CN102234798A - 一种镁合金表面转化成膜液及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金表面转化成膜液及其使用方法，该镁合金表面转化成膜液由偏钒酸根离子和氟硅酸根离子，并用硝酸或硫酸调节镁合金表面转化成膜液的pH值为0.5~2.5组成；所述的偏钒酸根离子摩尔浓度为3.0×10^-4mol/L~3.0×10^-2mol/L，所述的氟硅酸根离子摩尔浓度为3.0×10^-4mol/L~3.0×10^-2mol/L。在常温条件下，将除油脱脂、酸洗活化预处理后的镁合金浸泡在镁合金表面转化成膜液中1~45分钟，可在镁合金表面形成色泽均匀和耐蚀性能优异的转化膜。该转化成膜液和工艺流程简单、污染小、生产效率高。

Description

一种镁合金表面转化成膜液及其使用方法

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，涉及镁合金表面处理，特别是一种镁合金表面转化成膜液及其使用方法。

背景技术

金属表面铬酸盐化学转化（钝化）处理是一种传统的加工工艺，近一个世纪来以其卓越的防腐和粘合性能而被广泛应用于功能性镀层和装饰性镀层领域，如航天航空，电子，汽车，制药，印刷，机械，化工，食品加工和其他制造业。

金属表面化学转化处理技术是描述通过移除金属表面自然形成的氧化膜而在其表面通过化学反应生成一个防腐性能更好和与有机涂层结合力更佳的新的氧化膜或其它化合物膜层的一个术语。在所有转化膜技术中，铬酸盐化学转化处理技术由于转化膜防腐性能佳、与有机涂层粘合性能好和技术方便经济有效，近百年来成为金属表面腐蚀保护处理应用范围最广的技术之一，通常亦作为所有其它转化膜技术的衡量标准。但是，由于铬酸盐的致癌性，目前在金属表面处理领域全世界正取消和禁止使用这种传统的工艺处理技术。

镁合金作为常用轻金属材料，具有密度小，比强度、比刚度高，弹性模量低，铸造性能、电磁屏蔽性能好，易于回收等优点。镁在地球上的储量极为丰富，作为一种新兴结构材料，其在汽车、电子通讯和航空航天等领域有着重要的应用价值和广泛的应用前景。但与钢铁、铝相比，镁合金化学性质活泼、化学稳定性低、耐腐蚀性差。因此，镁合金通常必须采用经济有效的铬酸盐化学转化法进行处理，所形成的转化膜，具有优越的耐蚀性。

目前，为了取代镁合金表面铬酸盐化学转化处理工艺，人们提出了各种各样的无铬处理方法，包括磷酸盐、高锰酸盐-磷酸盐、锡酸盐、稀土、有机化合物转化处理方法等。但是，这些方法都存在某些不足。例如，锡酸盐处理方法存在环境污染、耐蚀性能一般的缺点；磷酸盐处理方法存在水体富营养化、耐蚀性能差的缺点；高锰酸盐、稀土处理方法存在工艺操作不稳定，有机化合物转化处理方法由于存在耐蚀性能差的缺点而无法应用于工业生产。

中国专利申请（申请号：200810126263.1和200810201854.0）分别公开了一种对镁合金表面进行磷化处理的方法，其中，申请号：200810126263.1的处理流程如下：活化（35℃~55℃）→调整（55℃~85℃）→化学转化（35℃~55℃）。申请号：200810201854.0处理流程如下：预脱脂、脱脂（55℃~65℃）→酸洗（45℃~55℃）→碱蚀（80℃~90℃）→化学转化（18℃~60℃）→烘干（120℃）。已公布的上述专利中处理过程需要升温消耗大量能源，且处理工艺复杂。申请号200810126263.1中化学转化液包括磷酸、磷酸二氢钙、硅酸钠、钼酸钠、偏钒酸铵等；申请号200810201854.0中化学转化液包括磷酸、磷酸二氢钠、硝酸钙、苯磺酸钠、偏钒酸铵。由此可见，两个专利处理液都以磷酸盐、磷酸二氢盐为主盐形成磷酸盐转化膜，通过加入偏钒酸盐等其它辅助成膜剂来达到改善镁合金耐腐蚀性的目的，但两个专利都存在着废液中磷酸根引起的水体富营养化污染以及废水成分复杂、不易处置等问题。

美国专利7，964，030公开了一种镁合金转化液的制备方法。该转化液由偏钒酸盐和多羟基芳香族化合物的水溶液组成。由于该转化液中有机化合物参与成膜反应，而有机转化膜耐腐蚀性一般，盐雾测试只达到目前8小时的工业应用标准，而且有机膜还存在老化等问题。此外，该工艺采用100℃的高温烘干有机膜，浪费了大量能源。

发明内容

为了解决现有镁合金表面致癌铬酸盐处理对环境污染大，而其它处理方法防腐效果差、工艺操作不稳定、污染和能耗大的问题，本发明的目的在于，提供一种污染小、能耗少、处理工艺稳定的镁合金表面转化成膜技术，在镁合金表面形成耐蚀性能优越的转化膜。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种镁合金表面转化成膜液，其特征在于，制得的该镁合金表面转化成膜液是由偏钒酸酸根离子和氟硅酸酸根离子组成的水溶液，并用硝酸或硫酸调节镁合金表面转化成膜液的pH值为0.5~2.5；所述的偏钒酸根离子摩尔浓度为3.0×10^-4mol/L~3.0×10^-2mol/L，所述的氟硅酸根离子摩尔浓度为3.0×10^-4mol/L~3.0×10^-2mol/L。

