CN100588739C - 一种对轻金属材料表面进行磷化处理的方法 - Google Patents

一种对轻金属材料表面进行磷化处理的方法 Download PDF

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Abstract

一种对轻金属材料表面进行磷化处理的方法，该方法包括将轻金属材料的表面与磷化液接触，其中，0.1＜所述磷化液的pH值＜1。本发明通过将磷化液的pH值控制在小于1大于0.1的范围内，从而使得轻金属材料具有足够的耐腐蚀性的同时，具有较小的表面电阻。同时，本发明得到的产品的耐腐蚀性均为合格，能够满足通常的使用要求。

Description

一种对轻金属材料表面进行磷化处理的方法
技术领域
本发明是关于一种表面处理方法，尤其是关于一种对轻金属材料表面进行磷化处理的方法。
背景技术
轻金属，例如铝、镁、钛、铝合金、镁合金以及钛合金等，具有密度小、导电导热能力强、力学性能优异及可二次加工等优点，因此在国民经济中得到了广泛的应用。但是，轻金属材料本身是一种易腐蚀的材料，因此为了更好地利用轻金属材料，通常是通过对轻金属材料进行表面处理的方法来避免轻金属材料的腐蚀。
化学磷化处理在轻金属材料表面处理中较为常用。所述磷化处理一般是将材料与磷化液接触即可。经磷化处理后，在轻金属材料表面形成磷化层，使得轻金属材料具有优良的耐腐蚀性。作为磷化液，根据金属阳离子的不同可以分为多种不同的磷化液，目前，使用较多的是钙系磷化液、锰系磷化液、钡系磷化液和铝系磷化液，这些磷化液形成的磷化层的耐腐蚀性优良。通常认为磷化液pH值过低，会抑制磷化层的形成，使得磷化层的耐腐蚀性能降低。因此，在通常情况下，这些磷化液在使用过程中，所述磷化液的pH值要求在2.0-3.0。
CN 1314836C公开了一种镁合金磷化液，该磷化液是由以下成分组成的水溶液，即每升水中含有：1-4.5克的氧化锌、10-45克的磷酸、0-20克的络合剂酒石酸钠、0.1-6克的促进剂硝酸钠、0.5-4.5克的腐蚀抑制剂氟化钠。该发明中，在磷化时，所属磷化液的pH值虽然为1-4.5，但是，在该发明的实施例中，使用的最小的pH值为1.9。
如上所述的现有的磷化处理方法形成的磷化层均较为致密，但是存在经磷化处理后得到的轻金属材料的表面的电阻值偏高的问题，一般为十几欧姆至几十欧姆。
然而，在电子、通信领域，要求所用的轻金属材料具有较低的电阻，一般要求电阻值低于2欧姆，而在某些应用中更要求电阻值低于1欧姆，甚至更低。
因此，为了使轻金属材料进一步在电子、通信领域发挥更大的作用，需要对轻金属材料的表面处理方法作更深入的研究。
发明内容
本发明是为了克服通过现有的表面磷化处理的方法得到的轻金属材料的表面电阻过大的缺点，提供一种在对轻金属材料进行磷化处理后，得到的具有磷化层的轻金属材料的表面电阻小的表面磷化处理的方法。
本发明的发明人经研究发现，在磷化液pH值较低的情况下，磷化后形成磷化层的耐腐蚀性会有所降低，只要将pH值控制在适当的范围、即控制小于1大于0.1的范围内，就能保证磷化后的轻金属材料具有足够的耐腐蚀性的同时，具有较小的表面电阻，从而使得轻金属材料满足在电子、通信等要求材料表面低电阻的要求，进一步扩大轻金属材料的应用范围。
本发明提供了一种对轻金属材料表面进行磷化处理的方法，该方法包括将轻金属材料的表面与磷化液接触，其中，0.1＜所述磷化液的pH值＜1。
本发明通过将磷化液的pH值控制在小于1大于0.1的范围内，从而使得轻金属材料具有足够的耐腐蚀性的同时，具有较小的表面电阻。例如，通过本发明的方法将镁合金磷化后得到的产品的表面电阻均小于1欧姆，而采用现有技术的方法得到的插屏的表面电阻为21欧姆，因此，本发明的方法能大幅度降低磷化后的轻金属材料的表面电阻。另外，本发明得到的产品的耐腐蚀性均在5％以下，均为合格，能够满足通常的使用要求。
具体实施方式
本发明的对轻金属材料表面进行磷化处理的方法包括将轻金属材料的表面与磷化液接触，其特征在于，0.1＜所述磷化液的pH值＜1。
