钠1g放入SOOmL的蒸馏水中，待各物质全部溶解后添加蒸馏水至IL配成封闭处理溶液。将上述成膜试样浸入封闭处理溶液中，温度控制在95°C下处理20min。将封闭处理后的试样用自来水清洗干净，再用蒸馏水清洗，吹干。
[0024]最后制得了黑色的镁合金电化学转化膜，该附有黑色转化膜的镁合金耐蚀性明显提闻了。
[0025]性能检测耐蚀性测试
采用上海晨华仪器公司生产的CHI660E型电化学工作站来测试转化膜的稳态电流-电位(1-E)极化曲线。参比电极用饱和甘汞电极，辅助电极用钼电极，工作电极用待测试试样，扫描速率为2.5mV/s。测试结果如图1所示。结果表明形成转化膜后的镁合金腐蚀电位较镁合金基体明显正移了，腐蚀电流也明显下降了，说明转化膜对镁合金有很好的保护作用。
[0026]膜层致密性
用原子力显微镜(Prima，NT-MDT)观察试样膜层的致密性。测试结果表明制备的黑色膜层很紧密，致密性良好。
[0027]从以上的性能测试可以发现，采用本发明的镁合金黑色转化膜的电化学制备方法得到的转化膜的耐蚀性优良，致密性良好，很好的保护了镁合金基体。
[0028]实施例2
1、机械打磨处理
将上述镁合金用600#、800#、1000#、1200#水磨砂纸打磨露出新鲜镁合金基体，然后用自来水、蒸馏水冲洗干净，吹干。
[0029]2、碱洗
将磷酸钠40g、碳酸钠10g、氢氧化钠50g、硅酸钠5g依次放入SOOmL的蒸馏水中，待各物质全部溶解后添加蒸馏水至IL配成碱洗溶液。将上述打磨后的试样放入碱洗溶液中，温度控制在75°C，时间为5min。然后用自来水和蒸馏水将试样清洗干净。
[0030]3、酸洗
将上述碱洗后的试样浸入到37.5%(v/v)的浓磷酸(85%)稀释溶液中，常温条件下处理60s。然后用自来水和蒸馏水将试样清洗干净。
[0031]4、活化
将上述酸洗后的试样浸入到35%(v/v)的氢氟酸(40%)稀释溶液中，常温条件下处理120s。然后用自来水将试样清洗干净，再用蒸馏水清洗，吹干。
[0032]5、成膜
将马日夫盐65g、硝酸锌45g、硫酸铜2g、EDTA lg、硝酸镍1.5g、0P_乳化剂7mL依次放入SOOmL的蒸馏水中，待各物质全部溶解后添加蒸馏水至IL配成成膜溶液。将上述经过前处理的镁合金试样常温条件下浸入到成膜溶液中，并对镁合金试样通以1.5 A/dm2的电流，反应时间为8min。然后用自来水将试样清洗干净，再用蒸馏水清洗，吹干。
[0033]6、封闭处理
将硅酸钠15g、氢氧化钠1g放入SOOmL的蒸馏水中，待各物质全部溶解后添加蒸馏水至IL配成封闭处理溶液。将上述成膜试样浸入封闭处理溶液中，温度控制在95°C下处理20min。将封闭处理后的试样用自来水清洗干净，再用蒸馏水清洗，吹干。
[0034]最后制得了黑色的镁合金电化学转化膜，该附有黑色转化膜的镁合金耐蚀性明显提闻了。
[0035]性能检测
耐蚀性测试
采用上海晨华仪器公司生产的CHI660E型电化学工作站来测试转化膜的稳态电流-电位(1-E)极化曲线。辅助电极用钼电极，参比电极用饱和甘汞电极，工作电极用待测试试样，扫描速率为2.5mV/s。测试结果表明形成转化膜后的镁合金腐蚀电位较镁合金基体明显正移了，腐蚀电流也明显下降了，说明转化膜对镁合金有很好的保护作用。
[0036]膜层致密性
用原子力显微镜(Prima，NT-MDT)观察试样膜层的致密性。测试结果表明制备的黑色膜层很紧密，致密性良好。
[0037]从以上的性能测试可以发现，采用本发明的镁合金黑色转化膜的电化学制备方法得到的转化膜的耐蚀性优良，致密性良好，很好的保护了镁合金基体。
【主权项】
1.一种镁合金黑色转化膜的电化学制备方法，其特征在于:该电化学成膜溶液由马日夫盐、硝酸锌、硫酸铜、EDTA、硝酸镍、OP-乳化剂和水组成； 其配料比为: 马日夫盐 55-65g/L，硝酸锌 40-55g/L,硫酸铜 l_3g/L，EDTA 0.8-1.5g/L，硝酸镍l-2g/L，OP-乳化剂5-8mL/L，余量为水； 一种镁合金电化学黑色转化膜的制备方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: Cl)机械打磨:用600#、800#、1000#或1200#水磨砂纸打磨，除去镁合金表面污物，使镁合金表面光滑； (2)碱洗:用碱洗溶液清洗，温度为75-85°C，时间为5-10min，除去表面油污； (3)酸洗:用酸液洗涤，常温，时间为60s，去除表面的氧化膜； (4)活化:用活化液洗涤，常温，时间为60-120S，进一步除去氧化膜并形成活性位点； (5)成膜:将前处理后的镁合金试样浸入到成膜溶液中，温度为常温，处理时间为5-10min,电流密度控制在0.5-1.5 A/dm2,制备出电化学转化膜； (6)封闭处理:将形成黑色膜的镁合金试样放入封闭处理液中，温度为95-100°C，时间为20min,将转化膜表面微孔封闭； 所述的碱洗溶液包括磷酸钠、碳酸钠、氢氧化钠和硅酸钠，其浓度分别为磷酸钠40_50g/L、碳酸钠 10_15g/L、氢氧化钠 40_50g/L、娃酸钠 5-lOg/L。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金黑色转化膜的电化学制备方法，其特征在于: 所述的酸洗液为37.5%(v/v)的浓磷酸(85%)稀释溶液； 所述的活化溶液为35%(v/v)的氢氟酸(40%)稀释溶液； 所述的封闭处理液包括硅酸钠和氢氧化钠，其浓度分别为硅酸钠20-30g/L、氢氧化钠5-15g/L。
【专利摘要】一种镁合金黑色转化膜的电化学制备方法。其成膜溶液组成及操作条件为：马日夫盐55-65g/L，硝酸锌40-55g/L，硫酸铜1-3g/L，EDTA 0.8-1.5g/L，硝酸镍1-2g/L，OP-乳化剂5-8mL/L，温度为常温，处理时间5-10min，电流密度0.5-1.5A/dm2。其制备方法包括如下步骤：1.机械打磨：用水磨砂纸打磨，除去镁合金表面污物；2.碱洗：用碱洗溶液清洗除去表面油污；3.酸洗：用酸液洗涤去除表面的氧化膜；4.活化：用活化液洗涤进一步除去氧化膜并形成活化位点；5.成膜：将前处理后的镁合金试样浸入到成膜溶液中，并通以电流，获得黑色转化膜；6.封闭处理：将形成黑色膜的镁合金试样放入封闭处理液中，将转化膜表面微孔封闭。该膜层具有良好的耐蚀性和漆膜附着性，并且成膜溶液环保无污染。
【IPC分类】C25D11-30
【公开号】CN104611750
【申请号】CN201510034038
【发明人】邵忠财, 蔡志强, 张弘
【申请人】沈阳理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月23日