專利名稱：：一種鎂合金材料及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種鎂合金材料及其制備方法。技術背景鎂合金具有密度低、比強度高、減震性好、電磁屏蔽性高、易切削加工、可回收利用等優(yōu)點而在航空、航天、汽車、電子、通訊等行業(yè)有廣泛應用。但鎂及其合金耐腐蝕性差，限制了其應用。為了提高鎂合金材料的耐腐蝕性，通常采用在鎂合金基材表面形成有機涂層或金屬鍍膜的方法，但有機涂層的顆粒感比較重，耐腐蝕性也不夠好；而金屬鍍膜則通常是鉻鍍層，形成鉻鍍層所用的鍍液中由于含有對環(huán)境和人體都有巨大危害的6價鉻及鎳，因此也慢慢退出使用。CN1767735A中公開了一種鎂合金電子裝置外殼及其制備方法，其中，該外殼包括鎂合金基材和覆蓋在鎂合金表面的氮化鋁鈦層。所述外殼的制備方法包括將拋光清洗后的鎂合金基材放入以鋁金屬和鈦金屬為濺射耙材的真空鍍膜室內(nèi)，在氮氣存在下在鋁合金基材表面真空鍍上1微米左右的氮化鋁鈦。由上述方法可以形成具有多種外觀顏色的鎂合金電子裝置外殼，而且由此形成的外殼具有較強的硬度。另外，這種方法還具有清潔無污染、對環(huán)境友好的優(yōu)點。但是，由于鎂合金材料表面尤其是通過壓鑄形成的鎂合金壓鑄件的表面缺陷多、形狀比較復雜，1微米左右的鍍層不足以將鎂合金表面匕的缺陷掩蓋住。雖然可以通過增加鍍層厚度的方式來掩蓋鎂合金表面上的缺陷，但是通過上述方法形成的鍍層與鎂合金基材的附著力較差，而且表面外觀光澤度也很低
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的鎂合金材料的基材與金屬鍍層附著力差、表面光澤度低的缺點，提供一種基材與金屬鍍層附著力強且表面光澤度高的鎂合金材料及其制備方法。本發(fā)明提供了一種鎂合金材料，該材料包括基材和負載在基材上的金屬鍍層，所述基材包括鎂合金底材，其中，所述基材還包括底漆層，所述底漆層位于底材和金屬鍍層之間。本發(fā)明還提供了該鎂合金材料的制備方法，其中，該方法包括在鎂合金底材上形成底漆層，然后再在底漆層上形成金屬鍍層。本發(fā)明所提供的鎂合金材料在鎂合金底材和金屬鍍層之間含有底漆層，使得金屬鍍層對基材的附著力大大加強，并且底漆層能夠有效地把鎂合金表面的缺陷掩蓋住，使所制得的鎂合金材料在60°的入射光角度下，表面的光澤度由101GU提高到523GU，達到鏡面效果。同時，通過在金屬鍍層表面形成面漆層還能進一步保護金屬鍍層，有利于提高鎂合金材料的耐磨性和耐腐蝕性。具體實施方式按照本發(fā)明提供的鎂合金材料，所述底漆層可以是各種底漆層，例如，可以由熱固性底漆涂料或由紫外光固化底漆涂料固化形成的底漆層。由于紫外光固化底漆涂料只需在紫外線照射下即可固化形成紫外光固化底漆層，因此，所述底漆層優(yōu)選為由紫外光固化底漆涂料固化形成的紫外光固化底漆層。所述紫外光固化底漆涂料是指在紫外光照射下可以發(fā)生固化的底漆涂料。形成本發(fā)明底漆層的紫外光固化底漆涂料可以是各種己知的紫外光固化底漆涂料。一般來說，紫外光固化底漆涂料含有主體樹脂、稀釋劑和光引發(fā)劑。其中，以紫外光固化涂料的總量為基準，主體樹脂的含量可以為20-80重量％，優(yōu)選為30-70重量％，稀釋劑的含量可以為10-70重量。％，優(yōu)選為25-65重量％，光引發(fā)劑的含量可以為1-10重量％，優(yōu)選為2-8重量％。所述紫外光固化底漆涂料可以商購得到，也可以通過各種方法制備得到。