專利名稱：鎂合金材料、以及鎂合金材料的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金材料、以及鎂合金材料的表面處理方法。具體而言，本發(fā)明涉及鎂合金材料，所述鎂合金材料在其表面形成結(jié)晶度高的Dittmarite等的含磷酸鹽物質(zhì)，然 后通過使用磷酸氫二銨等進行蒸汽養(yǎng)護，使Dittmarite等的含磷酸鹽鎂與氫氧化鎂復(fù)合 化，而形成堅固的外覆膜。本發(fā)明還涉及鎂合金材料的表面處理方法，所述表面處理方法是 在鎂合金材料的表面形成結(jié)晶度高的Dittmarite等的含磷酸鹽物質(zhì)，然后通過使用磷酸 氫二銨等進行蒸汽養(yǎng)護，使Dittmarite等的含磷酸鹽鎂與氫氧化鎂復(fù)合化，而形成堅固的 外覆膜。
背景技術(shù)：
一般來講，屬于基本金屬(base metal)的鎂，是活性非常高的金屬。因此，以鎂為 主成分的鎂合金材料，存在著表面容易發(fā)生氧化而被腐蝕的缺點。因此，有必要提高鎂合金 材料的耐腐蝕性。作為提高鎂合金材料耐腐蝕性的方法，例如有在鎂合金的表面直接涂布涂料(例 如丙烯酸類等的有機樹脂涂料)的方法。但是，向鎂合金材料上直接涂布涂料，鎂合金材料 的表面還是會發(fā)生氧化。氧化使得鎂合金材料與涂料層之間的緊密性下降，涂料層容易剝落。因此，作為向鎂合金材料表面涂布涂料之前的準(zhǔn)備階段，對鎂合金材料預(yù)先進行 表面處理，來提高鎂合金材料與涂料層之間的緊密型。在這里，作為鎂合金材料的表面處理方法，例如在專利文獻1中，公開了“能夠低 成本地形成耐腐蝕性高的外覆膜的鎂基材表面處理方法，具體來講是將鎂或鎂合金所構(gòu)成 的鎂基材，在加濕環(huán)境中進行加熱處理，在其表面形成氧化鎂外覆膜的鎂基材表面處理方 法”。在專利文獻2中，公開了 “不引起環(huán)境問題并可以低成本地對鎂或鎂合金制品進 行表面處理的方法，具體來講是將鎂或鎂合金制品，在含有磷酸氫二胺的處理液中進行處 理的鎂或鎂合金制品的表面處理方法”。而且，該技術(shù)中“經(jīng)該處理液對鎂或鎂的合金制品 進行表面處理，是通過使處理液與其表面相接觸，例如將制品浸泡在處理液中，或?qū)⑻幚硪?噴霧于制品上來進行的”。在專利文獻3中，公開了 “不使用有害的鉻酸鹽而制造具有耐腐蝕性高的鎂材料 或鎂合金材料的表面處理方法，具體來講是使用中性溶液或者堿性溶液作為處理液，在鎂 材料或鎂合金材料的表面以化學(xué)方法或電化學(xué)方法形成氧化外覆膜后，在高壓蒸汽氛圍中 對鎂材料或鎂合金材料進行處理的表面處理方法”。并且，文獻中指出，“該蒸汽處理，是為 了提高具有氧化外覆膜的被處理物質(zhì)表面的耐腐蝕性而進行的”。在專利文獻4中，公開了 “低成本且對人體無害的鑄件的表面處理方法，具體來 講是為了提供與防腐蝕層具有良好緊密性并且其本身也具有耐腐蝕性的表面處理外覆膜 的鑄件，將使用鎂或鎂合金等鑄造而成的鑄件，在磷酸鹽等的水溶液中進行加熱、加壓處理，從而對所述鑄件進行表面處理的鑄件表面處理方法”。并且，“作為磷酸鹽，有偏磷酸 (metaphosphate)、焦磷酸(pyrophosphate)、磷酸、三磷酸、四磷酸等的堿金屬鹽、銨鹽以及 胺鹽等的化合物”。在專利文獻5中，公開了 “不使用藥品，并且生產(chǎn)效率高的鎂材料和鎂合金材料的 表面處理方法，具體來講包括在鎂金屬或鎂合金材料的表面進行濕式鼓風(fēng)(blast)處理的 鼓風(fēng)處理步驟，和在該鼓風(fēng)處理步驟后將所述鎂材料或鎂合金材料在相對濕度80%以上條 件下，進行加熱處理的水蒸汽處理步驟”。并且，“濕式鼓風(fēng)處理，指的是將切削材料(鼓風(fēng) 材料)與水的混合物噴射到被處理物質(zhì)表面的處理”。(專利文獻1)日本國專利申請公開特開2006-28539號公報(2006年2月2日公開)(專利文獻2) 日本國專利申請公開特開平11-29874號公報(1999年2月2日公開)(專利文獻3)日本國專利申請公開特開2000-64057號公報(2000年2月29日公開)(專利文獻4)日本國專利申請公開特開2002-322567號公報(2002年11月8日公開)(專利文獻5)日本國專利申請公開特開2005-54238號公報(2005年3月3日公開)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在專利文獻2、4中公開的鎂合金材料的表面處理方法中，使用了磷酸鹽溶 液，因此在表面處理后，溶液中混有不純物質(zhì)。由此，存在著表面處理后的溶液難于反復(fù)使 用，使得成本變高，并且步驟變多的問題。此外，在專利文獻1、3、5中公開的鎂合金材料的表面處理方法中，使用蒸汽進行 表面處理，但只是使鎂合金材料與蒸汽接觸，除此之外還需要脫脂處理和涂裝、鼓風(fēng)處理等 的多個處理步驟，因此存在著表面處理效率不好的問題。此外，通常使用的采用陽極氧化法進行鎂合金材料表面處理的方法中，陽極氧化 是在溶液中通電進行的，因此存在著鎂合金材料表面的外覆膜變厚時需要高電壓，因此表 面處理裝置大型化的問題點。此外，在陽極氧化法中，只是在鎂合金材料表面覆蓋外覆膜， 當(dāng)鎂合金材料彎曲時，會發(fā)生鎂合金材料表面的外覆膜產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。其結(jié)果，采用陽極 氧化法形成了外覆膜的鎂合金材料，存在著實用化困難等的問題點。本發(fā)明是針對與所述現(xiàn)有技術(shù)的問題點而進行的，其目的在于提供具有良好耐腐 蝕性、耐撞擊性等特性的鎂合金材料，以及制造具有良好耐腐蝕性、耐撞擊性等特性的鎂合 金材料所用的鎂合金材料的表面處理方法。