專利名稱：鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鎂合金表面涂裝的前處理方法。
背景技術(shù)：
鎂合金是二十一世紀(jì)最有應(yīng)用前景的金屬材料之一，但其耐蝕性差，在很大程度上限制了其應(yīng)用。因此，鎂合金表面處理在實(shí)際應(yīng)用中是十分必要的。很多文獻(xiàn)都報(bào)道了鎂合金的表面處理方法。在眾多的防腐措施中，有機(jī)涂層保護(hù)技術(shù)由于具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、商業(yè)應(yīng)用前景好等眾多優(yōu)點(diǎn)而倍受人們重視。有機(jī)涂層的保護(hù)作用主要是在金屬基體和環(huán)境介質(zhì)間充當(dāng)阻擋層，阻礙水、離子、 氧氣和電荷傳至基體，阻止腐蝕電路的形成。但是，鎂合金自身的電化學(xué)活性以及鑄造導(dǎo)致的缺陷等因素給傳統(tǒng)涂料在鎂合金上的單層直接涂裝帶來(lái)了很大的困難，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面(1)鎂合金的高化學(xué)活性使其一遇到空氣或水就在其表面形成一層疏松且呈堿性的氧化物/氫氧化物薄膜，該薄膜會(huì)降低后續(xù)有機(jī)涂層和基體間的結(jié)合質(zhì)量；同時(shí)，鎂合金高的化學(xué)活性使得擴(kuò)散到其界面的水、氧等分子迅速與其發(fā)生反應(yīng)，與外界形成較大的濃度梯度，加速介質(zhì)在涂層中的傳輸。(2)鑄造鎂合金件難以避免的表面缺陷和大量的孔洞給表面涂裝造成一定的困難；(3)鎂合金在高溫下的抗蠕變性能普遍很差，限制了傳統(tǒng)高溫烘烤漆在某些鎂合金上的應(yīng)用。因此，直接在鎂合金表面涂裝難以取得好的防護(hù)效果，在鎂合金表面要獲得高附著性、強(qiáng)耐蝕性和漂亮外觀的有機(jī)涂層，正確選擇涂裝體系的基底是十分必要的?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜處理是鎂合金防腐蝕前處理的有效方法，所形成的轉(zhuǎn)化膜可以提高基體的耐蝕性，同時(shí)還能提高涂裝漆膜的附著性。現(xiàn)有的鎂合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)通常采用鉻酸鹽溶液處理，但所使用的六價(jià)鉻化合物有毒，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。稀土轉(zhuǎn)化膜是近年來(lái)鎂合金無(wú)鉻環(huán)保型表面處理工藝的熱門研究領(lǐng)域，因其無(wú)毒、無(wú)污染而受到廣大研究者的廣泛關(guān)注并迅速發(fā)展。但由于鎂基體在水溶液中突出的化學(xué)活潑性，使得其在稀土鹽的水溶液中總是優(yōu)先形成疏松的氧化或氫氧化物，導(dǎo)致稀土轉(zhuǎn)化膜附著力普遍較差，嚴(yán)重的影響了該類轉(zhuǎn)化膜的應(yīng)用和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高轉(zhuǎn)化處理后行形成的轉(zhuǎn)化膜層的附著力及耐腐蝕性能，并可以提高鎂合金涂裝體系的附著力，實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂及鎂合金的有效防護(hù)的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的a.對(duì)鎂合金或鎂基體材料表面進(jìn)行預(yù)磨處理，然后再進(jìn)行拋光；b.將基體材料放入無(wú)水乙醇或丙酮溶液中進(jìn)行超聲處理IOmin ;c.將經(jīng)超聲處理過(guò)的基體材料用冷風(fēng)吹干；d.將基體材料置于轉(zhuǎn)化液進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，所述轉(zhuǎn)化液由無(wú)水乙醇溶劑、稀土鹽和強(qiáng)氧化性促進(jìn)劑組成；e.經(jīng)轉(zhuǎn)化處理的基體材料用去離子水沖洗后吹干；f.將基體材料放入植酸溶液中進(jìn)行后處理10-20min，無(wú)水乙醇沖洗后吹干。