作為紫外光固化底漆涂料的主體樹脂為本領域技術人員所公知，例如可以是不飽和聚酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和環(huán)氧丙烯酸樹脂中的--種或幾種，優(yōu)選情況下，所述主體樹脂為環(huán)氧丙烯酸樹脂，例如，可以是己二酸環(huán)氧丙烯酸樹脂。所述稀釋劑為本領域技術人員所公知，可以是官能度數(shù)為l-6個的丙烯酸酯單體，例如，可以是丙烯酸己酯、三丙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸丙酯、1，6已二醇二丙烯酸酯(HDDA)、1,6已二醇二甲基二丙烯酸酯(HDDMA)和二丙二醇二丙烯酸酯中的一種或幾種，優(yōu)選為丙烯酸己酯和三丙二醇二丙烯酸酯的混合物，以混合物總量為基準，所述丙烯酸已酯的含量為20-80重量％，所述三丙二醇二丙烯酸酯的含量為20-80重量％。需要說明的是上述官能度數(shù)是指含不和飽和雙鍵的數(shù)目。所述的光引發(fā)劑為本領域技術人員所公知，例如可以是二羥基二甲基一苯基丙酮、安息香雙甲醚(Irgacure651)、1-羥基環(huán)己基苯甲酮(Irgacure184)、2-苯基-2-N-二甲氨基-l-(4-嗎啉苯基)-丁酮(Irgacure369)、2-羥基2、2-甲基-l-苯基丙酮(daroccure1173)、氯代硫雜蒽酮(2-CTX)、乙基硫雜蒽酮(2-ETX)、異丙基硫雜蒽酮(2-ITX)中的一種或幾種，優(yōu)選為二羥基二甲基一苯基丙酮。所述底漆層，特別是，由紫外光固化底漆涂料形成的底漆層對鎂合金底材具有優(yōu)良的附著力，能夠提供后續(xù)金屬鍍層與鎂合金基材良好的結合力，并且能夠有效地把鎂合金表面的缺陷掩蓋住。本發(fā)明提供的鎂合金材料中，所述底漆層的厚度可以為10-35微米，優(yōu)選為10-30微米。本發(fā)明對所述金屬鍍層的種類沒有特別的限制，可以為本領域技術人員所公知的各種金屬鍍層，優(yōu)選為鉻、鋁、錳、金中的一種或含有它們中的2種或3種的合金鍍層。具體可以根據(jù)所需的外觀顏色來選擇所需的金屬鍍層。金屬鍍層的厚度優(yōu)選為0.6-3.0微米，更優(yōu)選為2-3微米。所述鎂合金底材可以是各種含有鎂的合金，例如可以選自AZ91D和/或AM60。優(yōu)選情況下，所述鎂合金材料還可以包括面漆層，所述面漆層可以是各種面漆層，例如，可以是由熱固性面漆涂料或由紫外光固化面漆涂料固化形成的面漆層。由于紫外光固化底漆涂料只需在紫外線照射下即可固化形成紫外光固化底漆層，因此，所述面漆層優(yōu)選為由紫外光固化面漆涂料固化形成的面漆層。一方面，由于面漆層位于金屬鍍層表面，能夠保護金屬鍍層，進一步提高鎂合金材料的耐磨性能；另一方面，由于紫外光固化面漆涂料形成的面漆層對常規(guī)溶劑的耐腐蝕性和抗氧化性較強，因此，通過在金屬鍍層表面形成紫外光固化面漆層還能提高鎂合金材料的耐腐蝕性和抗氧化性。所述紫外光固化面漆涂料的組成為本領域技術人員所公知，所述紫外光固化面漆涂料可以商購得到，也可以通過各種方法制備得到。本發(fā)明所述面漆層的涂料可以與底漆層相同或不同。例如，可以使用華陽公司的UV-9968。所述紫外光固化面漆層的厚度優(yōu)選為10-15微米。