專利名稱：一種鎂合金表面處理方法及采用該方法制得的鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金表面處理領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種鎂合金表面處理方法以及采用該方法制得的鎂合金。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前最輕的金屬工程材料，密度為1. 75-1. 90g/cm3，僅為鋁合金的2/3， 鋼鐵的1/4比強度高，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好，同時具有良好的阻尼減震和電磁屏蔽功能，加之存儲量豐富，易于回收利用，日益得到廣泛應(yīng)用。作為電子產(chǎn)品，例如移動通訊、筆記本電腦等的殼體機構(gòu)件，可替代目前被廣泛使用的塑料，滿足電子產(chǎn)品的輕薄化、小型化以及高度集成化的要求。尤其是在汽車車體上鎂合金的大量應(yīng)用，可以實現(xiàn)汽車的輕質(zhì)化，據(jù)測算， 汽車自重減輕10 %，其燃油效率可提高5.5%，減少燃料消耗，能夠同時減少汽車溫室氣體排放量，降低污染，在環(huán)境保護上具有重大意義。因此，鎂及鎂合金已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車、電子、通訊及航天航空等領(lǐng)域的首選材料，被譽為“二十一世紀的綠色工程材料”。然而，鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，穩(wěn)定性低，標準電極電位較負(-2. 36eV)，即使在室溫下也會在空氣中發(fā)生氧化，表面氧化膜疏松，耐蝕性極差。然而，金屬結(jié)構(gòu)件在某些領(lǐng)域(例如作為汽車發(fā)動機的結(jié)構(gòu)件)的使用環(huán)境較為惡劣，因此，鎂合金的耐蝕性差成為制約其發(fā)展的一個重要因素，必須通過一定的表面處理提高其耐腐蝕性，才能滿足某些領(lǐng)域的實際需要。目前常見的鎂合金表面處理方法有化學(xué)鍍、陽極氧化、微弧氧化、電鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化、 激光表面處理、有機涂裝等。但是在實際生產(chǎn)中，采用單一的表面處理方法，其穩(wěn)定性都不夠好，與基體的結(jié)合不牢固，耐腐蝕性有待提高，例如單純采用陽極氧化或微弧氧化后的鎂合金經(jīng)鹽霧試驗測試，其耐腐蝕性在100小時以內(nèi)，遠低于實際應(yīng)用中500小時以上的要求。中國發(fā)明專利申請(公開號CN101634044A)公開了一種鎂合金表面磷化和微弧氧化復(fù)合處理方法，首先對鎂合金表面進行前處理，然后進行磷化處理，清洗后再進行微弧氧化處理，最后進行鎂合金表面的后處理封孔處理與有機涂層噴涂。鎂合金在復(fù)合磷化處理液中進行處理，其表面形成復(fù)合磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，生成一層非金屬的、不導(dǎo)電的磷酸鹽薄膜，有效地阻礙鎂合金的腐蝕，降低鎂合金表面的磨損；鎂合金表面又經(jīng)微弧氧化處理后，微弧氧化陶瓷層特有的微觀組織結(jié)構(gòu)，使其耐腐蝕性、膜層硬度、耐磨性、與基體的結(jié)合力都明顯增強。該發(fā)明采用了鎂合金復(fù)合表面處理方式，其穩(wěn)定性、吸附性、耐磨性和耐蝕性相較于單一的表面處理方法大大提高，與基體結(jié)合牢固。