本发明通过将磷化液的pH值控制在小于1的范围，能在保证轻金属材料耐腐蚀性的基础上，有效地降低轻金属材料表面的电阻。提高所述磷化液的pH值，能够提高轻金属材料表面的耐腐蚀性。因此，优选情况下，0.5≤所述磷化液的pH值＜1。
所述pH值可以通过加入酸来调节，所述酸优选为磷酸。所述磷化液中加入的磷酸的量只要使得磷化液的pH值符合上述范围即可。
本发明所述磷化液可以是各种磷化液。从磷化后所述轻金属材料表面的耐腐蚀性上考虑，所述磷化液优选使用钙系磷化液、锰系磷化液、钡系磷化液和铝系磷化液中的一种或几种。所述钙系磷化液是指含有钙离子和磷酸二氢根离子的水溶液。所述锰系磷化液是指含有锰离子和磷酸二氢根离子的水溶液。所述钡系磷化液是指含有钡离子和磷酸二氢根离子的水溶液。所述铝系磷化液是指含有铝离子和和磷酸二氢根离子的水溶液。所述磷化液中可以同时含有钙离子、锰离子、钡离子和铝离子中的两种以上。上述磷化液可以制备得到，也可以商购得到。例如，所述钙系磷化液可以是上海洁安精细化工有限公司的JA0604A钙系磷化液、江苏昆山恒捷化工科技有限公司制的型号为PZ-610A；所述锰系磷化液可以是上海光铧科技有限公司的GH-7005锰系磷化液；所述钡系磷化液的制备方法为常规的制备方法即可，可以将钡系磷化液所需的各种成分溶解到水中而制得。所述钡系磷化液通常含有0.05-0.5mol/L的Ba2+、0.05-0.5mol/L的磷酸二氢根离子以及1-10ml/L的H2O2；所述铝系磷化液的制备方法同钡系磷化液的制备方法相同，所述铝系磷化液中通常含有0.05-0.5mol/L的Al3+、0.05-0.5mol/L的磷酸二氢根离子、1-10ml/L的H2O2。
本发明所述磷化的过程只要将轻金属材料与所述磷化液直接接触即可。所述接触温度优选为20-45℃，所述接触的时间优选为20-70秒。
所述轻金属材料例如可以是铝、镁、钛、铝合金、镁合金和钛合金等，本发明的方法适合于这些轻金属材料，本发明的方法尤其适合于镁合金材料。
另外，在本发明的方法中，在进行磷化前，该方法还可以包括将所述轻金属材料进行前处理。所述前处理可以常规的轻金属材料磷化前的前处理过程。例如，可以是将轻金属材料进行脱脂、活化、调整等。所述脱脂的方法为本领域技术人员所公知。例如可以将轻金属材料直接与脱脂液接触即可，所述脱脂液例如可以是含有5-10克/升的氢氧化钠、10-15克/升的碳酸钠以及5-15克/升的磷酸钠的水溶液。所述活化的方法为常规的轻金属材料磷化前的表面活化方法。例如可以直接将轻金属材料与所述活化液接触即可。所述活化液例如可以含有10-20毫升/升的乙酸和0.5-2克/升的AEO-9(脂肪醇聚氧乙烯醚类)的水溶液。所述调整是指将轻金属材料与碱溶液接触，所述碱溶液例如可以是30-50克/升的氢氧化钠水溶液。另外，本发明在所述脱脂、活化、调整以及磷化的任意两个步骤之间，还包括用水对轻金属材料进行清洗。
下面通过实施例更详细地说明本发明。下述实施例以及对比例中使用的轻金属材料均为南京云海特种金属股份有限公司厂家产的型号为AZ91D的镁合金材料。
实施例1
本实施例说明本发明的表面磷化处理的方法。
[流程]
脱脂→水洗→活化→水洗→调整→水洗→磷化→烘干→产品
所述脱脂是将所述轻金属材料在55℃的脱脂液中浸泡5分钟，所述脱脂液为含有10克/升的氢氧化钠、15克/升的碳酸钠以及10克/升的磷酸钠的水溶液。
所述活化是将所述轻金属材料在35℃的活化液中浸泡3分钟，所述活化液为含有15毫升/升的乙酸和1克/升的AEO-9的水溶液。
所述调整是将所述轻金属材料在85℃的调整液中浸泡3分钟，所述调整液为40克/升的氢氧化钠水溶液。
所述磷化是将所述轻金属材料在45℃的磷化液中浸泡20秒，所述磷化液是用磷酸将江苏昆山恒捷化工科技有限公司制的型号为PZ-610A的磷化液的pH值调节为0.9的磷化液。
所述水洗是分别用0.5升的水将轻金属材料清洗两次。
实施例2
按照实施例1的方法进行表面磷化处理，不同的是，所述磷化液是用磷酸将江苏昆山恒捷化工科技有限公司制的型号为PZ-610A的磷化液的pH值调节为0.5的磷化液。
