[发明专利]一种镁合金表面处理工艺

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种镁合金表面处理工艺。

(二)背景技术

21世纪，资源和环境已成为人类可持续发展的首要问题。随着金属材料消耗量的急剧上升和科学技术的飞速发展、大规模生产工艺的出现和广泛使用，使地球表壳的资源日趋贫化。有些金属材料-铁、铝、铜、铅、锌等再持续使用超不过百年，甚至是几十年。这将给以消耗资源为代价，承受巨大环境压力的传统制造行业提出更高的要求。因此，减少环境污染以及节约地球有限资源，进而实现人类的可持续发展，是当今人们所面临的一个十分重要而紧迫的课题。在金属材料资源方面，镁及其合金将成为21世纪通信、汽车、电子、电器、航空航天、国防军工、交通、能源等领域可持续发展的重要资源。

当前，在镁合金材料的研究及应用开发中，针对镁元素极为活泼特点，急需解决的关键技术问题是：熔炼和加工过程中极易氧化燃烧，生产难度很大；耐蚀性差；现有制品的高温强度、蠕变性能较低，在高温(150～350℃)场合的应用受到限制；常温力学性能，特别是强度和塑韧性需要提高。其中由于镁的化学稳定性低，电极电位较负(E₀＝-2.37V)，镁合金的抗蚀性较差，这在很大程度上限制了它的应用。尤其在潮湿环境中镁合金的表面极易发生腐蚀。如何解决镁合金的腐蚀问题和提高它的表面性能是决定其应用前景的关键问题，因此表面处理成为镁合金材料应用开发中最重要的关键技术之一。

目前已有的镁合金表面处理，主要通过化学表面处理和物理表面改性来完成。化学表面处理主要是铬化处理和磷化处理两种，其优点是操作简单、设备便宜。但由于铬化处理中的Cr⁶⁺对人体有害、环境污染严重，根据欧盟WEEE指令、RoHS指令和EuP指令，正被逐渐淘汰。磷化处理不能单独作为镁合金的保护层，只能作为加工工序间的短期防锈或涂漆前的底层；物理表面改性主要是微弧氧化、涂装及等离子喷涂等技术。其中镁合金的涂装技术，在潮湿的大气中腐蚀性介质容易穿透涂层的微孔，降低了涂装层结合力与耐蚀性。微弧氧化处理技术和等离子喷涂技术，不仅价格昂贵，而且还存在着工艺质量难以控制，涂层与其结合力不太理想等问题。因此随着镁合金材料应用发展，亟须研发一种新的镁合金表面处理技术，对防腐蚀和提高表面性能既有效，又环保，又经济。

目前有尝试在镁合金表面通过磷化处理而制备一层具有优良防护性能的转化(过渡)膜技术。目前国内外磷化工艺主要采用磷酸盐-高锰酸盐体系、锌系磷酸盐体系得到的以Mg₃(PO₄)₂或Zn₃(PO₄)₂·4H₂O为主要成分的磷化膜。如中国专利CN1598055公开了一种镁合金磷化溶液及其磷化工艺。镁合金磷化溶液，是由以下成分组成的水溶液，即每升该溶液中含有：氧化锌1～4.5克、磷酸10～45克、络合剂酒石酸钠0～20克、促进剂硝酸钠0.1～6克、腐蚀抑制剂氟化钠0.5～4.5克。其磷化工艺流程为：镁合金工件表面脱脂并除去氧化膜→水洗→磷化→水洗→烘干；磷化温度为15～80℃，时间为0.1～50分钟。该发明之磷化工艺，在镁合金部件表面可获得保护性能好、厚度超过铬酸盐膜的、细致均匀的磷酸盐转化膜。该膜稳定、附着力强，可提高镁合金零部件的抗腐蚀性及使用寿命；磷化工艺稳定易于控制，成本低。传统技术制得的镁合金磷化膜成膜过程中，α相只作为微阳极溶解，而磷化膜“只在β相上形核”或“只有β相上的晶核才能长大”，β相形核长大后蔓延生长到α相区。镁合金由大部分的α相(约占80％左右)和小部分的β相组成，β相形核长大后蔓延到α相区，成膜时间长(30-40分钟)、膜层显微组织较为粗大且膜层内部有裂纹。

中国专利CN 1786091公开了一种镁合金无铬达克罗溶液涂料及其生产方法，将有机硅、经过纳米分散液处理过的纳米粉体，分散到多种树脂聚合交联的树脂中，对其进行改性，与锌粉和铝粉制成无铬、环保、涂膜薄、耐盐雾、耐酸、耐碱、抗冲击、附着力强、耐候性好的镁合金无铬达克罗溶液涂料。该发明产品不仅保持了原有达克罗不产生废渣、废气、污水，无环境污染，较强的耐腐蚀性、耐热性、无氢脆性等特点外，更加突出了其耐酸、碱腐蚀、耐盐雾、附着力强、涂层硬度高等特性，是一种水性环保、节能无铬体系，尤其是具有高防腐，低膜厚的性能。无铬达克罗溶液涂料，使镁合金零件获得实用价值。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可在镁合金表面形成耐腐蚀性良好的防腐涂层的镁合金表面处理工艺。