[发明专利]在含镁工件上形成改进了耐蚀性的镀层的方法及含镁工件

说明书

本发明涉及一种在镁合金上形成无机镀层的方法和采用这种方法得到的制品。本发明特别涉及一种方法，包括在一化学镀液中、于中性pH时，对由镁合金组成的工件进行预处理，接着在水溶液中对经过预处理的工件进行电解镀层。

镁作为结构材料的应用正在迅速增长。镁通常可和铝、锰、钍、锂、锡、锆、锌、稀土金属或其它合金合金化，从而增加其结构稳定性。这种镁合金常用在要求强度对重量比高的地方。合适的镁合金在高温时也可显示出它在超轻金属中具有最高的强度对重量比。另外，镁和稀土或钍的合金在高达315℃或更高的温度时仍保持显著的强度。结构镁合金的装配可用多种常规方式进行，包括：铆接和栓接、电弧焊和电阻焊、钎焊、低温焊接和粘接。含镁工件用在飞机和宇航工业、军事装备、电子仪器、汽车的车身和零部件、手工工具以及材料加工中。尽管镁及其合金在许多化学物质存在中显示出良好的稳定性，但仍有进一步保护该类金属的需要，特别是在酸性环境中和在盐水条件下。因此，特别在航海应用中，必需提供一层镀层以保护金属不受侵蚀。

许多不同类型镁的镀层已得到发展和使用。最普通的镀层是用作底漆并产生一定防腐蚀作用的化学处理或转化镀层。化学和电化学两种方法用于镁表面的转化。对镁合金的表面处理最普通是用铬酸盐薄膜。这些经水合的、类似凝胶结构的聚铬酸盐薄膜提供了一种良好底漆的表面、但其防腐蚀性有限。

镁合金的阳极化电镀是一种为得到保护镀层的可供选用的电化学法。至少有两种低电压阴极方法，DOW17和HAE在工业上已得到应用。然而，由这些处理方法所提供的耐蚀性是有局限性的。DOW17方法使用重铬酸钾，这是一种有剧毒的并受到严格控制的铬(VI)化合物。虽然在HAE法中阳极镀层的主组分是高锰酸钾，但为了得到良好的耐蚀性，必须把铬酸盐密封胶与这种镀层一起使用。因此上述二种方法中无论哪一种，为了得到所要求的耐蚀性镀层，在整个的过程中必需使用铬(VI)。铬(VI)的使用意味着从这些过程中产生的废水处理是一个重要问题。

新近，已经发展了金属和类似陶瓷的镀层。这些镀层可通过无电方法或电化学法生成。众所周知的是在镀层形成中用化学还原剂来使镍化学沉积在镁和镁合金上。但是，该法也导致产生大量有危害性的受重金属污染的废水，在该废水被排放之前必须进行处理。电化学镀层法可被用于制造金属和非金属镀层。金属镀层法仍面临着产生受重金属污染的废水问题。

已经发展的非金属镀层法部分地克服包括了受重金属污染的废水等问题。Kozak在美国专利No.4,184,926中揭示了一种在镁及其合金上形成抗蚀镀层的两步法。第一步是用氢氟酸在室温下对镁的工件片进行，酸性化学浸洗或处理，以在金属表面形成一层氟-镁层。第二步包括在含有碱金属硅酸盐和碱金属氢氧化物的溶液中对工件片进行电化学镀层。施加于电极的电压150-300伏，并且在电镀槽中的电流密度保持在50-200mA/cm²。虽然本方法的第二步是在不含有氟化物的电化学电镀槽中进行时，但本方法的第一步却是一个直接酸浸洗步骤。本方法的试验表明需要增强耐蚀性和镀层的完整性。

Kozak在美国专利No.4,620,904中揭示了一种用含碱金属硅酸盐、碱金属氧化物和氟化物的电镀液来电镀镁工件的一步法。该电镀液保持温度为5-70℃，pH为12-14。该电化学镀层是在150-400伏的电压下进行的。本方法的试验也表明仍需要增强耐蚀性。

基于已有技术的经验，需要一种对含镁工件进行镀层的方法，该方法产生一种耐蚀性得到提高的均匀镀层。此外，需要一种对装置要求低，并且不产生受重金属污染的废水的更经济的镀层方法。

本发明揭示一种电镀含镁工件的方法。该工件在含有0.2到5体积摩尔浓度氟化铵、pH为5到8、温度从40到100℃的不含硅酸盐的水溶液中被预处理。该预处理步骤清洗了工件，并且在工件表面产生一层基本上连续的含氟化铵薄层，从而形成经过预处理的工件。接着，经过预处理的工件浸渍具有在pH至少为12.5的含水电解液中，该溶液由2到12g/L的水溶性氢氧化物，2到15g/L的氟化物，该氟化物的组分是从氟化物和氟硅酸盐构成的组群中选取，以及5到30g/L的硅酸盐所组成。在由经过预处理的工件所构成的阳极和也与电解溶液接触的阴极之间所产生的电位差至少为100伏，从而产生2到90mA/cm²的电流密度。使用本方法，在含镁的工件上形成含氧化硅的镀层。