本發(fā)明還可以包括1、所述轉(zhuǎn)化液的組成包括稀土鹽l-10g/L、強(qiáng)氧化性促進(jìn)劑20ml/L，所述稀土鹽為釹、釔或釓的鹽，所述強(qiáng)氧化性促進(jìn)劑是h202。2、所述轉(zhuǎn)化處理在20-45 °C的溫度、pH值4_7的條件下進(jìn)行。3、所述轉(zhuǎn)化處理的處理時(shí)間為5min-40min。4、所述釹鹽為 Nd(NO3)3、釔鹽為 Y(NO3)3、釓鹽為 Gd(NO3) 3。5、轉(zhuǎn)化液的pH值采用與稀土鹽同種酸根對(duì)應(yīng)的酸進(jìn)行調(diào)節(jié)。6、所述植酸溶液的濃度為5g/L。本發(fā)明主要目的在于通過(guò)無(wú)水溶劑的使用減少鎂及合金在前處理工序中造成的鎂的氧化和腐蝕，從而提高轉(zhuǎn)化處理后行形成的稀土鹽轉(zhuǎn)化膜層的附著力及耐腐蝕性能， 并且以有機(jī)溶液作為溶劑可以在轉(zhuǎn)化膜層表面形成大量的有機(jī)官能團(tuán)，從而提高鎂合金涂裝體系的附著力，實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂及鎂合金的有效防護(hù)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案的主要特點(diǎn)在于首先，為保證轉(zhuǎn)化處理的進(jìn)行，對(duì)基體材料表面進(jìn)行平整化及除油處理，為后續(xù)處理工藝提供足夠好的條件； 然后，放入以無(wú)水乙醇為溶劑，由稀土鹽(釹、釔、釓)和強(qiáng)氧化性促進(jìn)劑組成的轉(zhuǎn)化溶液中，轉(zhuǎn)化液需放置在一定溫度的水浴箱中使溶液達(dá)到預(yù)定溫度，反應(yīng)一定時(shí)間后從溶液中取出，用去離子水沖洗后吹干；再放入植酸溶液中進(jìn)行后處理，無(wú)水乙醇沖洗后吹干。從技術(shù)方案可以看出本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的無(wú)水轉(zhuǎn)化前處理方案工藝簡(jiǎn)單，易操作性強(qiáng)，且成本低廉，防護(hù)效果明顯，滿足經(jīng)濟(jì)效益方面的需求。本發(fā)明所提供的無(wú)水轉(zhuǎn)化前處理技術(shù)可以明顯提高鎂合金稀土轉(zhuǎn)化膜的附著力及耐腐蝕性能。本發(fā)明所提供的具有大量有機(jī)官能團(tuán)的無(wú)水轉(zhuǎn)化膜，對(duì)提高鎂合金涂裝體系的附著力及耐腐蝕性具有重要的意義。本發(fā)明制備的可溶于無(wú)水乙醇的稀土鹽轉(zhuǎn)化膜為鎂及鎂合金表面提供良好的保護(hù)，同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境和人體產(chǎn)生任何有害影響，是替代傳統(tǒng)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的理想選擇，具有重要的應(yīng)用前景。


圖1AZ91鎂合金釹鹽轉(zhuǎn)化膜處理的掃描電子顯微形貌照片；圖2AZ91鎂合金釓鹽轉(zhuǎn)化膜處理的掃描電子顯微形貌照片；圖3AZ91鎂合金釔鹽轉(zhuǎn)化膜處理的掃描電子顯微形貌照片。
具體實(shí)施例方式下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述；具體實(shí)施方案一本實(shí)施方案中所設(shè)計(jì)的工藝方案如下對(duì)基體材料表面進(jìn)行預(yù)磨處理，從300#-2500#，然后再用2. 5的油溶性金剛石拋光膏進(jìn)行拋光，以使基體材料表面為后續(xù)處理工藝提供足夠好的條件來(lái)保證轉(zhuǎn)化處理的進(jìn)行；將處理過(guò)的樣品放入無(wú)水乙醇或丙酮溶液中進(jìn)行超聲處理IOmin之后用冷風(fēng)吹干。將制備好的樣品放入轉(zhuǎn)化液中，該稀土轉(zhuǎn)化液由5g/LNd (NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，用無(wú)水乙醇為溶劑，用HNO3調(diào)節(jié)pH值至4-5之間，然后將該溶液放置在30°C水浴箱中使溶液保溫至30°C，將制備好的樣品放入配置好的轉(zhuǎn)化溶液中反應(yīng)5min，反應(yīng)到達(dá)時(shí)間后將樣品取出，用去離子水完全沖洗后吹干。