本發(fā)明中的鎂合金材料，為了解決所述課題，其特征在于含有含磷酸鹽鎂 (Dittmarit等)和氫氧化鎂的復(fù)合體，所述復(fù)合體是使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、以及磷 酸三銨中的至少一種化合物，以及水，對鎂合金材料進行蒸汽養(yǎng)護而形成的。通過所述發(fā)明，本發(fā)明的鎂合金材料，是使用選自磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸 三銨中的至少一種化合物，和水，對鎂合金材料進行蒸汽養(yǎng)護的，因此在鎂合金材料的表面形成含磷酸鹽鎂(Dittmarit等)與氫氧化鎂復(fù)合體的外覆膜。而且，氫氧化鎂的溶解度非常小，因此氫氧化鎂的外覆膜非常堅固。而且，本發(fā)明的鎂合金材料是經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護的，磷 酸氫二銨等的化合物，能夠在氣相中以非常小的分子狀態(tài)進行反應(yīng)。由此，鎂合金材料和磷 酸氫二銨等的化合物的反應(yīng)效率提高，磷酸氫二銨等的非常小的顆粒，在鎂合金材料的表 面形成堅固的外覆膜。其結(jié)果，本發(fā)明的鎂合金材料，具有良好的耐腐蝕性和耐撞擊性。此外，本發(fā)明中的鎂合金材料，所述含有含磷酸鹽鎂(Dittmarite等)與氫氧化鎂 的復(fù)合體的外覆膜的膜厚，優(yōu)選為以在10 μ m以上且150 μ m以下的范圍內(nèi)。由此，本發(fā)明的鎂合金材料中，該鎂合金材料表面的，所述含有Dittmarite等的 含磷酸鹽鎂與氫氧化鎂的復(fù)合體的外覆膜的膜厚，在15 μ m以上且150 μ m以下范圍內(nèi)，是 具有致密結(jié)構(gòu)的材料。其結(jié)果，本發(fā)明的鎂合金材料，能夠高效率地使用。所述鎂合金材 料表面上的所述含有Dittmarite等的含磷酸鹽鎂與氫氧化鎂的復(fù)合體的外覆膜的膜厚在 10 μ m以下時，外覆膜的缺欠部分因為被侵蝕而擴大，因此即使有微小的傷痕也會從那里開 始被侵蝕。另一方面，在所述鎂合金表面上，所述含有Dittmarite等含磷酸鹽鎂與氫氧化 鎂的復(fù)合體的外覆膜的膜厚在150 μ m以上時，熱沖擊和應(yīng)力等會使外覆膜產(chǎn)生裂紋，或產(chǎn) 生剝落。此外，本發(fā)明中的鎂合金材料，形狀復(fù)雜，具有大型部件，優(yōu)選為進行大量處理。此外，本發(fā)明中的鎂合金材料，優(yōu)選在80°C以上且180°C以下的溫度范圍內(nèi)進行 蒸汽養(yǎng)護而形成。由此，蒸汽養(yǎng)護得以在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M行，本發(fā)明的鎂合金材料，變得更具有良好 的耐腐蝕性和耐撞擊性等。本發(fā)明中鎂合金材料的表面處理方法，是為了解決所述課題，其特征在于使用磷 酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨之中的至少一種化合物，和水，在80°C以上且180°C以下 范圍內(nèi)對鎂合金材料進行蒸汽養(yǎng)護。根據(jù)所述發(fā)明，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，是在80°C以上且180°C以 下的范圍內(nèi)進行蒸汽養(yǎng)護的，因此可以確保是在適合的溫度下進行養(yǎng)護的。此外，本發(fā)明的 鎂合金材料的表面處理方法，是將鎂合金材料，使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨中 的至少一種化合物，和水來進行蒸汽養(yǎng)護的，因此在鎂合金表面上形成Dittmarite等含磷 酸鹽鎂與氫氧化鎂復(fù)合而成的外覆膜。并且，氫氧化鎂的溶解度非常小，因此Dittmarite 等含磷酸鹽鎂和氫氧化鎂復(fù)合而形成的外覆膜非常堅固。此外，本發(fā)明中鎂合金材料的表面處理方法，是經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護的，因此磷酸氫二銨 等的化合物，在氣相中能夠以非常小的分子狀態(tài)進行反應(yīng)。由此，鎂合金材料和磷酸氫二銨 等的化合物的反應(yīng)效率得到提高，磷酸氫二銨等的非常小的顆粒在鎂合金材料的表面形成 堅固的外覆膜。其結(jié)果，由本發(fā)明的鎂合金材料表面的處理方法，能夠制造出具有良好耐腐蝕性 和耐撞擊性等特性的鎂合金材料。特別是，通常采用的通過陽極氧化法進行的鎂合金材料的表面處理方法中，陽極 氧化是通過將鎂合金材料浸泡在溶液中并通電進行的，鎂合金材料表面的外覆膜變厚時需 要大的電壓，因此表面處理裝置變得大型化。相對于此，本發(fā)明的鎂合金的表面處理方式 中，蒸汽養(yǎng)護是通過在蒸汽養(yǎng)護層中通蒸汽而實現(xiàn)的，溫度可以隨意提高，因此鎂合金表面的外覆膜的膜變厚時，也沒有必要將表面處理裝置大型化。其結(jié)果，本發(fā)明的鎂合金材料的 表面處理方法，適合于在一定的空間中進行大量處理和大量生產(chǎn)。此外，陽極氧化法中，只是在鎂合金材料表面覆蓋外覆膜，鎂合金材料發(fā)生彎曲 時，鎂合金材料表面的外覆膜發(fā)生裂紋等現(xiàn)象。