CN102660736B - 一种镁合金表面转化处理液及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金表面转化处理液及其处理方法。其组分和含量为：植酸：5～45g/l，硝酸钙：0.1～3g/l，酒石酸钠：0.1～5g/l和偏钒酸铵：0.1～3g/l。镁合金表面处理方法是：机械预处理；除油脱脂；酸洗；转化；烘干。本发明的镁合金表面转化处理液不含铬、氟等环境污染成分，处理方法简单、高效，能提高膜层致密度及镁合金有机涂层的耐蚀性和附着力。可广泛应用于镁合金铸件、型材及镁合金制品的表面涂装预处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面转化处理液及其处理方法，具体涉及到镁合金转化处理液及转化处理方法。
背景技术
镁合金具有比强度和比刚度高、铸造性能好、电屏蔽和阻尼性能优异及可回收利用等特点，被广泛地应用于航空航天、汽车摩托车、工具、电子通讯、光学仪器、计算机制造等领域。由于镁合金的电极电位极负(-2.36V)，且自然氧化膜与金属本身的体积比＜1，不足以保护镁合金基体，耐蚀性能差。为了改善镁合金表面的耐蚀性能，许多防护处理方法相继被开发出来，如：化学转化、阳极氧化、微弧氧化、金属覆层、气相沉积以及有机涂层等。其中化学转化法具有工艺简单、成本低廉、不受工件形状和尺寸的影响以及与有机涂层结合力强等优点而备受关注。化学转化法按处理液中是否含有铬，可分为铬酸盐转化法和无铬转化法两种。铬酸盐转化工艺成熟，转化膜性能优良，但处理液中含有毒的铬离子，对人体和环境有极大的危害。因此，环保型处理液及处理工艺的开发成为化学转化处理的必然趋势。
由于镁合金化学活性极高，至今未开发出单一能解决镁合金在苛刻条件下防腐蚀的方法，镁合金经过化学转化或阳极氧化处理后需要进一步涂装或封孔处理，以大幅提高镁合金耐蚀性能。因此，涂装预处理膜要求具有良好的耐蚀性能和与漆膜的结合力。
专利号为200710307863.3的发明专利《一种镁合金化学转化膜的成膜溶液及该转化膜的制备方法》，采用硫酸高铈10～80g/l、硫酸3～60ml/l、植酸1～10ml/l、缓蚀剂0.5～5g/l及缓冲剂0.5～5g/l配制而成的水溶液制备转化膜，该转化膜层致密性好，耐蚀和耐磨性能好，与基层附着力较高。但该溶液中含稀土元素，成本较高。
公开号为CN102268668A专利《镁合金表面转化膜的制备方法》采用浓度为1～25g/l溶液制备三价及三价以上金属的植酸转化膜，该工艺所用试剂均属于环境友好型，转化膜与有机漆膜结合力优良。溶液组分只有植酸，影响转化液的成膜效率和稳定性。
此外，镁合金常用的磷酸盐转化膜耐蚀性能较好，是良好的涂装底层，但转化膜易出现裂纹宽大、晶粒粗大的现象。
发明内容
本发明的目的是提出一种无铬、无氟的镁合金转化处理液，是通过植酸加入缓蚀剂、结晶细化剂、促进剂，能提高膜层致密度及镁合金有机涂层的耐蚀性和附着力。
本发明的另一个目的是提出一种镁合金的简单、高效转化处理方法。
本发明的镁合金转化处理液组分和含量为：植酸：5～45g/l，硝酸钙：0.1～3g/l，酒石酸钠：0.1～5g/l和偏钒酸铵：0.1～3g/l。
本发明的镁合金转化处理液优选的组分和含量为：植酸：15～25g/l，硝酸钙：1～2g/l，酒石酸钠：2～4g/l和偏钒酸铵：0.5～1.5g/l。
本发明的镁合金转化处理液最佳的组分和含量为：植酸：20g/l，硝酸钙：2g/l，酒石酸钠：1g/l和偏钒酸铵：2g/l。
本发明的转化处理液的镁合金表面处理方法为：
1.机械预处理：用400～1000#砂纸打磨镁合金表面；
2.除油脱脂：用质量分数5～10％的NaOH，5～10％的Na2SiO3和5g/l的三乙醇胺溶液，温度为45～55℃处理1～2分钟；
3.酸洗：用H3PO4 15～25g/l和Na3PO4 10～20g/l溶液，室温处理10秒～2分钟；
4.转化：将上述处理过的镁合金浸入用三乙醇胺调整pH值至1.5～5的转化处理液，室温处理5～30分钟；
5.烘干：在105±5℃下烘干2～10分钟或吹干。
本发明的转化处理液中不含铬、氟等环境污染型成分，属于环境友好型。转化处理液中植酸组分是主要成膜剂，浓度为5～45g/l，在酸性条件下与镁合金界面与金属离子螯合形成不溶性植酸盐，植酸浓度在规定范围内可调，浓度过高易出现络合物，过低易出现成膜不完整。硝酸钙组分是促进剂，浓度为0.1～3g/l，加速转化膜的形成，使转化膜可以在室温下短时间内成膜，硝酸钙浓度在规定范围内可调，但浓度过高易与植酸形成螯合物，在pH较高时出现沉淀。偏钒酸铵是结晶细化剂，为浓度0.1～3g/l，使转化膜结晶细致、均匀，提高转化膜的致密度和质量，偏钒酸铵浓度在规定范围内可调，但浓度过高易被硝酸离子反应生产三氧化二钒，失去结晶细化剂的作用。酒石酸钠是缓蚀剂，浓度为0.1～5g/l，稳定溶液酸碱度，使转化处理液长期处于有效范围内，酒石酸钠浓度在规定范围内可调，浓度过高易出现络合物。本发明的镁合金转化处理液可以使AZ系列及ZK系列镁合金在室温下几分钟之内成膜，膜层致密度好，耐蚀性优良、与基材及表面涂层的附着力强。本发明的转化处理液不含铬、氟等环境污染成分，处理方法简单、高效，可广泛应用于镁合金铸件、型材及镁合金制品的表面涂装预处理。
