[发明专利]一种锆及锆合金锌锰复合磷化液及其磷化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆及锆合金表面处理技术，具体涉及一种锆及锆合金磷化液及其磷化方法，属于金属合金材料的表面处理技术领域。

背景技术

1824年瑞典化学家贝采利乌斯首次制得纯度较低的金属锆，1925年荷兰科学家阿克尔和德博尔制得有延展性的块状金属锆。自此锆进入人们的视野并受到越来越广泛的关注。锆金属储量丰富，具有优异的抗腐蚀性能、膨胀系数小等优良性质，目前已经应用于核工业、电子工业、化学工业、珠宝以及军用等众多领域。并且其具有优异的抗辐照性、耐原子氧腐蚀、抗低温及交变温度影响特性成为一种潜在的、重要的空间材料。近年来各航天强国纷纷开展对航天材料的研究，极大地促进了锆合金在空间材料方面的研究和应用。在诸多有关锆及锆合金的研究领域中，关于锆及锆合金表面处理的研究尚属空白。锆是一种活泼的金属元素，易与空气中的氧发生反应，生成一层氧化膜，这会对金属材料表面的导电性和化学活性造成影响。有研究表明，锆的腐蚀通常分为两个阶段：腐蚀初期，表面生成一层致密的黑色氧化膜，腐蚀速率随时间变化越来越低；随后腐蚀速率突然增大，生成不具有保护性的白色氧化膜；另外该氧化膜具有很高的化学稳定性，不利于后续覆层与基体间的结合紧密。因此有必要对锆及锆合金进行适当的表面处理，提高其耐蚀性，改善耐磨性、可钎焊性等其它方面的性能。

现有技术中，化学转化处理以其工艺简单、覆层性能种类多样，受到广泛关注。化学转化处理是金属(包括镀层金属)表层原子与介质中的阴离子相互反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，该隔离层称为化学转化膜。化学转化膜具有装饰、润滑减摩、防腐蚀以及作为金属镀层底层的作用，它与基体材料结合力良好，并具有较好的绝缘性。按照膜的主要组成物，化学转化膜可分为：氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、草酸盐膜等，其中磷酸盐膜(又称磷化膜)因其工艺简单成熟、性能良好受到广泛关注和应用，它具有良好的耐蚀性、耐磨性、高硬度，已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。

利用传统的适用于钢铁材料的各种磷化工艺无法在锆及锆合金表面得到性能良好的磷化膜，或者得到的磷化膜厚度偏低，耐蚀性和耐磨性较差，这是由于锆及锆合金在大气环境下极易形成的氧化膜造成的。另外锆金属活性较强，易形成基体腐蚀及磷化膜结晶粗大的现象。因此，开发一种适用于锆及锆合金的磷化液及其磷化方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锆及锆合金锌锰复合磷化液。

本发明的目的还在于提供一种锆及锆合金锌锰复合磷化方法。

本发明的锆及锆合金锌锰复合磷化液的组成如下：以水作为溶剂，每升磷化液中含有：

硫酸锌，氧化锌，碳酸锌，硝酸锌，其中的一种或一种以上的复配物0.001～10g；

磷酸二氢锰，硝酸锰，其中的一种或它们的复配物0.001～5g；

正磷酸5～30g；

促进剂：硝酸钠1～8g；

络合剂：酒石酸，柠檬酸，乳酸及其盐类，其中一种或一种以上的复配物0.001～15g；

表面活性剂：十二烷基磺酸钠，十二烷基硫酸钠，硝基苯磺酸钠，其中一种或一种以上的复配物0.001～10g；

腐蚀抑制剂：硫脲，氟化钠，氟化钾，其中一种或一种以上的复配物0.001～0.5g。

本发明的锆及锆合金锌锰复合磷化方法包括以下步骤：

(1)预磨锆或锆合金工件；

(2)以丙酮或三氯乙烯有机溶剂超声波处理，去除工件表面油污；

(3)以热碱液洗，进一步去除工件表面油污；

(4)将工件放入氢氟酸与硝酸混合溶液中酸洗，时间5～60秒；

其中，酸洗液组成如下：以水作为溶剂，每升酸洗液中含有：质量浓度68％的硝酸200～700ml，质量浓度40％的氢氟酸1～200ml。

(5)将经过上述工序处理后的锆或锆合金工件浸入上述锆及锆合金锌锰复合磷化液中磷化处理，以磷酸或氨水调整pH值为1.5～3.5，控制温度为50～90℃，时间1～30分钟；

以上各步骤处理后的物料以去离子水水洗。

本发明取得的有益效果是：采用本发明之磷化工艺，锆合金工件在锌盐和锰盐为主盐的锌锰复合磷化液中处理，在其表面可获得保护性良好、细致均匀的锌锰复合磷化膜。这种转化膜可以起到屏障作用，其稳定性、结合力、耐磨性俱佳，同时实现了锆及锆合金表面处理过程的环境友好化。本发明的锆及锆合金磷化工艺易于控制，工艺稳定，成本低。

附图说明

图1为实施例1的锆合金表面上的锌锰复合磷化膜SEM图片；