其結(jié)果，經(jīng)過陽極氧化法形成了外覆膜的鎂 合金材料，存在著難于實用化的問題點。相對于此，本發(fā)明中的鎂合金材料的表面處理方法 中，鎂合金材料表面的外覆膜，與鎂合金材料表面的結(jié)晶顆粒相接觸。其結(jié)果，本發(fā)明的鎂 合金材料的表面處理方法中，鎂合金材料發(fā)生彎曲時，不容易發(fā)生鎂合金材料表面的外覆 膜發(fā)生裂紋的現(xiàn)象。此外，陽極氧化法只是在鎂合金材料表面形成了外覆膜，鎂合金材料呈管(pipe) 狀時，存在著只能對管的外側(cè)進行表面處理，而無法對管的內(nèi)側(cè)進行表面處理的問題。此 夕卜，存在著鎂合金材料呈凹凸形狀時，無法對凹陷的部位、縫隙、細小的斷面等進行表面處 理的問題。相對于此，本發(fā)明中鎂合金材料的表面處理方法，是通過蒸汽養(yǎng)護來進行的，蒸 汽中的磷酸氫二銨等的化合物容易與鎂合金材料表面相接觸，因此對于復(fù)雜形狀(管狀、 凹凸形狀)以及大型部件等的鎂合金表面，也能夠高效率地并且均勻地進行表面處理。在這里，例如在專利文獻2中，記載了通過將鎂合金材料浸泡在磷酸氫二銨溶液 中的方法，或向鎂合金材料表面進行磷酸氫二銨溶液噴霧的方法，能夠在鎂合金材料的表 面形成磷酸鹽的層，從而改善在之后進行的粉體涂裝中的緊密型。但是，在專利文獻2記載 的技術(shù)中，使鎂合金材料和磷酸氫二銨在溶液中發(fā)生反應(yīng)，因此反應(yīng)在中途停止，無法形成 厚的結(jié)晶膜。此外，專利文獻2中記載的技術(shù)，是在溶液中使鎂合金材料和磷酸氫二銨發(fā)生 反應(yīng)的，在表面處理后溶液中混有不純物質(zhì)。由此，表面處理后的磷酸氫二銨溶液難于反復(fù) 使用，存在著成本變高和 操作步驟增加的問題點。相對于此，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，是在蒸汽中，使鎂合金材料與磷 酸氫二銨等發(fā)生反應(yīng)，由于磷酸氫二銨等的分子小，可以滲透法到鎂合金材料內(nèi)部，因此能 夠控制結(jié)晶膜的厚度。此外，本發(fā)明中鎂合金材料的表面處理方法，是使鎂合金材料和磷酸 氫二銨等在蒸汽中發(fā)生反應(yīng)，因此表面處理后的磷酸氫二銨等能夠反復(fù)使用。由此，本發(fā)明 是成本低、操作步驟少并且操作簡單、效率高的表面處理方法。此外，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，優(yōu)選為所述化合物以溶液方式使用， 所述溶液的濃度在1重量％以上且30重量％以下的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明中的鎂合金材料 的表面處理方法，優(yōu)選為在2小時以上且30小時以下的時間范圍內(nèi)進行蒸汽養(yǎng)護。由此，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，能夠通過所述化合物對鎂合金材料 進行高效率的蒸汽養(yǎng)護。此外，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，優(yōu)選為在進行蒸汽養(yǎng)護之前，將所述 鎂合金材料，與磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨、磷酸或其衍生物中至少一種化合物的 溶液接觸。此時，將所述鎂合金材料，通過使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨、磷酸或 其衍生物中的至少一種化合物的溶液進行處理，是為了滿足在鎂合金材料的表面形成 Dittmarite等的含磷酸鹽鎂的條件。特別是，將所述鎂合金材料，通過磷酸氫二銨、磷酸二 氫銨、磷酸三銨中至少一種的化合物的溶液進行處理，是為了滿足在鎂合金材料的表面形 成結(jié)晶度好的Dittmarite的條件。此外，將所述鎂合金材料，通過使用磷酸、亞磷酸、膦酸(phosphonic acid)、過 舞酸、偏 舞酸(metaphosphoric acid) > IEi^St (orthophosphoric acid)、焦磷酸(pyrophosphoric acid)、五氧化磷、十氧化四磷等的溶液進行處理，在鎂合 金材料的表面不形成Dittmarite。但是，元素分析的結(jié)果表明，檢測到了磷元素，因此可以 認為在鎂合金材料的表面，形成了含磷酸鹽鎂。接下來，通過對所述化合物進行蒸汽養(yǎng)護， 能夠在鎂合金材料的表面形成雙層的外覆膜。其結(jié)果，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，能夠制造出具有更好的耐撞擊性 和耐腐蝕性等特性的鎂合金材料。此外，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，優(yōu)選為與所述鎂合金材料接觸的溶 液的溫度，在3°C以上且140°C以下范圍內(nèi)。由此，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，能夠確保在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M行表面