優(yōu)選情況下，所述鎂合金材料還可以包括化學轉(zhuǎn)化膜層，所述化學轉(zhuǎn)化膜層在鎂合金底材和紫外光固化底漆層之間，能進一步增強紫外光固化底漆層的附著力，并且該化學轉(zhuǎn)化膜層還能起到保護鎂合金底材不被腐蝕和氧化的作用。所述化學轉(zhuǎn)化膜層可以是現(xiàn)有技術中的各種化學轉(zhuǎn)化膜層，本發(fā)明具體實施例中優(yōu)選化學轉(zhuǎn)化膜層為非鉻系的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜層。所述非鉻系的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜層可以由現(xiàn)有技術中的各種方法得到，例如，可以為JASCO公司生產(chǎn)的商品型號為PZ-610A、PZ-610B、PZ-610C的皮膜液以130-170:1:2-5混合，并以M3-410為活化劑，以MD-420為調(diào)整劑得到的混合物在對鎂合金底材上形成的膜層，膜層厚度優(yōu)選為0.1-0.3微米。針對表面缺陷比較嚴重的鎂合金底材，例如表面有縮孔和輕微縮水，則本發(fā)明進一步優(yōu)選，所述鎂合金材料還包括在所述化學轉(zhuǎn)化膜層和紫外光固化底漆層之間加入補土劑，以獲得平整的紫外光固化底漆層。所述補土劑可以是鎂合金材料領域常規(guī)使用的各種補土劑，例如，所述補土劑可以為DEVCON公司生產(chǎn)的補土劑。該補土劑不僅能有效改善鎂合金底材表面不平整的缺陷，而且還能進一步提高金屬鍍層附著力和光澤度。本發(fā)明提供的鎂合金材料的制備方法包括在鎂合金底材上形成底漆層，然后再在底漆層上形成金屬鍍層。所述底漆層可以采用常規(guī)的方法，如在底材上涂覆形成底漆層的涂料，然后使涂料固化。以紫外光固化涂料形成的底漆層為例，底漆層形成的方法包括將形成紫外光固化底漆層的紫外光固化底漆涂料負載到鎂合金底材上，然后將負載的紫外光固化底漆涂料進行固化?？梢圆捎矛F(xiàn)有技術中的各種方法將紫外光固化底漆涂料負載到鎂合金底材上，例如，可以采用噴涂法。負載的量使紫外光固化底漆層的厚度為10-30微米?？梢圆捎酶鞣N方法將紫外光固化底漆涂料進行固化，例如，可以采用紫外光源如高壓水銀燈、弧光燈、氙光燈、熒光燈對負載有紫外光固化底漆涂料的鎂合金材料表面進行照射的方法，紫外光的光強和照射時間以及紫外光與鎂合金材料的照射距離使紫外底漆固化涂料固化形成紫外光固化底漆層。一般地說，紫外光的光強越強，照射距離越近，紫外光固化底漆層的厚度越小，則使紫外光固化涂料固化所需的照射時間越短；反之照射時間就長。本發(fā)明優(yōu)選使用常規(guī)使用的高壓水銀燈，燈光波長為300-400納米，優(yōu)選為330-380納米；選擇照射距離為l-10厘米，優(yōu)選為4-6厘米；光強為50-150毫瓦/平方厘米，優(yōu)選為80-120毫瓦/平方厘米；照射時間為10-30分鐘，優(yōu)選為15-25分鐘。在上述條件下，可以使厚度為10-30微米的紫外光固化底漆層固化。本發(fā)明可以采用物理氣象沉積法(PVD)例如電子束蒸發(fā)鍍、磁控濺射鍍或離子鍍法形成所述金屬鍍層。上述方法的具體操作和條件已為本領域技術人員所公知。例如磁控濺射鍍的條件可以為本底真空度為2.0X10—4兆帕、濺射速度為8000-10000埃/分鐘、基片溫度為180-230°C、靶基距離為5-10厘米、陽極電壓為300-600伏特、電流為10-15安培、濺射真空度為0.13-1.3帕斯卡、濺射角為5-8°、濺射時間為5分鐘/片。