CN102560516A - 镁合金表面均匀化前处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种镁合金表面均匀化前处理工艺，包括以下步骤：a、打磨，对镁合金表面的油脂、氧化皮和锈蚀产物、边角进行打磨，获得干净新鲜的镁合金表面；b、碱性除油处理，配制碱性除油液，将打磨干净的镁合金置于碱性除油液中，在65-80℃下处理5-10min，中度搅拌；c、酸性活化处理，配制酸性活化液，将经过碱性除油处理的镁合金置于酸性活化液中，在室温下处理30-60s，中度搅拌；d、碱性调整处理，配制碱性调整液，将经过酸性活化处理的镁合金置于碱性调整液中，在65-80℃下处理5-30min，中度搅拌；上述各个步骤间将镁合金采用流水洗3min。本发明的工艺克服了镁合金表面化学成分和电化学不均匀的问题，获得的表面膜层更加均匀、致密，大大提高了膜层的防护性能。

Description

镁合金表面均匀化前处理工艺
技术领域
本发明涉及金属的表面处理，特别涉及一种镁合金表面均匀化前处理工艺。
背景技术
镁合金由于具有密度低，比强度、比刚度高以及良好的铸造和切削加工性能等在航空航天、电子通讯、汽车制造、国防军工等领域有着广泛的应用前景。但耐腐蚀性和耐磨性能差制约了镁合金的广泛应用。对镁合金进行表面处理是一种经济、快捷、方便的提高其耐腐蚀性能和耐磨性能的方法。
科技查新和专利检索结果表明，对镁合金进行表面处理，目前应用最广泛的是阳极氧化、化学转化、化学镀及电镀技术。镁合金表面处理技术的关键是镁合金前处理工艺。如果前处理工艺合适，一旦在镁合金表面成功形成了底层后，就能在镁合金表面形成具有特殊性能的膜层，以适用各种服役环境。然而，镁合金往往是多相组织，这使得镁合金在化学成分及电化学上都是不均匀的，基体相与第二相间存在很大的电位差，当镁合金置于处理液中，不同的相会表现出不同的电化学行为，两相间还会发生电偶腐蚀，导致形成的膜层在各相间存在差异，而镁合金表面的防护膜层通常为阴极性膜层，一旦有局部失效，这将加速镁合金基体的腐蚀，这比没有防护层还差。例如，AZ91D为典型的双相组织镁合金，基体相α-Mg与第二相β相(Mg17Al12)间存在电位差，当对AZ91D进行浸Zn处理时，往往很难得到满意的效果，在第二相上得到的往往是疏松，结合力差，不连续的Zn层；在AZ91D镁合金上化学镀Ni-P合金时，Ni-P优先在第二相β相上形核，但是之后Ni-P合金主要在α-Mg上生长，针孔等缺陷主要聚集在第二相β相，腐蚀一旦从这里开始发生，将加速镁合金基体的腐蚀。同样，阳极氧化膜，化学转化膜的形成也受基体第二相的影响。
因此，人们对镁合金前处理进行了大量研究，目前对镁合金最常用的前处理方法是：打磨→碱性除油→铬酸酸洗→氢氟酸活化，目的是在去除镁合金表面油脂，氧化物及氢氧化物的同时，在镁合金表面形成一层较致密的MgF2膜，既可对镁合金在后续处理液中提供防护作用，同时使镁合金表面的电位更加均匀。但是铬酸、氢氟酸对环境危害很大，且MgF2膜并不能完全避免第二相金属间化合物对后续膜层形成的影响。
发明内容
本发明的目的，就是为了提供一种镁合金表面均匀化前处理工艺，以去除镁合金表面第二相金属间化合物，为镁合金提供一个化学成分和电化学均匀的预镀表面。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种镁合金表面均匀化前处理工艺，所述镁合金为Mg-Al合金；包括以下步骤：
a、打磨，对镁合金表面的油脂、氧化皮和锈蚀产物、边角进行打磨，获得干净新鲜的镁合金表面；
b、碱性除油处理，配制碱性除油液，将打磨干净的镁合金置于碱性除油液中，在65-80℃下处理5-10min，中度搅拌；
c、酸性活化处理，配制酸性活化液，将经过碱性除油处理的镁合金置于酸性活化液中，在室温下处理30-60s，中度搅拌；
