專利名稱：：鎂及鎂合金的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種表面處理方法，特別涉及一種鎂及鎂合金的表面處理方法。
背景技術(shù)：
：鎂是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有很多優(yōu)異的性能,被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的綠色結(jié)構(gòu)材料；但^美的耐腐蝕性較差，成為其應(yīng)用的最大障礙，是各國(guó)研究的重點(diǎn)和攻克的難關(guān)。當(dāng)前主要從鎂合金中添加合金元素及表面改性等方面進(jìn)行研究。到目前為止，主要釆用表面防護(hù)法，以提高4美合金表面的耐腐蝕性，如化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、微弧氧化、陽(yáng)極氧化處理、各種有機(jī)涂層、鍍層等。但由于上述的鎂合金表面防護(hù)法形成的保護(hù)層存在耐蝕效果差，或形成過(guò)程采用了有毒試劑，污染環(huán)境，或者設(shè)備要求高等問(wèn)題，因此這些鎂合金表面處理的方法尚不理想。另外，由于鎂及其合金有較好的生物相容性和力學(xué)相容性，鎂基材料也具有用于生物材料領(lǐng)域的前景，使得鎂作為生物材料領(lǐng)域的研究成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)，由于用于生物材料的鎂及其合金的耐蝕性要求更高，而且目前已有的鎂合金耐蝕性的表面處理方法，尚不能滿足生物材料的生物相容性的要求。自組裝單分子膜是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型有機(jī)超薄膜技術(shù)，有機(jī)物分子在溶液中通過(guò)化學(xué)鍵自發(fā)地吸附在固體表面上，形成的緊密排列的有序單分子膜，熱力學(xué)穩(wěn)定、制作方便簡(jiǎn)單。雖然在Au、Ag、Cu、Fe、Al等金屬表面的自組裝膜有一定的研究，但在鎂合金表面的有機(jī)自組裝膜研究較少，目前所報(bào)道的自組裝膜均采用低濃度溶液、長(zhǎng)時(shí)間處理的工藝，不利于工業(yè)生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種鎂及鎂合金表面處理的方法，它能提高鎂合金的耐蝕性能，降低材料的腐蝕速率，不采用對(duì)人體有害物質(zhì)，具有良好的生物相容性，生產(chǎn)過(guò)程筒單，成本低，不會(huì)污染環(huán)境。本發(fā)明所述鎂及鎂合金的表面處理方法，有以下步驟A.打磨清洗鎂及鎂合金材料表面，經(jīng)丙酮超聲清洗，水洗后，在無(wú)水乙醇中超聲清洗510分鐘；B.將經(jīng)步驟A處理后的鎂及4美合金材料加熱到500~510°C,保溫時(shí)間9~ll小時(shí)，隨爐緩慢冷卻；C.將步驟B處理后的鎂及鎂合金材料，依次在蒸餾水、無(wú)水乙醇中各超聲清洗5-10分鐘；D.清洗后的鎂及4美合金材料浸泡到溶液溫度為35~40。C的0.3~0.5mol/L硬脂酸乙醇溶液中，浸泡時(shí)間為1.5~2h,;E.取出上述鎂及鎂合金材料，在無(wú)水乙醇中超聲清洗1.52分鐘，即在材料表面形成耐腐蝕表面層。本發(fā)明所述方法適用的鎂合金材料為變形鎂合金和壓鑄鎂合金。本發(fā)明有以下特點(diǎn)1.生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，不需要特殊的設(shè)備，有生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。2.能明顯提高鎂合金的耐腐蝕性能。本發(fā)明通過(guò)熱處理進(jìn)行預(yù)處理，在材料表面得到致密的氧化鎂膜層，其氧化鎂膜層與硬脂酸形成結(jié)合力強(qiáng)、均勻致密的硬脂酸自組裝膜，有效地控制了鎂合金的腐蝕速度。腐蝕電流密度測(cè)試和腐蝕液中鎂離子濃度測(cè)試結(jié)果均顯示，經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理的材料耐蝕性比未采用本發(fā)明方法處理的材料明顯提高。3.傳統(tǒng)的鎂合金表面處理方法，前期需要采用石威洗、酸洗等處理，以去除鎂合金表面的氧化層以活化表面，由于鎂合金十分活潑，在干燥過(guò)程中難免再次氧化，而影響后續(xù)的防護(hù)效果。本發(fā)明所述方法解決了由于鎂的活潑性質(zhì)形成的氧化膜層對(duì)下一步工藝影響的問(wèn)題，可以保證氧化層與硬脂酸的結(jié)合力。4.本方法釆用高濃度有機(jī)溶液，在短時(shí)間內(nèi)浸泡后再經(jīng)超聲清洗得到的有機(jī)膜層，其耐蝕性超過(guò)傳統(tǒng)采用的稀溶液長(zhǎng)時(shí)間處理的自組裝膜工藝。5.不論工件形狀如何，采用本發(fā)明方法均可在工件的表面獲得耐蝕性優(yōu)良的均勻、致密的表面層，由于工件表面形成的保護(hù)膜層極薄，不會(huì)影響零部件的表面尺寸。