處理。 此外，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，優(yōu)選為與所述鎂合金材料接觸的溶 液，其濃度在0. 1重量％以上且35重量％以下。此外，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方 法，優(yōu)選為在2秒以上且4小時以下的時間范圍內(nèi)，使所述鎂合金材料與所述化合物溶液接 觸。由此，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，能夠通過所述溶液對所述鎂合金材 料高效率地進行處理。此外，本發(fā)明的鎂合金材料，優(yōu)選是采用所述鎂合金材料的表面處理方法進行過 處理的。由此，能夠制造出采用現(xiàn)有的表面處理方法無法得到的，具有良好耐腐蝕性和耐 撞擊性等特性的鎂合金材料。結(jié)合以下的敘述，能夠充分地理解本發(fā)明的其他目的，特點，以及優(yōu)點。此外，通過 參照附圖進行的下述說明，能夠更加明確本發(fā)明的優(yōu)勢。


圖1表示本發(fā)明中的表面處理方法中所用的蒸汽養(yǎng)護裝置的示意圖，(a)是從斜 方向觀察的蒸汽養(yǎng)護裝置的外觀，(b)是蒸汽養(yǎng)護裝置內(nèi)部的截面圖。圖2表示經(jīng)本發(fā)明中的表面處理方法處理過的鎂合金材料，在進行了鹽水浸泡試 驗后的外觀示意圖。圖3表示經(jīng)本發(fā)明中的表面處理方法處理過的鎂合金材料，進行SEM觀察的結(jié)果 示意圖。圖4表示經(jīng)本發(fā)明中的表面處理方法處理過的鎂合金材料的X射線衍射圖。圖5表示經(jīng)本發(fā)明中的表面處理方法處理過的鎂合金材料的元素分析結(jié)果的表。圖6表示經(jīng)溶液接觸處理后的鎂合金材料，在進行了鹽水浸泡試驗后的外觀示意 圖。圖7表示經(jīng)溶液接觸處理后的鎂合金材料，進行SEM觀察的結(jié)果示意圖。圖8表示經(jīng)溶液接觸處理后的鎂合金材料的X射線衍射圖。圖9表示經(jīng)表面處理方法(陽極氧化法)處理后的鎂合金材料進行SEM觀察的結(jié) 果示意圖。
圖10表示經(jīng)表面處理方法(陽極氧化法)處理后的鎂合金材料的X射線衍射圖。圖11表示鎂合金材料的外觀的圖，(a)是經(jīng)過本發(fā)明的表面處理方法處理后的鎂 合金材料的外觀，(b)是經(jīng)過表面處理方法(陽極氧化法)處理過的鎂合金材料的外觀圖。1 鎂合金材料2 溶液3:不銹鋼網(wǎng)10:蒸汽養(yǎng)護裝置
具體實施例方式以下，對于本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明的范圍不被限制為這些說明，除了以下 的例子之外，在符合本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)可以適宜改變來進行實施。具體來講，本發(fā)明不被 限制于下面的實施方式，可以在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可做種種改變。也就是說，將在權(quán)利 要求書所示的范圍進行適當(dāng)改變的技術(shù)手段組合而得的實施方式，也在本發(fā)明的技術(shù)范圍 內(nèi)。 (I)在本發(fā)明中作為處理對象的材料，本發(fā)明中所用的物質(zhì)等(鎂合金材料)在本發(fā)明中作為處理對象的材料，是以鎂為主成分的合金即可，沒有特殊限制。也 就是說，作為添加元素，含有鋁、鋅、鈣等，也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，只含鎂的合金，也 包含在本發(fā)明中。(化合物)本發(fā)明中所用的化合物，是選自磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨，磷酸或其衍 生物中的至少一種化合物。所述化合物中，可以只使用1種，也可以多種混用。在此之中， 因為與鎂反應(yīng)容易生成氫氧化鎂，所以優(yōu)選為磷酸氫二銨。此外，本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，只要不阻礙鎂合金材料的特性，可以 添加所述化合物之外的其他物質(zhì)。添加其他物質(zhì)的方法，沒有特殊限制。(水)本發(fā)明是使用水來進行蒸汽養(yǎng)護的。此外，本發(fā)明的蒸汽養(yǎng)護，在不阻礙鎂合金材 料特性的條件下，可以添加水以外的其它物質(zhì)。添加其他物質(zhì)的方法，沒有特殊限制。(化合物的溶液)本發(fā)明中所用的化合物的溶液中使用的溶劑，只要能夠溶解所述化合物即可，沒 有特殊限制。但因為蒸汽養(yǎng)護中用到水，因此優(yōu)選為水。也就是說，所述溶液優(yōu)選為水溶液。(蒸汽養(yǎng)護)本發(fā)明中的蒸汽養(yǎng)護，指的是在加溫的蒸汽中進行的快速養(yǎng)護。在這里，養(yǎng)護指的 是在確保適當(dāng)溫度和濕度的條件下，在鎂合金表面形成外覆膜而保護鎂合金。本發(fā)明的鎂 合金材料的表面處理方法，是將鎂合金材料，使用磷酸氫二銨等的化合物和水等來進行蒸 汽養(yǎng)護，從而從“腐蝕”和“撞擊”等中保護鎂合金材料的表面。(通過化合物的溶液進行處理)本發(fā)明中通過化合物溶液進行的處理，沒有特殊限制，可以使用通過將鎂合金材 料浸泡在磷酸氫二銨等的化合物溶液中的方法，或使用將磷酸氫二銨等的化合物溶液噴霧 到鎂合金材料上的方法等來進行。(II)本發(fā)明中的表面處理方法