d、碱性调整处理，配制碱性调整液，将经过酸性活化处理的镁合金置于碱性调整液中，在65-80℃下处理5-30min，中度搅拌；
上述各个步骤间将镁合金采用流水洗3min。
步骤b中所述的碱性除油液是由氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠和表面活性剂配制而成的水溶液，其中氢氧化钠的浓度为30-60g/L，磷酸钠的浓度为5-15g/L，碳酸钠的浓度为1-5g/L，表面活性剂的浓度为10-80mg/L。
所述的表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、全氟辛基磺酸四乙基胺中的一种或两种。
步骤c中所述的酸性活化液是由磷酸、硝酸钠或柠檬酸中的一种或几种配制而成的水溶液，其中磷酸的浓度为5-200mL/L，硝酸钠的浓度为5-10g/L，柠檬酸的浓度为50-100g/L。
步骤d中所述的碱性调整液是氢氧化钠的水溶液，氢氧化钠的浓度为50-200g/L。
本发明针对目前镁合金前处理工艺的现状和存在的问题，采用绿色环保，成本低，操作简便的前处理工艺，去除镁合金表面第二相组织，为预镀镁合金获得一个化学成分和电化学均匀的表面状态，并且具有以下的优点和特点：
1、绿色环保，成本低，操作方便；
2、完全去除镁合金表面第二相组织，在镁合金表面获得化学成分和电化学均匀的预镀表面，去除第二相对后续膜层形成的不利影响；
3、适用性广，可结合现有成熟的表面处理方法，得到的膜层更加均匀，致密，防护性能大大提高。
附图说明
图1、图2是AZ91D镁合金表面背散射SEM图：其中，图1为处理前，图2为处理后；
图3、图4是AM-lite镁合金表面背散射SEM图：其中，图3为处理前，图4为处理后；
图5是经过本发明前处理工艺处理后的AZ91D镁合金表面化学浸Zn层；
图6是经过本发明前处理工艺处理后的AZ91D镁合金表面化学镀Ni-P层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一：
一种AZ91D镁合金表面均匀化前处理工艺，处理前的AZ91D镁合金表面背散射SEM图如图1所示。包含如下步骤：
1、将镁合金打磨至1200#；
2、碱性除油处理：配制碱性除油液，该液体中包含氢氧化钠60g/L，磷酸钠10g/L，碳酸钠5g/L，表面活性剂30mg/L，余量为水。其中表面活性剂为十二烷基磺酸钠。水为蒸馏水或者去离子水；将碱性除油液加热至65℃，将打磨的镁合金放入碱性除油中洗8min，中度搅拌；
3、酸性活化处理，配制酸性活化液，该液体中包含柠檬酸100g/L，余量为水，水为蒸馏水或者去离子水，将经过碱性除油的镁合金放入酸性活化液中洗30s，处理温度为室温，中度搅拌；
4、碱性调整处理，配制碱性调整液，该液体中包含氢氧化钠200g/L，余量为水，将碱性调整液加热至65℃，将经过酸洗活化处理后的镁合金放入碱性调整液洗5min，中度搅拌；
各个步骤间采用流水洗3min。
经SEM和EDXS分析，经过上述处理的AZ91D镁合金表面第二相Mg17Al12被去除，表面成分均匀，处理后的AZ91D镁合金表面背散射SEM图如图2所示。将对经过上述处理的镁合金进行浸Zn处理，得到的Zn层均匀，致密，覆盖率高，如图5所示。
实施例二：
一种AM-lite镁合金表面均匀化前处理工艺，处理前的AM-lite镁合金表面背散射SEM图如图3所示。包含如下步骤：
1、将镁合金打磨至1200#；
2、碱性除油处理：配制碱性除油液，该液体中包含氢氧化钠50g/L，磷酸钠8g/L，碳酸钠5g/L，表面活性剂10mg/L，余量为水。其中表面活性剂为全氟辛基磺酸四乙基胺。水为蒸馏水或者去离子水；将碱性除油液加热至65℃，将打磨的镁合金放入碱性除油中洗5min，中度搅拌；
