一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法
【专利摘要】一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，将研磨抛光或拉丝处理后的镁合金浸入钝化溶液中进行钝化着色，所述钝化液为水或含有至少一种正磷酸盐的水溶液，在80～100℃保温2-10h后，用无色透明的水性树脂封孔，然后在120～260℃烘烤。本发明获得的镁合金最终具有铜或金的光泽或质感，耐腐蚀和抗霉菌性较好。本发明工艺合理、流程简单、成本低廉、生产过程安全、效率高、成本低、无酸性废液排放、无需特殊设备，钝化着色液无污染无毒性，过程环保，所得产品外观美观漂亮，具有金属的光泽和质感，拥有较高耐腐蚀性和抗霉菌性，具有良好的应用前景。
【专利说明】一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁合金表面的处理方法，特别是指一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法；属金属表面处理技术。
【背景技术】
[0002]镁合金被认为是21世纪最富有开发和应用潜力的“绿色材料”，具有比强度高、密度低、耐震性好等特点，由于镁合金具有环保，可回收性好的优良品质，使得镁合金在航空、航天、汽车、家电、生物材料等领域的应用越来越广泛。但是镁合金耐腐蚀性差，表面易氧化，不易保持光亮也成为限制镁合金使用的瓶颈。
[0003]为了提高镁合金耐腐蚀性，保持金属光泽，往往使用电镀阳极氧化、微弧氧化等方法。
[0004]现有的阳极氧化或微弧氧化工艺，工艺复杂、成本高、所需设备复杂，并且处理液中往往含有铬、钴和氟等对人类健康和环境都有危害的元素，对大件镁制品难以实现，其中微弧氧化形成的膜易开裂、耐冲击性差、易脱落。尤其是这两种工艺都难以对镁合金进行仿铜仿金处理，使其表面具有铜或金的光泽和质感。
[0005]因此急需发展一种环保、工艺简单、成本较低的表面仿铜仿金技术。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供一种工艺设计合理、设备要求简单、操作方便、成本低、效率高的镁合金表面仿铜仿金的工艺方法。
[0007]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，包括下列步骤:
[0008]第一步:对镁合金表面进行光亮化处理；然后，将光亮化处理后的镁合金浸入800C -1OO0C的钝化液中进行表面钝化处理，所述钝化液选自水或磷酸盐溶液，钝化液的pH值为7-13 ;由于经过表面光亮化处理的镁合金，活性很高，在中性或碱性环境条件下，很容易在表面形成致密的氧化膜或氢氧化膜，实现镁合金钝化；
[0009]第二步:将第一步所得的镁合金表面涂覆封孔剂，然后，加热烘烤，进行封孔处理；烘烤温度小于等于260°C。
[0010]封孔处理的主要目的有两个方面，首先是封堵镁合金表面未钝化部分的空洞，其次，是对镁合金表面形成保护涂层；根据光学理论分析可知，由于镁合金基体、钝化层、涂层对光的折射率不同，因此，光线经过镁合金基体、钝化层、涂层反射后形成的反射光互相干涉，使钝化后的镁合金呈现金黄色光泽。
[0011]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，所述光亮化处理是采用喷丸、研磨抛光或拉丝中的至少一种处理工艺对镁合金表面进行处理，以获得表面光洁的材料；处理后，镁合金表面光洁度为0.05-0.1 μ m。
[0012]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，所述钝化液为水时，钝化液选自去离子水或蒸馏水；所述钝化液为磷酸盐溶液时，磷酸盐溶液的质量体积浓度为0.6-3g/l，磷酸盐溶液中溶质选自磷酸氢二钠、三磷酸钠、磷酸三钠中的至少一种。三磷酸钠对钙镁等金属离子有络合能力。此外，具有一定有机物表面活性剂的性质，对油脂有强烈的乳化作用。磷酸钠盐也具有渗透和乳化作用，能增加钝化液润湿能力和反应速度。
[0013]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，钝化处理中，镁合金在钝化液中浸泡时间为2-10h。
[0014]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，磷酸盐溶液的溶质分别选择正磷酸盐磷酸氢二钠、三磷酸钠或磷酸三钠单独使用时，磷酸盐溶液的质量体积浓度分别为:
[0015]磷酸氢二钠溶液l_3g/l
[0016]三磷酸钠溶液 0.6_2g/l
[0017]磷酸三钠溶液 0.6_2g/l。
[0018]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，所述封孔剂为无色透明的水性树脂；所述水性树脂选自水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸环氧树脂、氟树脂、水性环氧树脂、特氟龙清漆、环氧 树脂清漆中的一种。