(表面處理方法) 本發(fā)明中的鎂合金材料的表面處理方法，是將鎂合金材料，用選自磷酸氫二銨、磷 酸三銨之中的至少一種的化合物，以及水，在環(huán)境溫度80°C以上且180°C以下的范圍內(nèi)進 行蒸汽養(yǎng)護。環(huán)境溫度，指的是進行蒸汽養(yǎng)護的容器內(nèi)的溫度。出于高效率地在鎂合金表 面形成外覆膜的理由，環(huán)境溫度在80°C以上且180°C以下，優(yōu)選為100°C以上且140°C以下。本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，沒有特殊限制，但優(yōu)選為以溶液形式使用 所述化合物，其溶液濃度在1重量％以上且30重量％以下。進行蒸汽養(yǎng)護時，通過加熱所 述溶液使其產(chǎn)生蒸汽而進行蒸汽養(yǎng)護。所述溶液的濃度，出于高效率地控制鎂合金表面的 外覆膜厚度的理由，優(yōu)選為1重量％以上且30重量％以下，進一步優(yōu)選為5重量％以上且 20重量％以下。本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，沒有特殊限制，優(yōu)選為在2小時以上且30 小時以下的時間范圍內(nèi)進行蒸汽養(yǎng)護。在所述范圍內(nèi)時，蒸汽養(yǎng)護的保持時間越長，被處理 的鎂合金材料的外覆膜越厚，硬度越大(耐撞擊性得以提高)，并且耐腐蝕性得以提高。蒸 汽養(yǎng)護的時間，從高效率地形成外覆膜的角度來看，優(yōu)選為2小時以上且30小時以下，進一 步優(yōu)選為9小時以上且24小時以下。本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，沒有特殊限制，但優(yōu)選為在進行蒸汽養(yǎng)護 之前，將所述鎂合金材料，與選自磷酸氫二銨、磷酸、或其衍生物中至少一種的化合物溶液 接觸。也就是說，優(yōu)選為將鎂合金材料，與磷酸氫二銨等的化合物，進行2個步驟的處理。 在第1步驟中，通過將鎂合金材料與磷酸氫二銨等的化合物的溶液接觸，在鎂合金材料的 表面形成具有良好結(jié)晶性的Dittmarite等的含磷酸鹽鎂。在這里，Dittmarite等的含磷 酸鹽物質(zhì)，指的是以鎂、磷等為主成分的礦物。在第2步驟中，將與所述溶液接觸過的鎂合 金材料，通過磷酸氫二銨等的化合物以及水進行蒸汽養(yǎng)護，使得在鎂合金材料的表面形成 Dittmarite等的含磷酸鹽鎂與氫氧化鎂復(fù)合化而成的堅固的外覆膜。由此，鎂合金材料的 耐腐蝕性、耐撞擊性得以改善。在本說明書中，“磷酸及其衍生物”，可以舉例為磷酸、亞磷酸、膦酸、過磷酸、偏磷 酸、正磷酸、焦磷酸、五氧化磷、十氧化四磷等，但磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨不被包 括在“磷酸及其衍生物”中。本發(fā)明中的鎂合金材料的表面處理方法，沒有特殊限制，優(yōu)選為與所述鎂合金材 料接觸的溶液，溫度在3°C以上且140°C以下范圍內(nèi)，濃度在0. 1重量％以上且35重量％以 下范圍內(nèi)。與所述鎂合金材料接觸的溶液的溫度，出于在所述反應(yīng)時間內(nèi)、低成本等的條 件下形成具有良好結(jié)晶性的Dittmarite等的含磷酸鹽物質(zhì)的角度來看，優(yōu)選為3°C以上且 140°C以下，進一步優(yōu)選為20°C以上且120°C以下。此外，與所述鎂合金材料接觸的溶液的 濃度，出于形成具有良好結(jié)晶性的Dittmarite等的含磷酸鹽物質(zhì)的反應(yīng)時間、有效地進行 相互作用的角度來看，優(yōu)選為0. 1重量％以上且35重量％以下，進一步優(yōu)選為2重量％以 上且20重量％以下。本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，沒有特殊限制，優(yōu)選為在2秒以上且4小時 以下范圍內(nèi)，使所述鎂合金材料與所述化合物的溶液接觸。與所述溶液的接觸，出于高效地 形成具有良好結(jié)晶性的Dittmarite等的含磷酸鹽物質(zhì)的角度，優(yōu)選為在2秒以上且4小時 以下，進一步優(yōu)選為10秒以上且2小時以下。
(實施本發(fā)明所用的裝置)對于進行本發(fā)明的蒸汽養(yǎng)護的裝置，參考圖1的(a)和(b)說明如下。圖1的(a)，是本發(fā)明中的表面處理方法中所用的蒸汽養(yǎng)護裝置10的斜面觀察圖。 此外，圖1的(b)，是本發(fā)明中的表面處理方法中所用的蒸汽養(yǎng)護裝置10內(nèi)部的截面圖。如圖1的(b)所示，蒸汽養(yǎng)護裝置10的內(nèi)部，主要包括安裝在不銹鋼網(wǎng)3上的鎂 合金材料1，以及溶液2。本發(fā)明中的蒸汽養(yǎng)護，是通過適度加熱溶液2使其蒸汽化，使用該蒸汽在鎂合金 材料1表面形成外覆膜來進行的。(III)經(jīng)本發(fā)明的表面處理方法處理過的鎂合金材料采用本發(fā)明的表面處理方法進行了處理的鎂合金材料，具有良好的耐腐蝕性和耐 撞擊性 等，不需要涂裝等的追加處理，可以應(yīng)用于飛機的輪子(wheel)、發(fā)動機的齒輪箱外 殼(gear box housing)等，汽車的車輪(wheel)、油底殼(oil pan)、自動變速器裝置箱 (altomatic tansmission missoncase)、方向盤(steering wheel)芯材等，自行車的車圈 (rim)、車框(frame)等，以及鐵路車輛用部件上。本發(fā)明的鎂合金材料，該鎂合金材料表面的含有氫氧化鎂的外覆膜的厚度在 10 μ m以上且150 μ m以下范圍內(nèi)，優(yōu)選為26 μ m以上且99 μ m以下范圍內(nèi)。