实施例3
按照实施例1的方法进行表面磷化处理，不同的是，所述磷化液是用磷酸将江苏昆山恒捷化工科技有限公司制的型号为PZ-610A的磷化液的pH值调节为0.4的磷化液。
实施例4
按照实施例1的方法进行表面磷化处理，不同的是，所述磷化液是用磷酸将江苏昆山恒捷化工科技有限公司制的型号为PZ-610A的磷化液的pH值调节为0.7的磷化液。
实施例5
按照实施例1的方法进行表面磷化处理，不同的是，所述磷化的时间为40秒。
实施例6
按照实施例1的方法进行表面磷化处理，不同的是，所述磷化液的温度为25℃，所述磷化的时间为70秒。
实施例7
按照实施例1的方法进行表面磷化处理，不同的是，所述磷化液为钡系磷化液，该磷化液通过将磷酸二氢钡、磷酸、过氧化氢以及水混合而成，其中，该磷化液含0.1mol/L的Ba2+，0.15mol/L磷酸二氢根离子、5ml/L的H2O2，然后用磷酸调整pH值为0.9，浸泡的温度为25℃，浸泡的时间为20秒。
实施例8
按照实施例1的方法进行表面磷化处理，不同的是，所述磷化液上海光铧科技有限公司的GH-7005锰系磷化液。
对比例1
按照实施例1的方法进行表面磷化处理，不同的是，所述磷化液的pH值为2.5。
实施例9-16
本实施例说明实施例1-8得到的产品的性能。
(1)表面电阻
使用电阻测试仪(UNI-T生产的UT51MULTIMETER数字万用表)对实施例1-8得到的产品的表面进行电阻测定。结果如表1所示。
(2)耐腐蚀性
在温度为35℃的实验室中，将实施例1-8制得的产品置于盐雾箱内，在46℃下，用pH为7.0、温度为35℃的5±0.5重量％的氯化钠盐水以1.0±0.025千克力/平方厘米的空气压力进行喷雾。在喷涂样品8小时后，取出并置于另外一个温度为22.5℃、相对湿度为47.3％RH的恒温恒湿箱中，放置8小时后，观察样品，记录样品表面的腐蚀面积占产品总面积的百分比。其中，腐蚀面积5％以下视为合格。结果如表1所示。
对比例2
本对比例说明对比例1得到的产品的性能。
按照实施例9的方法对对比例1的产品进行性能测试。结果如表1所示。
表1
  产品来源   表面电阻(欧姆)   耐腐蚀性(％)
  实施例1   0.8   3
  实施例2   0.6   4
  实施例3   0.3   5
  实施例4   0.4   4
  实施例5   0.5   4
  实施例6   0.4   4
  实施例7   0.6   3
  实施例8   0.7   3
  对比例1   21.0   1
从表1可以看出，实施例1-8得到的产品的表面电阻要明显低于对比例1得到的产品。另外，实施例1-8得到的产品的耐腐蚀性均在5％以下，均为合格。另外从实施例1-3可以看出，磷化液的pH值低于0.5时，耐腐蚀性降低，因此，本发明优选所述磷化液的pH值在0.5-0.9之间。

Claims (5)

1、一种对轻金属材料表面进行磷化处理的方法，该方法包括将轻金属材料的表面与磷化液接触，其特征在于，0.1＜所述磷化液的pH值＜1，所述接触温度为20-45℃，接触时间为20-70秒，所述轻金属材料为铝、镁、钛、铝合金、镁合金或钛合金。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，0.5≤所述磷化液的pH值＜1。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，所述磷化液为钙系磷化液、锰系磷化液、钡系磷化液和铝系磷化液中的一种或几种。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述轻金属材料为镁合金。
5、根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，调节所述磷化液pH值的酸为磷酸。
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