所述的偏钒酸根离子为偏钒酸、偏钒酸钠、偏钒酸钾、偏钒酸铵其中的一种。

所述的氟硅酸根离子为氟硅酸、氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸镁、氟硅酸铵其中的一种。

上述镁合金表面转化成膜液的使用方法，其特征在于，按下列步骤进行：

1）对镁合金表面进行除油、酸洗活化处理；

2）将活化处理后的镁合金在常温条件下，浸泡在镁合金表面转化成膜液中反应1~45分钟，即在镁合金表面形成转化膜。

本发明具有如下优点：

1）本发明的镁合金表面转化成膜液由于不含铬酸盐和磷酸盐，因而大大减轻了生产过程及产品对环境的污染。虽然排放的废水中含有氟化物，但相对于六价铬和磷酸盐，氟化物污染的程度相对较轻，其处置相对容易。三种污染物对环境的影响、处理方法和要求的对比如表1所示。、

表1  三种污染物对比

 2）本发明的镁合金表面转化成膜液主要由偏钒酸根离子、氟硅酸根离子、非还原性酸的无机体系的水溶液组成，克服了有机转化膜存在的老化、耐腐蚀性不佳的缺点，而且配方成分简单、工艺操作稳定、常温处理使得生产成本低。所形成的转化膜与基体、有机涂层的结合力强，盐雾测试24小时表面无变化，大大超过了目前工业应用8小时的盐雾测试标准要求。

因此，与以前的技术相比，本发明的镁合金表面转化成膜液不仅能够在镁合金表面获得耐蚀性能优越、色泽均匀的转化膜，而且生产工艺稳定、污染小。常温处理、节省能源，废水成分简单、容易处置，生产效率高、成本低。

具体实施方式

本发明的镁合金表面转化成膜液及其使用方法，主要包括镁合金表面转化成膜液的配制，镁合金的表面预处理和转化成膜三个步骤：

步骤一，表面预处理：

采用本领域技术人员所公知的镁合金表面除油脱脂、酸洗活化处理；

步骤二，配制镁合金表面转化成膜液：

偏钒酸根离子摩尔浓度为3.0×10^-4mol/L~3.0×10^-2 mol/L；

氟硅酸根离子摩尔浓度为3.0×10^-4mol/L~3.0×10^-2mol/L；

用硝酸或硫酸调节镁合金表面转化成膜液的pH在0.5~2.5的范围；

步骤三，转化成膜：

将表面预处理后的镁合金在常温条件下，浸泡在镁合金表面转化成膜液中1~45分钟，即在镁合金表面形成转化膜。

以下是发明人给出的具体实施例，本发明不限于这些实施例。

实施例1：

将经过除油脱脂、酸洗活化预处理的AZ31B型镁合金置于偏钒酸铵2.0×10^-3mol/L，氟硅酸钠8.0×10^-4mol/L，硝酸调节pH为1.5的镁合金表面转化成膜液中，常温条件下反应30分钟后，取出水洗干燥，即在AZ31B镁合金表面形成一层转化膜。本实施例制备的转化膜色泽均匀，中性盐雾试验20小时不腐蚀。

实施例2：

将经过除油脱脂、酸洗活化预处理的AZ91D型镁合金置于偏钒酸铵1.0×10^-2mol/L，氟硅酸钠7.0×10^-3mol/L，硝酸调节pH为1.0的镁合金表面转化成膜液中，常温条件下反应5分钟后，取出水洗干燥，即在AZ91D镁合金表面形成一层转化膜。本实施例制备的转化膜色泽均匀，中性盐雾试验24小时不腐蚀。

实施例3：

将经过除油脱脂、酸洗活化预处理的ME20M型镁合金置于偏钒酸铵5.0×10^-3mol/L，氟硅酸钠1.5×10^-3mol/L，硝酸调节pH为2.0的镁合金表面转化成膜液中，常温条件下反应10分钟后，取出水洗干燥，即在ME20M镁合金表面形成一层色泽均匀转化膜，中性盐雾试验18小时不腐蚀。

Claims (5)

1.一种镁合金表面转化成膜液，其特征在于，制得的该镁合金表面转化成膜液是由偏钒酸根离子和氟硅酸根离子组成的水溶液，并用硝酸或硫酸调节该镁合金表面转化成膜液的pH值为0.5~2.5；所述的偏钒酸根离子摩尔浓度为3.0×10^-4mol/L~3.0×10^-2mol/L，所述的氟硅酸根离子摩尔浓度为3.0×10^-4mol/L~3.0×10^-2mol/L。

2.如权利要求1所述的镁合金表面转化成膜液，其特征在于，所述的偏钒酸根离子来源于偏钒酸、偏钒酸钠、偏钒酸钾、偏钒酸铵其中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的镁合金表面转化成膜液，其特征在于，所述的氟硅酸根离子来源于氟硅酸、氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸镁、氟硅酸铵其中的一种或几种。

4.权利要求1所述的镁合金表面转化成膜液的使用方法，其特征在于，按下列步骤进行： 

1）对镁合金表面进行除油脱脂、酸洗活化预处理；

2）将预处理后的镁合金在常温条件下，浸泡在镁合金表面转化成膜液中反应1~45分钟，即在镁合金表面形成转化膜。

5.如权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述的步骤1）中的镁合金表面预处理为本领域技术人员所公知的镁合金表面除油脱脂、酸洗活化处理。