[0019]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，封孔剂采用浸涂或喷涂的方式涂覆至镁合金表面，进行封孔之后，将镁合金进行烘烤，烘烤温度为120-260°C，烘烤时间为10-30min ;优选的烘烤温度为150_230°C ;更优选的烘烤温度为170_200°C。
[0020]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，所述镁合金选自纯镁、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系合金中的一种。
[0021]本发明一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法处理后的镁合金，按照QJ/ZB4-85标准，使用点滴法对钝化膜的耐蚀性进行测定，耐蚀时间大于12秒；
[0022]按照JB840-86标准进行霉菌实验，在30天内，表面长霉百分比≤10% ；
[0023]将处理后的镁合金试样在220°C干燥箱中保温Ih后取出，投入不高于15°C水中为一个循环进行抗热震试验，循环次数大于20次；
[0024]按照GJB150.9-1986军用设备环境试验方法进行湿热试验，432h，外观无变化；
[0025]采用中性盐雾试验并根据ASTM BI 17.97标准，检验镁合金的耐腐蚀性能，60h，外观无变化。
[0026]本发明提供的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，有以下几大优点:
[0027]1、本发明工艺设计合理、流程简单、成本低廉、生产过程安全性高，无需脱脂、碱洗、酸洗或活化等前处理及后续清洗处理，生产效率高，利于大规模工业生产。
[0028]2、本发明所需设备简单，并且钝化溶液中所添加的化学试剂均为食品加工业所用添加剂，对环境无污染，也无毒性，可以用于生物医学镁合金材料的表面处理。
[0029]3、本发明所处理镁合金材料及制品不仅具有镁的轻质耐震性能，又具有铜或金的光泽和质感，并且有较好的抗腐蚀和和抗霉菌能力。可以广泛应用于交通运输、家电和日常生活等方面。
[0030]综上所述，本发明工艺合理、流程简单、成本低廉、生产过程安全，不仅产品外观美观漂亮，具有金属的光泽和质感，并且过程环保，拥有较高耐腐蚀性和抗霉菌性，具有良好的应用前景。
【具体实施方式】[0031]以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，本发明实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
[0032]本发明实施例中，各种性能测试方法如下:
[0033]1、点滴试验
[0034]试验按照QJ/ZB4-85标准，使用点滴法对钝化膜的耐蚀性进行测定。将点滴液(0.05g高锰酸钾和5ml硝酸溶于95ml高纯水中)滴在试样上，以点滴液由红色变为无色的时间来衡量钝化膜的耐腐蚀性能，时间越长耐腐蚀性能越好。
[0035]2、霉菌试验
[0036]试验按照JB840-86标准进行霉菌实验，湿室内控制的温度为28_30°C，相对湿度为95-100%，风速不大于0.5m/s的要求，处理30天后，检测霉菌的生长情况。
[0037]3、热震实验
[0038]将仿铜镁合金试样在220°C干燥箱中保温Ih后取出，投入不高于15°C水中为一个循环。记录次数作为镁合金耐热震的性能表征。
[0039]4、湿热试验
[0040]试验按照GJB150.9-1986军用设备环境试验方法进行湿热试验。试验条件:以24h为一个试验周期，每周期分为升温、高温高湿、降温和低温高湿四个阶段。具体步骤为:在2h内，将试验箱温度由30°C升到60°C，相对湿度升至95%，稳定后保持6h ;在8h内将试验箱温度降到30°C，此期间相对湿度保持在85%以上；当试验箱温度达到30°C，相对湿度为95%的条件下，保持8h ;重复以上三个步骤，进行18个周期(432h)试验。
[0041]5、盐雾试验
[0042]采用中性盐雾试验并根据ASTM BI 17.97标准，检验镁合金的耐腐蚀性能。
[0043]实施例1
[0044]将AZ31镁合金板材抛光后用蒸馏水洗净。放入钝化液中进行钝化着色，温度为IOO0C，钝化液为0.8g/L的三磷酸钠水溶液，pH = 8.00保温7h后取出，再放入水性丙烯酸树脂中进行浸涂封孔，并立即取出放入炉中烘烤，烘烤温度为150°C，烘烤时间lOmin。对烘烤后的样品进行各种性能测试，检验结果如表1所示。
[0045]实施例2
[0046]将AZ31镁合金板材抛光后用蒸馏水洗净。放入去离子水中进行钝化着色，温度为100°C，保温1Oh后取出，再放入水性丙烯酸环氧树脂中进行浸涂封孔后，取出放入炉中烘烤，烘烤温度为160°C，烘烤时间lOmin。对烘烤后的样品进行各种性能测试，检验结果如表I所示。
[0047]实施例3
[0048]将AZ61镁合金板材抛光后用蒸馏水洗净。放入钝化液中进行钝化着色，温度为85°C，钝化液为1.5g/L的三磷酸钠水溶液，pH = 10.0。保温8h后取出，再放入氟树脂中进行浸涂封孔后，取出晾干，放入炉中烘烤，烘烤温度为220°C，烘烤时间20min。对烘烤后的样品进行各种性能测试，检验结果如表1所示。 [0049]实施例4