6.本發(fā)明所述方法工件表面的保護(hù)層無(wú)毒，利于環(huán)保，且具有良好的生物相容性，適合用于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的鎂基材料。圖1為純鎂表面有機(jī)膜的掃描電子顯微鏡照片。圖2為純鎂表面有機(jī)膜的傅立葉紅外光譜曲線。具體實(shí)施方式實(shí)施例1取99.99%純4美按照本發(fā)明方法進(jìn)行硬脂酸的表面處理A.機(jī)械除污和清洗噴砂或用砂紙打磨后對(duì)金屬鎂清洗，用丙酮超聲清洗IO分鐘，經(jīng)水洗后在無(wú)水乙醇中超聲清洗10分鐘，以上清洗均在室溫下進(jìn)行；B.熱處理將上述金屬4美加熱至500°C,^隊(duì)溫時(shí)間10小時(shí)，隨爐緩'l"曼冷卻至室溫；C.清洗熱處理后的試樣，依次在蒸餾水、無(wú)水乙醇中分別超聲清洗10分鐘，以上清洗均在室溫下進(jìn)行；D.浸膜在37。C的水浴溫度下，浸膜處理2h,在金屬鎂表面得到有機(jī)膜層，其中浸液濃度為0.5mol硬脂酸溶液，硬脂酸溶液的溶劑為無(wú)水乙醇。E.超聲清洗將浸膜后的金屬鎂在無(wú)水乙醇中超聲清洗2分鐘，取出后自然風(fēng)干，即可在金屬4美表面得到本發(fā)明所述的耐蝕有機(jī)膜層。實(shí)施例2與實(shí)施例1不同的是,取MgO.88Ca合金進(jìn)行表面處理，浸膜的浸液為0.4mo1硬脂酸乙醇溶液，4美合金的浸膜處理時(shí)間1.5小時(shí)。將經(jīng)過(guò)上述方法處理的鎂及鎂合金材料分別進(jìn)行以下性能實(shí)驗(yàn)1.掃描電鏡及表面紅外光譜分析如圖1、圖2所示，鎂合金經(jīng)過(guò)本發(fā)明所述工藝處理后，表面形成了極薄的膜，且硬脂酸與表層氧化鎂形成化學(xué)鍵合。2.腐蝕性能測(cè)試將未經(jīng)本發(fā)明方法處理和用本發(fā)明方法處理的純鎂、鎂鈣合金分別浸泡在SBF溶液中，溶液溫度保持37。C士0.5,SBF溶液的離子組成<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>通過(guò)對(duì)浸泡純鎂、鎂鉤合金的SBF溶液中Mg2+離子濃度的測(cè)試，反映出純鎂、鎂鈣合金的腐蝕速度，測(cè)試結(jié)果如表2所示表2SBF中的鎂離子濃度計(jì)算試樣的腐蝕速率(mg/(cm2.(1))^5^度未處理純Mg有機(jī)處理純MgMg-0.88CaAft，。，時(shí)間^\Mg-0.88Cald0.140.050.20.183d0.0850.030.430.167d0.06250.021.2950.15從表2可以看到，采用本發(fā)明方法處理的純鎂和鎂合金的腐蝕速度相對(duì)未采用本發(fā)明方法處理純鎂和鎂合金明顯降低。1電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)將未經(jīng)本發(fā)明方法處理和采用本發(fā)明方法處理的純鎂、鎂4丐合金浸泡在SBF溶液中，通過(guò)極化曲線測(cè)試其電化學(xué)腐蝕速率，結(jié)果表明，采用本發(fā)明方法處理的4美和鎂合金的腐蝕電流密度為0.019mA/cm2，0.032mA/cm^未處理采用本發(fā)明方法處理的鎂和鎂合金分別為0.0976mA/cm2，0.155mA/cm2。結(jié)論經(jīng)過(guò)本發(fā)明所述工藝處理的鎂合金，在表面形成硬脂酸鎂有機(jī)膜，該膜細(xì)致緊密，有較好的防腐蝕效果。本發(fā)明所述工藝沒(méi)有毒性和污染，工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。權(quán)利要求1.一種鎂及鎂合金的表面處理方法，其特征在于有以下步驟全文摘要本發(fā)明涉及一種鎂及鎂合金的有機(jī)表面處理方法。有以下步驟打磨清洗鎂及鎂合金材料表面，經(jīng)丙酮超聲清洗，水洗，在無(wú)水乙醇中超聲清洗5～10分鐘；加熱到500～510℃下熱處理，保溫時(shí)間9～11小時(shí)，隨爐緩慢冷卻；依次在蒸餾水、無(wú)水乙醇中用超聲清洗5～10分鐘；隨后浸泡到溶液溫度為35～40℃的0.3～0.5mol/L硬脂酸乙醇溶液中，浸泡時(shí)間為1.5～2h；取出，在無(wú)水乙醇中超聲清洗1.5～2分鐘，即在材料表面形成耐腐蝕表面層。本發(fā)明方法能提高鎂合金的耐蝕性能，降低材料的腐蝕速率，不采用對(duì)人體有害物質(zhì)，具有良好的生物相容性，生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，不會(huì)污染環(huán)境。文檔編號(hào)C23C22/70GK101445924SQ20081023729公開(kāi)日2009年6月3日申請(qǐng)日期2008年12月30日優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日發(fā)明者喬麗英,勇王,高家誠(chéng)申請(qǐng)人:重慶大學(xué)