[发明专利]一种用于镁或镁合金制品粘接的预处理液及预处理方法

说明书

(一)技术领域

本发明属于金属的表面处理领域，特别涉及一种用于镁或镁合金制品粘接 的预处理液及预处理方法。

(二)背景技术

镁及其合金由于具有密度小、比强度高、减振性防噪性好，有良好的导热 性和电磁屏蔽能力等优点，广泛应用于汽车、通信、电子电器、航空航天、国 防及军事装备、交通、冶金化学化工等行业。但是，镁合金存在熔点低，线膨 胀系数和导热率高，与氧、氮的亲和力强等缺点，因此决定了它在焊接、铆接、 螺纹连接等机械连接过程中会产生一系列的困难，限制了镁合金在结构件中的 使用。因此，如何解决镁合金之间的连接问题成为镁合金应用的关键技术之一。

粘接法与其他连接方法相比较具有减轻结构重量、可粘接同质或异质材 料、不易产生局部应力集中等优点，接头具有高的剪切强度、疲劳强度、耐蚀 性能和减震性能。但是，粘接质量受到合金表面粗糙度、化学成分、组织形态 等因素的影响，因此，要想获得高强度的粘接接头，必须对合金表面进行预处 理。有关用于钢铁材料、铝合金材料的粘接表面的预处理技术已较为成熟，但 镁合金的粘接表面预处理技术还有待发展。由于镁非常活泼，在潮湿空气中很 容易被氧化，和铝相比，镁表面生成的氧化膜不但疏松多孔，而且会降低镁合 金表面的活性和镁合金与粘接剂之间的润湿性，严重降低粘接强度，因此，必 须采用特殊的表面处理工艺。美国材料与试验协会给出了几种用于镁合金粘接 的标准预处理工艺，包括碱洗处理工艺，铬酸处理工艺，NaOH-铬酸处理工艺， 阳极化处理工艺。这些工艺中，碱洗处理工艺较为简单，但粘接强度较低。铬 酸处理和NaOH-铬酸处理后粘接接头的粘接强度较高，是目前公认最好的镁或 镁合金板材的粘接预处理工艺，但处理液中存在有六价铬离子，环境污染严重， 世界各国基本禁止使用。阳极化处理工艺具有提高抗腐蚀能力和粘接强度两种 功能，但工艺复杂，处理成本较高。虽然目前也发展了一些新的镁合金表面处 理工艺，如磷酸盐处理工艺、稀土金属盐处理工艺等，但这些表面预处理工艺 均是以提高镁合金耐蚀抗力为目的，而不是用于镁合金的粘接应用，当这些预 处理工艺用于粘接时，粘接接头的剪切强度非常低，不能用于结构件的使用。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种用于镁或镁合金制品粘接的预处理液及预处 理方法，可以克服现有预处理方法存在的粘结强度不能令人满意、环境污染严 重、抗蚀能力差等缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于镁或镁合金制品粘接的预处理液，其中包含以下浓度的组分：

KMnO₄    20-60g/L

K₂HPO₄   120-170g/L；

以及

0.3-1.0g/L的NaF和/或3-10g/L的Na₂SiO₃；

所述的预处理液pH值为4-10。

所述预处理液中还包含有下述浓度的一种或两种组分：2-4g/L的NaMoO₄、 3-5g/L的柠檬酸。

预处理液的pH值可用磷酸溶液进行调节。

此预处理液中，K₂HPO₄作为腐蚀剂，KMnO₄作为氧化剂，用于在镁或镁合金 表面形成含镁的磷酸盐薄膜。二者浓度需要进行合理搭配，否则会造成薄膜太 薄分布不均或厚度不易控制，薄膜容易开裂，降低薄膜与基体的结合力，影响 粘接效果。

NaF、Na₂SiO₃、NaMoO₄、柠檬酸作缓蚀剂用于控制薄膜成膜速度，增加薄膜 均匀性和与基体的结合强度。预处理液中应该至少含有一种缓蚀剂，优选的方 案为同时含有两种以上的缓蚀剂。

镁的性质偏碱性，预处理液中的K₂HPO₄，Na₂SiO₃、NaMoO₄也是偏碱性的， pH值的选择应考虑膜的形成速度、膜的质量以及镁或镁合金的化学性质。PH 值过低磷酸盐膜容易出现裂纹，PH值过高成膜速度下降，薄膜表面活性有所下 降。考虑到应用于粘接的目的，本发明采用适量的磷酸调整pH值并控制在4-10 范围内。