本發(fā)明形成所述紫外光固化面漆層的方法也包括將形成紫外光固化面漆層的紫外光固化面漆涂料負載到金屬鍍層上，然后將負載的紫外光固化面漆涂料進行固化。紫外光固化面漆層的負載方法和干燥方法與形成紫外光固化底漆層相同。所述形成化學轉(zhuǎn)化膜層可以采用常規(guī)的方法，例如可以將鎂合金底材浸泡在JASCO公司生產(chǎn)的商品型號為PZ-610A、PZ-610B、PZ-610C的皮膜液以130-170:1:2-5混合，并以M3-410為活化劑，以MD-420為調(diào)整劑得到的混合物中進行化成，化成溫度優(yōu)選為40-6(TC，時間為30秒-l分鐘，化成后用清水洗凈，取出，在130-170'C下烘烤15-30分鐘。為了獲得包括補土劑的鎂合金材料，在所述化學轉(zhuǎn)化膜層和紫外光固化底漆層之間加入補土劑，以獲得平整的紫外光固化底漆層。所述填充補土劑進行平面修整的方法己為本領域技術人員所公知。優(yōu)選情況下，本發(fā)明提供的方法還包括對鎂合金基材進行打磨、拋光、脫脂、堿洗。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，本發(fā)明提供的鎂合金材料的制備方法依次包括①對鎂合僉底材進行打磨、拋光、脫脂、堿冼；②披覆化學轉(zhuǎn)化膜層；③填充人工補土劑；④形成紫外光固化底漆層；⑤形成物理氣象沉積金屬鍍層；⑥形成紫外光固化面漆層。下面的實施例將對本發(fā)明作進一步的說明。其中，鎂合金底材選用尺寸為80毫米X50毫米X2毫米的AZ91D(南京云海特種金屬有限公司)壓鑄鎂合金制品。實施例1本實施例用于說明本發(fā)明提供的鎂合金材料。(1)將鎂合金基材進行打磨、拋光、脫脂、堿洗。采用人工打磨的方法對鎂合金底材進行打磨，去掉鎂合金底材多余料頭和毛刺，再用砂紙進行拋光，直到用1200目的砂紙打磨平滑即可，然后用丙酮作為脫脂溶劑對經(jīng)過打磨、拋光后的鎂合金基材進行清洗，反復2次。脫脂完畢后采用含30克/升的氫氧化鈉、40克/升的磷酸鈉、20克/升的硅酸鈉的堿性溶液對鎂合金底材進行清洗。清洗的溫度為85°C，清洗的時間為IO分鐘。(2)形成化學轉(zhuǎn)化膜層將JASCO公司生產(chǎn)的皮膜液161克PZ-610A、1克PZ-610B、3.5克PZ-610C、15克活化劑M3-410和30克調(diào)整劑MD-420混合均勻，然后將上述(1)得到的鎂合金底材在上述混合物中進行化成，化成的溫度為6(TC，時間為30秒，化成后用清水洗凈，取出，在15(TC下烘烤25分鐘。得到的化學轉(zhuǎn)化膜層厚度為2微米的基材。(3)修整平面用DEVCON公司生產(chǎn)的補土劑20克修補鎂合金上的縮孔和輕微縮水，在13(TC的烤爐中烘烤25分鐘，使其固化，然后用1200#或1500#的砂紙進行打磨。本工序后再重復工序(2)。(4)形成紫外光固化底漆層將30重量份己二酸環(huán)氧丙烯酸樹脂、25重量份丙烯酸己脂、40重量份三丙二醇二丙烯酸酯和5重量份二羥基二甲基一苯基丙酮混合均勻，得到紫外光固化底漆涂料。然后將該底漆涂料用輥涂法負載到上述步驟(2)得到的基材的具有化學轉(zhuǎn)化膜層的表面上，然后用紫外光波長為365納米的高壓水銀燈進行照射，燈與基材的距離為5厘米，光強為100毫瓦/平方厘米，照射時間為25分鐘，得到紫外光固化底漆層厚度為25微米的基材。