放入濃度為5g/L的植酸無(wú)水后處理液中，在室溫下反應(yīng)15分鐘，洗凈吹干。該方案所得的釹鹽轉(zhuǎn)化膜致密、均勻具有較好的附著力和優(yōu)異得耐蝕性。具體實(shí)施方案二 該方案與方案一不同點(diǎn)是稀土轉(zhuǎn)化液由5g/L Y(NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，經(jīng)攪拌和調(diào)節(jié)pH值后進(jìn)行20min的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。本方案結(jié)果表明其具有良好的耐蝕性，可以給基體材料提供良好的保護(hù)作用。具體實(shí)施方案三該方案與方案一不同點(diǎn)是稀土轉(zhuǎn)化液由10g/L Gd(NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，經(jīng)攪拌和調(diào)節(jié)pH值后進(jìn)行40min的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。該方案可制備較厚的轉(zhuǎn)化膜層。具體實(shí)施方案四該方案與方案一不同點(diǎn)是稀土轉(zhuǎn)化液由5g/L Nd(NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，經(jīng)攪拌和調(diào)節(jié)pH值后在45°C的反應(yīng)溫度下反應(yīng)5min后取出樣品。本方案得到的膜層質(zhì)地均勻，表面裂紋細(xì)小，耐蝕性好。具體實(shí)施方案五該方案與方案一不同點(diǎn)是稀土轉(zhuǎn)化液由10g/L Nd(NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，經(jīng)攪拌和調(diào)節(jié)pH值后在45°C的反應(yīng)溫度下反應(yīng)20min后取出樣品。該方案的膜層較方案四中的膜層相對(duì)厚重一些但表面裂紋相對(duì)大一些，耐蝕性較好。具體實(shí)施方案六該方案與方案一不同點(diǎn)是稀土轉(zhuǎn)化液由lg/L Nd(NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，經(jīng)攪拌和調(diào)節(jié)pH值后在45°C的反應(yīng)溫度下反應(yīng)40min后取出樣品。具體實(shí)施方案七該方案與方案一不同點(diǎn)是稀土轉(zhuǎn)化液由10g/L Gd(NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，經(jīng)攪拌和調(diào)節(jié)pH值后在45°C下反應(yīng)5min結(jié)束。該反應(yīng)較前幾種方案反應(yīng)劇烈，且在短時(shí)間內(nèi)形成相對(duì)較厚的膜層，裂紋均勻的分布于膜層。具體實(shí)施方案八該方案與方案一不同點(diǎn)是稀土轉(zhuǎn)化液由5g/L Gd(NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，經(jīng)攪拌和調(diào)節(jié)pH值后在45°C下反應(yīng)20min生成了厚實(shí)的膜層， 而且更像是兩層或三層膜，但彼此間的過(guò)渡并不明顯，裂紋細(xì)小均勻隨機(jī)的分布在各層。具體實(shí)施方案九該方案與方案一不同點(diǎn)是稀土轉(zhuǎn)化液由lg/L Gd(NO3)3和作為促進(jìn)劑的20ml/L H2O2組成，經(jīng)攪拌和調(diào)節(jié)pH值后在45°C下反應(yīng)40min。具體實(shí)施方案十該方案與方案一不同點(diǎn)是將PH值用HNO3調(diào)節(jié)到6-7，接近于中性溶液略顯酸性即可，然后將方案一到九按該酸堿度再進(jìn)行一遍。具體實(shí)施方案十一該方案是將上述的十種方案中所用的稀土硝酸鹽換成稀土氯化鹽類后再進(jìn)行一遍，所不同的是在調(diào)節(jié)酸堿度時(shí)要用HC1。