(實施例)下文中，通過實施例和比較例，對本說明進行進一步的詳細說明。(使用溶液進行預(yù)處理)在各密封容器(試制品，70毫升，外部是不銹鋼，內(nèi)部是TEFLON (注冊商標(biāo)))中， 加入磷酸氫二銨溶液(Sigma-Aldrich Japan株式會社產(chǎn)品)或磷酸溶液，并放入鎂合金材 料(KS Technos株式會社產(chǎn)品，將擠出材料切割成長40mm、寬20mm、厚1. 5mm大小的產(chǎn)品)， 在120°C環(huán)境下處理2小時，制作了所述預(yù)處理后的樣品(鎂合金材料)。(蒸汽養(yǎng)護)在干燥機(Yamato科學(xué)株式會社制，產(chǎn)品名DS44)內(nèi)部，如圖1所示放入蒸汽養(yǎng) 護裝置(試制品)，在蒸汽養(yǎng)護裝置中放入不銹鋼網(wǎng)。接下來，將鎂合金材料(KS Technos 株式會社產(chǎn)品，將擠出材料切割成長40mm、寬20mm、厚1. 5mm大小的產(chǎn)品)吊在該不銹鋼網(wǎng) 上。接下來，在蒸汽養(yǎng)護裝置的下部加入磷酸氫二銨溶液(Sigma-Aldrich Japan株式會社 產(chǎn)品)、磷酸二氫銨溶液、磷酸三銨溶液、或蒸餾水，進行了蒸汽養(yǎng)護。此時的條件在下文中 敘述。這樣，制作了處理后的樣品(鎂合金材料)。而且，蒸汽養(yǎng)護可以在所述“使用溶液進行預(yù)處理”后進行。當(dāng)在所述“使用溶液 進行預(yù)處理”之后進行的情況下，是為了覆蓋通過磷酸氫二銨溶液或磷酸溶液處理時生成 的Dittmarite等的含磷酸鹽鎂的結(jié)晶，通過蒸汽養(yǎng)護形成堅固的表面外覆膜。(鎂合金材料的物理性質(zhì)等)對所述處理后的樣品，進行了膜厚、硬度以及耐腐蝕性的評價。膜厚，是用膜厚測 定儀(Keyence株式會社制，產(chǎn)品名digital microscope)來進行測定的。硬度，是使用硬度測定儀(株式會社東洋精機制造所制，產(chǎn)品名DUR-0-Test)對 樣品施加負荷后，通過目測來進行評價的。具體來講，完全沒有凹陷的狀態(tài)評為◎，幾乎沒 有凹陷的狀態(tài)評為〇，有凹陷的狀態(tài)評為X。
耐腐蝕性，是在35°C恒溫水槽(Yamato科學(xué)株式會社制，產(chǎn)品名BT_23)中加入5重量％的鹽水溶液(Sigma-Aldrich Japan株式會社制)，將所述樣品浸泡72小時，通過目 測評價了浸泡后的腐蝕狀態(tài)。具體來講，將完全沒有發(fā)生腐蝕的狀態(tài)評為◎，將幾乎沒有發(fā) 生腐蝕的狀態(tài)評為〇，發(fā)生了腐蝕的狀態(tài)評為X。(陽極氧化處理)按照JIS H 8651的鎂合金防腐蝕處理方法進行陽極氧化處理(6種-第1工序)， 是在放入了氫氧化鈉、乙二醇、草酸鈉的IOOml容器中，加入鎂合金材料，處理1小時來進行 的。此時的溶液溫度是80°C，電流密度是2A/dm2。處理后進行了水洗，在80°C條件下干燥 30分鐘。(實施例1 14的總結(jié))(表1) (實施例1)將鎂合金材料放入140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸氫二銨溶液處理了 24 小時。將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1中。在鹽水溶液中浸泡后的樣品如圖 2(a)所示。通過蒸汽養(yǎng)護后的樣品的SEM觀察結(jié)果如圖3(a)所示。如圖3(a)所示，蒸汽 養(yǎng)護后可見微小結(jié)晶。此外，圖4所示的X射線衍射圖中，可見微小的Dittmarite的峰，可 明顯看到氫氧化鎂的峰(圖4的A)。此外，根據(jù)圖5(a)所示的元素分析的結(jié)果，可見含有 質(zhì)量濃度1.5%的磷(P)0(實施例2)將鎂合金材料在10%磷酸氫二銨溶液中，在120°C條件下浸泡2小時后，放入 140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸氫二銨溶液處理了 24小時。將處理后的膜厚、硬 度、耐腐蝕性顯示在表1中。將在鹽水溶液浸泡過的樣品顯示在圖2(b)中。將蒸汽養(yǎng)護后 的樣品的SEM觀察結(jié)果顯示在圖3(b)中。如圖3(b)所示，蒸汽養(yǎng)護后可見板狀結(jié)晶。從 圖4所示的X射線衍射圖中，可明確看到Dittmarite的峰和氫氧化鎂的峰(圖4的B)。(實施例3)將鎂合金材料在20%磷酸氫二銨溶液中，在120°C條件下浸泡2小時后，放入 140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸氫二銨溶液處理了 24小時。將處理后的膜厚、硬 度、耐腐蝕性顯示在表1中。將在鹽水溶液浸泡過的樣品顯示在圖2(c)中。將蒸汽養(yǎng)護后 的樣品的SEM觀察結(jié)果顯示在圖3(c)中。如圖3(c)所示，蒸汽養(yǎng)護后可見板狀結(jié)晶。從 圖4所示的X射線衍射圖中，可明確看到Dittmarite的峰和氫氧化鎂的峰(圖4的C)。根 據(jù)圖5(b)所示的元素分析的結(jié)果，可見含有質(zhì)量濃度27. 4%的磷(P)。(實施例4)將鎂合金材料放入140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸氫二銨溶液處理了 9 小時，將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1中。