[0050]将AZ91镁合金板材抛光后用蒸馏水洗净。放入钝化液中进行钝化着色，温度为1OO0C，钝化液为0.9g/L的磷酸三钠水溶液，pH = 8.00保温4h后取出，再放入水性环氧树脂中进行封孔处理后，取出晾干，放入炉中烘烤，烘烤温度为120°C，烘烤时间lOmin。对烘烤后的样品进行各种性能测试，检验结果如表1所示。
[0051]实施例5
[0052]将AZ80镁合金板材抛光后用蒸馏水洗净。放入钝化液中进行钝化着色，温度为100°c，钝化液为2g/L的磷酸氢二钠水溶液，pH = 8.5。保温IOh后取出，再用特氟龙清漆进行喷涂封孔，随后放入炉中烘烤，烘烤温度为350°C，烘烤时间30min。对烘烤后的样品进行各种性能测试，检验结果如表1所示。
[0053]实施例6
[0054]将ZK60镁合金板材抛光后用蒸馏水洗净。放入钝化液中进行钝化着色，温度为95°C，钝化液为含lg/L的磷酸氢二钠和0.8g/L的三磷酸钠水溶液，pH = 10.5。保温9h后取出，再用环氧树脂清漆进行喷涂封孔，随后放入炉中烘烤，烘烤温度为180°C，烘烤时间40min。对烘烤后的样品进行各种性能测试，检验结果如表1所示。
[0055]表1几种不同试样的检测结果比较
【权利要求】
1.一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，包括下列步骤: 第一步:对镁合金表面进行光亮化处理；然后，将光亮化处理后的镁合金浸入800C -1OO0C的钝化液中进行表面钝化处理，所述钝化液选自水或磷酸盐溶液，钝化液的pH值为7-13 ； 第二步:将第一步所得的镁合金表面涂覆封孔剂，然后，加热烘烤，进行封孔处理；烘烤温度小于等于260°C。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，其特征在于:所述光亮化处理是采用喷丸、研磨抛光或拉丝中的至少一种处理工艺对镁合金表面进行处理，以获得表面光洁的材料；处理后，镁合金表面光洁度为0.05-0.1 μ m。
3.根据权利要求2所述的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，其特征在于:所述钝化液为水时，钝化液选自去离子水或蒸懼水；所述钝化液为磷酸盐溶液时，磷酸盐溶液的质量体积浓度为0.6-3g/l，磷酸盐溶液中溶质选自磷酸氢二钠、三磷酸钠、磷酸三钠中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，其特征在于:钝化处理中，镁合金在钝化液中浸泡时间为2-1 Oh。
5.根据权利要求4所述的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，其特征在于:磷酸盐溶液的溶质分别选择正磷酸盐磷酸氢二钠、三磷酸钠或磷酸三钠单独使用时，磷酸盐溶液的质量体积浓度分别为: 磷酸氢二钠溶液l_3g/l 三磷酸钠溶液 0.6-2g/l 磷酸三钠溶液 0.6-2g/l。
6.根据权利要求1所述的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，其特征在于:所述封孔剂为无色透明的水性树脂；所述水性树脂选自水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸环氧树脂、氟树脂、水性环氧树脂、特氟龙清漆、环氧树脂清漆中的一种。
7.根据权利要求6所述的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，其特征在于:封孔剂采用浸涂或喷涂的方式涂覆至镁合金表面；进行封孔之后，将镁合金进行烘烤，烘烤温度为120-260°C，烘烤时间为 10-30min。
8.根据权利要求1所述的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，其特征在于:所述镁合金选自纯镁、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系合金中的一种。
9.根据权利要求8所述的一种镁合金表面仿铜仿金的工艺方法，其特征在于:处理后的镁合金，按照QJ/ZB4-85标准，使用点滴法对钝化膜的耐蚀性进行测定，耐蚀时间大于12秒； 按照JB840-86标准进行霉菌实验，在30天内，表面长霉百分比< 10% ； 将处理后的镁合金试样在220°C干燥箱中保温Ih后取出，投入不高于15°C水中为一个循环进行抗热震试验，循环次数大于20次； 按照GJB150.9-1986军用设备环境试验方法进行湿热试验，432h，外观无变化； 采用中性盐雾试验并根据ASTM BI 17.97标准，检验镁合金的耐腐蚀性能，60h，外观无变化。
【文档编号】C23C22/60GK103924232SQ201410181376
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】杨续跃, 张至柔, 张笃秀, 张朋, 刘楚明 申请人:中南大学