(5)形成金屬鍍層采用磁控濺射設備在上述(3)得到的紫外光固化底漆層上形成金屬鍍層，磁控濺射設的工藝參數(shù)如下本底真空度2.0><10—4兆帕以下；濺射速度10000埃/分鐘；基片溫度200°C;靶基距離8厘米；陰極和陽極之間的電壓400伏特；電流12安培；濺射真空度0.5帕斯卡；濺射角5°;濺射時間5分鐘/片；靶材為鉻。得到的金屬鍍層厚度為2.0微米。(6)形成紫外光固化面漆層使用華陽公司的UV-9968涂料作為紫外光固化面漆涂料。然后將該面漆涂料用輥涂法負載到上述(5)得到的金屬鍍層上，然后用紫外光波長為365納米的高壓水銀燈進行照射，燈距為5厘米，光強為100毫瓦/平方厘米，照射時間為25分鐘，得到的紫外光固化面漆層厚度為12微米。通過上述步驟最終得到鎂合金材料Al。實施例2本實施例用于說明本發(fā)明提供的鎂合金材料。按照實施例1中所述的方法制備鎂合金材料，不同的是，紫外光固化底漆涂料由60重量份已二酸環(huán)氧丙烯酸樹脂、12重量份丙烯酸己脂、26重量份三丙二醇二丙烯酸酯和2重量份二羥基二甲基一苯基丙酮混合得到，得到的鎂合金材料為A2，其中紫外光固化底漆層的厚度為IO微米。實施例3本實施例用于說明本發(fā)明提供的鎂合金材料。按照實施例1中所述的方法制備鎂合金材料，不同的是，紫外光固化底漆涂料由45重量份已二酸環(huán)氧丙烯酸樹脂、18重量份丙烯酸已脂、34重量份三丙二醇二丙烯酸酯和8重量份二羥基二甲基一苯基丙酮混合得到，紫外光固化底漆層的厚度為15微米。得到的鎂合金材料為A3。實施例4本實施例用于說明本發(fā)明提供的鎂合金材料。按照實施例1中所述的方法制備鎂合金材料，不同的是，形成金屬鍍層用的靶材為鋁，得到金屬鍍層的厚度為3.0微米的鎂合金材料A4。實施例5本實施例用于說明本發(fā)明提供的鎂合金材料。按照實施例1中所述的方法制備鎂合金材料，不同的是，在對鎂合金底材進行堿洗后直接在鎂合金底材上形成紫外光固化底漆層，得到鎂合金材料A5。實施例6本實施例用于說明本發(fā)明提供的鎂合金材料。按照實施例1中所述的方法制備鎂合金材料，不同的是，在對鎂合金底材進行堿洗后直接在鎂合金底材上形成紫外光固化底漆層，并且略去形成紫外光固化面漆層的步驟。通過上述步驟最終得到鎂合全材料A6。對比例1該對比例用于說明現(xiàn)有技術的鎂合金材料。按照實施例1中所述的方法制備鎂合金材料，不同的是，在對鎂合金底材進行堿洗后直接在鎂合金底材上形成金屬鍍層，得到鎂合金材料Bl。實施例7-12下面的實施例用于說明本發(fā)明提供的鎂合金材料的性能。按照下述方法分別對實施例1-6得到的鎂合金材料Al-A6進行RCA紙帶耐磨測試、附著力測試、鉛筆硬度測試、鹽霧測試和光亮度測試，結果如表1所示c(1)RCA紙帶耐磨測試使用型號為F350008的RCA紙帶耐磨儀，在175克力下磨擦鎂合金材料，鎂合金材料表面露出底體材料時，記錄橡膠輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)；(2)附著力測試(ASTMD3359-93)儀器百格刀L500001;檢驗方法ASTMD3359，間距1毫米，拉起角度90。，膠帶3M600(3)鉛筆硬度測試(ASTMD3363-74)儀器鉛筆硬度計F130027檢驗方法ASTMD3363，負荷750克，鉛筆三菱UNI(4)鹽霧測試將鎂合金材料樣品置于鹽霧箱內(nèi)，在35r下用5±0.5重量％的氯化鈉鹽水噴涂樣品8小時后，取出并置于另外一個溫度為22.5°C、相對濕度為47.3y。