附图说明
图1为实施例5转化膜的表面微观形貌；
图2为实施例的转化膜与压铸AZ91D在5％NaCl水溶液中的腐蚀失重对比图；
图3为实施例5转化膜的有机涂层附着力测试图。
具体实施方式
实施例1
镁合金转化处理液组分和含量为植酸：20g/l，硝酸钙：2g/l，酒石酸钠：1g/l和偏钒酸铵：2g/l。
实施例2
镁合金转化处理液组分和含量为植酸：5g/l，硝酸钙：1g/l，酒石酸钠：0.5g/l和偏钒酸铵：0.2g/l。
实施例3
镁合金转化处理液组分和含量为植酸：45g/l，硝酸钙：3g/l，酒石酸钠：0.2g/l和偏钒酸铵：1g/l。
实施例4
镁合金转化处理液组分和含量为植酸：15g/l，硝酸钙：0.2g/l，酒石酸钠：4.5g/l和偏钒酸铵：3g/l。
实施例5
1.机械预处理：用400～1000#砂纸依次打磨压铸AZ91D镁合金表面；
2.除油脱脂：用质量分数8％的NaOH、8％的Na2SiO3和5g/l的三乙醇胺溶液，温度为45℃处理2分钟；
3.酸洗：用H3PO4 20g/l和Na3PO4 15g/l溶液，室温处理30秒；
4.转化：用三乙醇胺调整实施例1的转化处理液pH值至4，室温条件下将上述处理过的镁合金在转化处理液中静置10分钟；
5.吹干。
经过上述处理后的压铸AZ91D镁合金在经过10天5％NaCl溶液浸渍后的失重量为8％，后续有机涂层划格测试，其附着力达到0级。
实施例6
1.机械预处理：用400～1000#砂纸依次打磨压铸AZ91D镁合金表面；
2.除油脱脂：用质量分数5％的NaOH、10％的Na2SiO3和5g/l的三乙醇胺溶液，温度为50℃处理1分钟；
3.酸洗：用H3PO4 15g/l和Na3PO4 10g/l溶液，室温处理60秒；
4.转化：用三乙醇胺调整实施例2的转化处理液pH值至2，室温条件下将上述处理过的镁合金在转化处理液中静置5分钟；
5.吹干。
经过上述处理后的压铸AZ91D在经过10天5％NaCl济液浸渍后的失重量为70％。
实施例7
1.机械预处理：用400～1000#砂纸依次打磨压铸AZ91D镁合金表面；
2.除油脱脂：用质量分数10％的NaOH、5％的Na2SiO3和5g/l的三乙醇胺溶液，温度为45℃处理1分钟；
3.酸洗：用H3PO4 20g/l和Na3PO4 5g/l溶液，室温处理40秒；
4.转化：用三乙醇胺调整实施例3的转化处理液pH值至3，室温条件下将上述处理过的镁合金在转化处理液中静置15分钟；
5.吹干。
经过上述处理后的压铸AZ91D在经过10天5％NaCl溶液浸渍后的失重量为50％。
实施例8
1.机械预处理：用400～1000#砂纸依次打磨压铸AZ91D镁合金表面；
2.除油脱脂：用质量分数10％的NaOH、10％的Na2SiO3和5g/l的三乙醇胺溶液，温度为50℃处理1分钟；
3.酸洗：用H3PO4 20g/不和Na3PO4 15g/l溶液，室温处理20秒；
4.转化：用三乙醇胺调整实施例2的转化处理液pH值至2.6，室温条件下将上述处理过的镁合金在转化处理液中静置20分钟；
5.吹干。
经过上述处理后的压铸AZ91D在经过10天5％NaCl溶液浸渍后的失重量为18％。
Claims (4)
1.一种镁合金表面转化处理液，其特征是组分和含量为：植酸：5~45g/l，硝酸钙：0.1~3g/l，酒石酸钠：0.1~5g/l和偏钒酸铵：0.1~3g/l。
2.根据权利要求1所述的转化处理液，其特征是组分和含量为：植酸：15~25g/l，硝酸钙：1~2g/l，酒石酸钠：2~4g/l和偏钒酸铵：0.5~1.5g/l。
3.根据权利要求1所述的转化处理液，其特征是组分和含量为：植酸：20g/l，硝酸钙：2g/l，酒石酸钠：1g/l和偏钒酸铵：2g/l。
4.一种利用权利要求1所述的转化处理液的镁合金表面处理方法，其特征是：
1) 机械预处理：用400~1000#砂纸打磨镁合金表面；
2) 除油脱脂：用质量分数5~10%的NaOH，5~10%的Na2SiO3和5g/l的三乙醇胺溶液，温度为45~55℃处理1~2分钟；
3) 酸洗：用H3PO415~25g/l和Na3PO4 10~20g/l溶液，室温处理10秒~2分钟；
4) 转化：将上述处理过的镁合金浸入用三乙醇胺调整pH值至1.5~5的转化处理液，室温处理5~30分钟；
5) 烘干：在105±5℃下烘干2~10分钟或吹干。
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