(實施例5)將鎂合金材料放入140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用5%磷酸氫二銨溶液處理了9小 時，將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1中。(實施例6)將鎂合金材料在10%磷酸氫二銨溶液中，在120°C條件下浸泡2小時后，放入 140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸氫二銨溶液處理了 9小時，將處理后的膜厚、硬度、 耐腐蝕性顯示在表1中。(實施例7)將鎂合金材料在10%磷酸氫二銨溶液中，在120°C條件下浸泡2小時后，放入 120°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸氫二銨溶液處理了 9小時，將處理后的膜厚、硬度、 耐腐蝕性顯示在表1中。(實施例8)將鎂合金材料放入140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸氫二銨溶液處理了 5 小時，將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1中。(實施例9)將鎂合金材料放入160°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸氫二銨溶液處理了 5 小時，將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1中。(實施例10)將鎂合金材料在5%磷酸氫二銨溶液中，在120°C條件下浸泡2小時后，放入140°C 的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用蒸餾水處理了 9小時，將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1 中。(實施例11)將鎂合金材料在10%磷酸氫二銨溶液中，在120°C條件下浸泡2小時后，放入 140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用蒸餾水處理了 9小時，將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示 在表1中。(實施例12)將鎂合金材料放入140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸二氫銨溶液處理了 24 小時，將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1中。(實施例13)將鎂合金材料放入140°C的蒸汽養(yǎng)護裝置中，使用20%磷酸三銨溶液處理了 24小 時，將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1中。(實施例14)將鎂合金材料與2%磷酸溶液，在23°C條件下接觸5秒鐘后，放入140°C的蒸汽養(yǎng) 護裝置中，使用蒸餾水處理了 12小時。將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表1中。(比較例1 3的總結(jié))(表2) (比較例1)將鎂合金材料與10%磷酸氫二銨溶液，在120°C條件下接觸2小時。將處理后的 膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表2中。將在鹽水溶液浸泡過的樣品顯示在圖6(a)中。如圖 6(a)所示，處理后的表面被腐蝕了。將處理后的樣品的SEM觀察結(jié)果顯示在圖7(a)和(b) 中。在這里，圖7(b)是圖7(a)的擴大照片。如圖7(a)所示，處理后的表面可見微小結(jié)晶。 此外，如圖7(b)所示，處理后的表面可見薄的板狀結(jié)晶。(比較例2)將鎂合金材料與30%磷酸氫二銨溶液，在120°C條件下接觸2小時。將處理后的 膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表2中。將在鹽水溶液浸泡過的樣品顯示在圖6(b)中。如圖 6(b)所示，處理后的表面和比較例1 一樣，被腐蝕了。將處理后的樣品的SEM觀察結(jié)果顯示 在圖7(c)和(d)中。在這里，圖7(d)是圖7(c)的擴大照片。如圖7(c)和(d)所示，處理 后的表面，與比較例1相比，板狀結(jié)晶成長，并且厚度增加。從圖8所示的X射線衍射圖中， 可以明確看到Dittmarite的峰。(比較例3)采用JIS H 8651的鎂合金防腐蝕處理方法進行了陽極氧化處理(6種-第1工 序)。將處理后的膜厚、硬度、耐腐蝕性顯示在表2中。在鹽水溶液中浸泡過的樣品，表面被 腐蝕了。將處理后的樣品的SEM觀察結(jié)果顯示在圖9(a) (c)中。如圖9(a)所示，處理 后的表面致密化了。因此，受熱、應(yīng)力、彎曲等的影響表面容易發(fā)生裂紋、剝落等的現(xiàn)象。從 圖9的(b)和(c)，可以明確看出這一點。從圖10所示X射線衍射圖可以看出，經(jīng)陽極氧化 所形成的表面的外覆膜是氫氧化鎂組成的。(剝落試驗的結(jié)果)圖11(a)，是顯示經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護處理的鎂合金材料的剝落試驗后的外觀的圖。圖 11 (b)，是顯示陽極氧化處理后的鎂合金材料的剝落試驗后的外觀的圖。