以上所述僅為本發(fā)明的較好實(shí)例，并不是用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均屬于本發(fā)明權(quán)限范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是a.對(duì)鎂合金或鎂基體材料表面進(jìn)行預(yù)磨處理，然后再進(jìn)行拋光；b.將基體材料放入無(wú)水乙醇或丙酮溶液中進(jìn)行超聲處理 IOmin ；c.將經(jīng)超聲處理過(guò)的基體材料用冷風(fēng)吹干；d.將基體材料置于轉(zhuǎn)化液進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，所述轉(zhuǎn)化液由無(wú)水乙醇溶劑、稀土鹽和強(qiáng)氧化性促進(jìn)劑組成；e.經(jīng)轉(zhuǎn)化處理的基體材料用去離子水沖洗后吹干；f.將基體材料放入植酸溶液中進(jìn)行后處理10-20min，無(wú)水乙醇沖洗后吹干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是所述轉(zhuǎn)化液的組成包括稀土鹽l-10g/L、強(qiáng)氧化性促進(jìn)劑20ml/L，所述稀土鹽為釹、釔或釓的鹽，所述強(qiáng)氧化性促進(jìn)劑是H2O2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是所述轉(zhuǎn)化處理在20-45 °C的溫度、pH值4-7的條件下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是所述轉(zhuǎn)化處理的處理時(shí)間為5min-40min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是所述植酸溶液的濃度為5g/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)所述的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是 所述釹鹽為稀土釹、釔或釓的硝酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)所述的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是 所述釹鹽為稀土釹、釔或釓的鹽酸鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是轉(zhuǎn)化液的pH 值采用硝酸進(jìn)行調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法，其特征是轉(zhuǎn)化液的pH 值采用硝酸進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種鎂合金表面涂裝的無(wú)水前處理方法。對(duì)基體材料表面進(jìn)行預(yù)磨處理；將基體材料放入無(wú)水乙醇或丙酮溶液中進(jìn)行超聲處理；將經(jīng)超聲處理過(guò)的基體材料用冷風(fēng)吹干；將基體材料置于轉(zhuǎn)化液進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，所述轉(zhuǎn)化液由無(wú)水乙醇、稀土鹽和強(qiáng)氧化性促進(jìn)劑組成；經(jīng)轉(zhuǎn)化處理的基體材料用去離子水沖洗后吹干；將基體材料放入植酸溶液中進(jìn)行后處理，無(wú)水乙醇沖洗后吹干。本發(fā)明通過(guò)無(wú)水溶劑的使用減少鎂及合金在前處理工序中造成的鎂的氧化和腐蝕，從而提高轉(zhuǎn)化處理后行形成的稀土鹽轉(zhuǎn)化膜層的附著力及耐腐蝕性能，并且以有機(jī)溶液作為溶劑可以在轉(zhuǎn)化膜層表面形成大量的有機(jī)官能團(tuán)，從而提高鎂合金涂裝體系的附著力，實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂合金的有效防護(hù)。
文檔編號(hào)C23C22/02GK102181851SQ201110100520
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者劉二寶, 崔秀芳, 楊雨云, 金國(guó), 鐘景高 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)