RH的恒溫恒濕箱中，放置8小時后，觀察樣品，記錄樣品表面的腐蝕面積占鍍層總面積的百分含量(有化學轉(zhuǎn)化膜層的情況下，按金屬鍍層計算)。(5)光亮度測試采用的儀器為鏡面多角度光澤儀(德國BYK公司出品)。在60°的入射光角度下測定其光澤度。對比例2該對比例用于說明由對比例1制得的鎂合金材料的性能。按照實施例7所述的方法測定由對比例1制得的鎂合金材料B1的性能，結果如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>從表1可以看出，實施例1-6得到的鎂合金材料的RCA紙帶耐磨性、附著力、鉛筆硬度和耐鹽霧腐蝕性均超過允收標準，而且均優(yōu)于由對比例1得到的鎂合金材料。另外，與對比例l相比，實施例l-6得到的鎂合金材料表面具有明顯的光澤度。權利要求1、一種鎂合金材料，該材料包括基材和負載在基材上的金屬鍍層，所述基材包括鎂合金底材，其特征在于，所述基材還包括底漆層，所述底漆層位于鎂合金底材和金屬鍍層之間。2、根據(jù)權利要求1所述的材料，其中，所述底漆層為紫外光固化底漆層。3、根據(jù)權利要求2所述的材料，其中，所述紫外光固化底漆層由紫外光固化底漆涂料固化形成。4、根據(jù)權利要求K2或3所述的材料，其中，所述底漆層的厚度為10-35微米。5、根據(jù)權利要求1所述的材料，其中，所述金屬鍍層為鉻、鋁、錳、金中的一種或含有它們中的2種或3種的合金的鍍層，鍍層的厚度為0.6-3.0微米。6、根據(jù)權利要求1所述的材料，其中，該材料還包括面漆層，所述面漆層位于金屬鍍層之上，面漆層的厚度為10-15微米。7、根據(jù)權利要求6所述的材料，其中，所述面漆層由紫外光固化面漆涂料固化形成。8、根據(jù)權利要求1所述的材料，其中，該材料還包括化學轉(zhuǎn)化膜層，所述化學轉(zhuǎn)化膜層在鎂合金底材和底漆層之間，厚度為2-3微米。9、權利要求1所述鎂合金材料的制備方法，其特征在于，該方法包括在鎂合金底材上形成底漆層，然后再在底漆層上形成金屬鍍層。10、根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，所述底漆層為紫外光固化底漆層，由紫外光固化涂料固化形成，所述底漆層的厚度為10-35微米。11、根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，該方法還包括在形成底漆層之前，形成一層厚度為2-3微米化學轉(zhuǎn)化膜。12、根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，該方法還包括在金屬鍍層表面形成一層厚度為10-15微米的面漆層，所述面漆層由紫外光固化涂料固化形成。全文摘要一種鎂合金材料，該材料包括基材和負載在基材上的金屬鍍層，所述基材包括鎂合金底材，其中，所述基材還包括底漆層，所述底漆層位于底材和金屬鍍層之間。本發(fā)明所提供的鎂合金材料在底材和金屬鍍層之間含有底漆層，使得金屬鍍層對基材的附著力大大加強，并且底漆層能夠有效地把鎂合金表面的缺陷掩蓋住，使所制得的鎂合金材料在60°的入射光角度下，表面的光澤度由101GU提高到523GU，達到鏡面效果。文檔編號C23C28/00GK101153394SQ20061015224公開日2008年4月2日申請日期2006年9月25日優(yōu)先權日2006年9月25日發(fā)明者郭振華申請人:比亞迪股份有限公司