如圖11(b)所示，經(jīng)陽極氧化處理的鎂合金材料，其切割部分鎂金屬的光澤外露 在表面，切割部的周圍剝落了。這個現(xiàn)象在圖11(a)所示的，經(jīng)蒸汽養(yǎng)護處理過的鎂合金中 沒有看到。經(jīng)蒸汽養(yǎng)護處理過的鎂合金材料，表面堅硬，沒有觀察到剝落的部分。本發(fā)明的鎂合金材料，以及鎂合金材料的表面處理方法，如上所示，含有將鎂合金材料，使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨以及磷酸三銨中的至少一種化合物，和水，進行蒸汽養(yǎng) 護而形成的Dittmarite等的含磷酸鹽鎂和氫氧化鎂的復(fù)合體。因此，本發(fā)明可以提供具有良好耐腐蝕性、耐撞擊性等特性的鎂合金材料，以及具 有良好耐腐蝕性、耐撞擊性等特性的鎂合金材料的表面處理方法。發(fā)明的詳細說明中所舉出的具體的實施方式或?qū)嵤├?，不過是用于明確本發(fā)明的 技術(shù)內(nèi)容的，不應(yīng)被狹義解釋為限定于這樣的具體例，在本發(fā)明的宗旨與權(quán)利要求的范圍 內(nèi)，可以進行種種變更而加以實施。(工業(yè)上的可利用性) 本發(fā)明的鎂合金材料的表面處理方法，是用于制造具有良好耐腐蝕性、耐撞擊性 等特性的鎂合金材料的。因此，不經(jīng)過涂裝等的追加處理，能夠在廣范圍內(nèi)應(yīng)用于金屬 機械產(chǎn)業(yè)。具體來講，能夠適用于飛機的輪子(wheel)、發(fā)動機的齒輪箱外殼(dear box housing)等，汽車的車輪(wheel)、油底殼(oil pan)、自動變速器裝置箱(altomatic tansmissionmisson case)、方向盤(steering wheel)芯材等，自行車的車圈(rim)、車框 (frame)等，以及鐵路車輛用的部件等。
權(quán)利要求
一種鎂合金材料，其特征在于含有含磷酸鹽鎂和氫氧化鎂的復(fù)合體，所述復(fù)合體是通過使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、以及磷酸三銨中的至少一種化合物，和水，對鎂合金材料進行蒸汽養(yǎng)護而形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金材料，其特征在于所述含有含磷酸鹽鎂和氫氧化鎂 的復(fù)合體的外覆膜的厚度，在10 μ m以上且150 μ m以下的范圍內(nèi)。
3.一種鎂合金材料的表面處理方法，其特征在于使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸 三銨中的至少一種化合物，和水，在80°C以上且180°C以下的溫度范圍內(nèi)，對鎂合金材料進 行蒸汽養(yǎng)護。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金材料的表面處理方法，其特征在于所述化合物以溶 液方式使用，所述溶液的濃度在1重量％以上且30重量％以下的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鎂合金材料的表面處理方法，其特征在于進行蒸汽養(yǎng) 護的時間，在2小時以上且30小時以下的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一權(quán)利要求所述的鎂合金材料的表面處理方法，其特征在 于進行蒸汽養(yǎng)護之前，將所述鎂合金材料，與選自磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨、以 及磷酸或其衍生物中的至少一種化合物的溶液接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎂合金材料的表面處理方法，其特征在于所述與鎂合金材 料接觸的溶液的溫度在;TC以上且140°C以下的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的鎂合金材料的表面處理方法，其特征在于所述與鎂合 金材料接觸的溶液的濃度在0. 1重量％以上且35重量％以下的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一權(quán)利要求所述的鎂合金材料的表面處理方法，其特征在 于將所述鎂合金材料與所述化合物的溶液接觸的時間，在2秒以上且4小時以下的范圍 內(nèi)。
10.一種鎂合金材料，其特征在于是通過權(quán)利要求3至9中任一權(quán)利要求所述的表面 處理方法處理過的鎂合金材料。
全文摘要
使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸三銨中的至少一種化合物，和水，對鎂合金材料進行蒸汽養(yǎng)護而形成含磷酸鹽鎂(例如Dittmarite等)與氫氧化鎂的復(fù)合體。由此，提供具有良好耐腐蝕性、耐撞擊性等特性的鎂合金材料，以及為了制造具有良好耐腐蝕性、耐撞擊性等特性的鎂合金材料所使用的鎂合金材料的表面處理方法。
文檔編號C23C22/07GK101849031SQ200880108778
公開日2010年9月29日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者井上耕三, 坂本滿, 恒松修二, 恒松絹江 申請人:獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所