[发明专利]镁合金表面无磷无铬转化膜及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，涉及镁合金表面处理，特别是一种镁合金表面无磷无铬转化成膜液及其使用方法。

背景技术

镁合金作为常用轻金属材料，具有密度小、比强度、比刚度高、弹性模量低、铸造和电磁屏蔽性能好，易于回收等优点。镁在地球上的储量极为丰富，其在日常生活及工业领域中正得到了越来越广泛的应用，如镁合金应用于汽车、电子通讯和航空航天领域中，有着“绿色材料”和“机械构造件轻量化的明星”的美誉。但与钢铁、铝相比，镁合金化学性质活泼、化学稳定性低、耐腐蚀性差。因此，镁合金材料通常采用操作简单、经济有效的铬酸盐化学转化法进行处理，形成耐蚀性良好的转化膜层使镁合金防腐性能得到显著提高。

金属表面化学转化处理技术是描述通过移除金属表面自然形成的氧化膜而在其表面通过化学反应生成一个防腐性能更好和与有机涂层结合力更强的新的氧化膜或其它化合物膜层的一个术语。在所有转化膜技术中，铬酸盐化学转化膜由于防腐性能佳、与有机涂层附着性能好和技术经济、方便有效，近百年来一直是工业领域金属表面腐蚀保护处理应用范围最广的技术之一，通常亦作为所有其它转化膜技术的衡量标准。但是，由于全球电子电气产业的迅猛发展和铬酸盐的致癌性,目前在金属表面处理领域中全世界正取消和禁止使用具有百年历史的铬酸盐化学转化处理传统工艺。2011年2月，我国第一个十二五规划——《重金属污染综合防治十二五规划》获得批准。规划中明确规定到2015年，重点区域重点重金属污染排放量比2007年减少15%，非重点区域重点污染物排放量不超过2007年水平，这是国家首次将重金属排放量作为约束性指标。而铬是其中要求控制的五种主要重金属之一。因此，镁合金表面经济有效的新型无铬转化膜处理技术的研究和应用已迫在眉睫。

目前，为了取消镁合金表面铬酸盐化学转化处理工艺，人们提出了各种各样的无铬处理方法，包括磷酸盐、高锰酸盐-磷酸盐、钼酸盐、锡酸盐、稀土、有机化合物转化处理方法等。但是，锡酸盐处理方法存在污染环境、耐蚀性能一般的缺点；磷酸盐处理方法存在水体富营养化、耐蚀性能差的缺点，尤其是国家环境保护“十一五”规划中提出重点发展富营养化污染防治技术和国家环境保护“十二五”规划中的重点区域实施总磷排放总量控制的要求限制了磷化技术的未来应用；高锰酸盐、稀土处理方法存在工艺操作不稳定，有机化合物转化处理方法由于存在耐蚀性能差的缺点而无法应用于工业生产。

中国专利200810126263.1和200810201854.0中分别公开了一种对镁合金表面进行磷化处理的方法，其中专利200810126263.1处理流程包括：活化（35℃~55℃）→调整（55℃~85℃）→化学转化（35℃~55℃）；专利200810201854.0处理流程包括：预脱脂、脱脂（55℃~65℃）→酸洗（45℃~55℃）→碱蚀（80℃~90℃）→化学转化（18℃~60℃）→烘干（120℃），可见，已公布的上述两个专利处理过程除了存在能耗大、处理工艺复杂的缺点外，两个专利转化液都存在废液中含大量磷酸盐不易处置、容易造成水体富营养化的问题。

在中国专利申请（申请号：200810013187.3）公开了一种镁合金表面铈盐处理转化液及其工艺。化学转化溶液以乙醇为溶剂，每升转化液包括：硝酸铈5g～50g、柠檬酸0.1g～5g。该发明采用的镁合金表面处理工艺流程为：除油→酸洗→水洗→干燥→化学转化→水洗→磷酸钠水溶液封闭，磷酸钠重量百分比浓度为1～5％。该处理工艺在常温下即可进行，易于控制，但存在转化反应时间太长（1～2小时），乙醇溶剂转化液成本高、易挥发不安全不利于工业化生产、磷酸钠封闭废液排放引起水体富营养化等缺点。

在另一篇中国专利申请（申请号：201110101851.1）中公开了一种镁锂合金铈盐及钼酸盐-磷酸盐-氟化锆转化膜的制备方法，该方法工艺流程为：在pH值3-4、温度40℃的条件下进行铈盐转化处理10-15min，在镁锂合金表面形成一层稀土转化膜；再浸入钼酸盐-磷酸盐-氟化锆转化溶液中，在pH值3.7-3.8、温度50℃-55℃的条件下进行转化处理12-15min。该申请存在含H₂O₂成分的铈盐转化液不稳定、钼酸盐-磷酸盐-氟化锆转化液含有的磷酸盐可能引起水体富营养化等问题。而且，该方法第二步转化还存在着pH值操作条件要求较高的缺点。