3、酸性活化处理，配制酸性活化液，该液体中包含磷酸5ml/L，硝酸钠10g/L，余量为水，水为蒸馏水或者去离子水，将经过碱性除油的镁合金放入酸洗液中洗60s，处理温度为室温，中度搅拌；
4、碱性调整处理，配制碱性调整液，该液体中包含氢氧化钠50g/L，余量为水；将碱性调整液加热至70℃，将经过酸洗活化处理后的镁合金放入碱性调整液洗5min，中度搅拌；
各个步骤间采用流水洗3min。
经SEM和EDXS分析，经过上述处理的AM-lite镁合金表面第二相被去除，表面成分均匀，处理后的AM-lite镁合金表面背散射SEM图如图4所示。将对经过上述处理的镁合金进行化学转化处理，得到的化学转化膜层均匀，致密，防护性能提高。
实施例三：
一种AZ91D镁合金表面均匀化前处理工艺，包含如下步骤：
1、将镁合金打磨至1200#；
2、碱性除油处理：配制碱性除油液，该液体中包含氢氧化钠60g/L，磷酸钠10g/L，碳酸钠5g/L，表面活性剂10mg/L，余量为水。其中表面活性剂为全氟辛基磺酸四乙基胺，水为蒸馏水或者去离子水；将碱性除油液加热至70℃，将打磨的镁合金放入碱性除油中洗8min，中度搅拌；
3、酸性活化处理，配制酸性活化液，该液体中包含柠檬酸100g/L，余量为水，水为蒸馏水或者去离子水，将经过碱性除油的镁合金放入酸洗液中洗45s，处理温度为室温，中度搅拌；
4、碱性调整处理，配制碱性调整液，该液体中包含氢氧化钠100g/L，余量为水；将碱性调整液加热至70℃，将经过酸洗活化处理后的镁合金放入碱性调整液洗30min，中度搅拌；
各个步骤间采用流水洗3min。
经SEM和EDXS分析，经过上述处理的AZ91D镁合金表面第二相Mg17Al12被去除，表面成分均匀。将对经过上述处理的镁合金进行化学镀Ni-P处理，得到的Ni-P层均匀，致密，防护性能高，如图6所示。

Claims (5)

1.一种镁合金表面均匀化前处理工艺，所述镁合金为Mg-Al合金；其特征在于，包括以下步骤：
a、打磨，对镁合金表面的油脂、氧化皮和锈蚀产物、边角进行打磨，获得干净新鲜的镁合金表面；
b、碱性除油处理，配制碱性除油液，将打磨干净的镁合金置于碱性除油液中，在65-80℃下处理5-10min，中度搅拌；
c、酸性活化处理，配制酸性活化液，将经过碱性除油处理的镁合金置于酸性活化液中，在室温下处理30-60s，中度搅拌；
d、碱性调整处理，配制碱性调整液，将经过酸性活化处理的镁合金置于碱性调整液中，在65-80℃下处理5-30min，中度搅拌；
上述各个步骤间将镁合金采用流水洗3min。
2.如权利要求1所述的镁合金表面均匀化前处理工艺，其特征在于：步骤b中所述的碱性除油液是由氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠和表面活性剂配制而成的水溶液，其中氢氧化钠的浓度为30-60g/L，磷酸钠的浓度为5-15g/L，碳酸钠的浓度为1-5g/L，表面活性剂的浓度为10-80mg/L。
3.如权利要求2所述的镁合金表面均匀化前处理工艺，其特征在于：所述的表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、全氟辛基磺酸四乙基胺中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的镁合金表面均匀化前处理工艺，其特征在于：步骤c中所述的酸性活化液是由磷酸、硝酸钠或柠檬酸中的一种或几种配制而成的水溶液，其中磷酸的浓度为5-200mL/L，硝酸钠的浓度为5-10g/L，柠檬酸的浓度为50-100g/L。
5.如权利要求1所述的镁合金表面均匀化前处理工艺，其特征在于：步骤d中所述的碱性调整液是氢氧化钠的水溶液，氢氧化钠的浓度为50-200g/L。
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