然而，由于微弧氧化層的微觀組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其不同位置處的致密度不同，存在會導(dǎo)致腐蝕發(fā)生和發(fā)展的孔洞結(jié)構(gòu)，因而， 這種復(fù)合處理方法對鎂合金耐腐蝕性的提高效果有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的鎂合金的耐腐蝕性能差的技術(shù)問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鎂合金表面的處理方法，包括下述步驟1)對鎂合金進行微弧氧化處理，在鎂合金表面形成微弧氧化膜層，所述微弧氧化膜層包括致密層和疏松層；2)對微弧氧化后的鎂合金進行噴砂處理去除疏松層；3)對鎂合金進行涂裝處理，在致密層上形成涂層。其中，所述微弧氧化膜層的厚度為10-80 μ m，其中，所述致密層的孔隙尺寸小于 3 μ m，其厚度占微弧氧化膜層厚度的20-60%，并且噴砂處理后保留的致密層的厚度不小于 3 μ m0優(yōu)選地，經(jīng)過噴砂處理后鎂合金表面的粗糙度為0. 5-10 μ m，涂裝處理后形成的涂層厚度為15-40 μ m，并且所述粗糙度小于所述涂層厚度的30%。優(yōu)選地，所述微弧氧化的條件為將鎂合金置于容納有電解液的不銹鋼槽體中，以鎂合金工件為陽極，以不銹鋼槽體為陰極，采用直流正脈沖電流，電壓為200-500V，頻率為 180-450Hz,占空比為5-45%，氧化時間為10_120min。優(yōu)選地，所述噴砂處理采用壓縮空氣為動力，將砂料高速噴射到鎂合金的表面，所述砂料選用40-230目的球形噴砂砂料或者50-200目的非球形噴砂砂料。優(yōu)選地，所述涂裝處理為有機涂裝處理，采用有機涂料進行噴涂或涂覆。優(yōu)選地，在所述噴砂處理后、涂裝處理前將鎂合金在80-100°C的去離子水中超聲波清洗5-25分鐘，然后烘干。本發(fā)明還提供的一種經(jīng)過上述表面處理方法制得的鎂合金，包括鎂合金基體以及形成于鎂合金基體表面的膜層，所述膜層包括微弧氧化層、以及涂覆于微弧氧化層上的涂層，所述微弧氧化層由致密層所構(gòu)成。其中，所述致密層的厚度為3-48 μ m。其中，所述涂層為有機膜層，厚度為15_40μπι。本發(fā)明的有益效果采用微弧氧化一噴砂一涂裝的鎂合金表面處理工藝，微弧氧化后在鎂合金表面形成致密層和疏松層，疏松層通過噴砂處理去除，并且噴砂處理還能夠使鎂合金表面的粗糙度均勻，有利于后續(xù)涂層的附著，然后通過涂裝工藝進一步在鎂合金表面形成涂層，該涂層與致密層的附著力高，并且微觀結(jié)構(gòu)致密，無孔洞、間隙，因而通過此處理方法得到的鎂合金具有優(yōu)異耐腐蝕性能?？傊?，本發(fā)明的鎂合金表面處理方法能夠顯著增強鎂合金的耐腐蝕性，明顯區(qū)別于普通工藝的簡單組合，也與微弧氧化前噴砂處理的工藝具有不同的功效，能夠達到廣泛實際應(yīng)用的要求。
具體實施例方式本發(fā)明提供的一種鎂合金表面處理方法，包括下述步驟步驟1、對鎂合金進行微弧氧化處理，在鎂合金表面形成微弧氧化膜層；所述微弧氧化處理為現(xiàn)有工藝，其工藝過程是將鎂合金工件置于容納有電解液的不銹鋼槽體中，以鎂合金工件為陽極，以不銹鋼槽體為陰極，采用直流電源或者直流脈沖電源對鎂合金進行微弧氧化；所采用的電解液可為現(xiàn)有技術(shù)中普遍采用的電解液，含有無機鹽和/或有機鹽， 以及氧化錳、氧化鎂、氧化鐵、氫氧化物中的一種或幾種的混合物，其中，所述無機鹽為磷酸
4鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽、鎢酸鹽、硼酸鹽、鈷酸鹽、高錳酸鹽、鉬酸鹽、釩酸鹽中的一種或幾種的混合物；有機鹽為草酸鹽、醋酸鹽、蘋果酸鹽中的一種或幾種的混合物。例如本發(fā)明可配制如下組成成分的電解液硅酸鈉32-36g/L，氫氧化鈉44-48g/L，碳酸鈉30_36g/L， 磷酸鈉10_20g/L，采用攪拌和冷卻控制電解液溫度在25°C -30°C。本發(fā)明微弧氧化處理的條件為采用直流正脈沖電流，電壓為200-500V，頻率設(shè)定為180-450HZ，占空比為5-45%， 氧化時間為10-120min，通過調(diào)節(jié)上述參數(shù)可形成厚度為10-80 μ m(微米)的微弧氧化膜層。本發(fā)明的發(fā)明人通過大量實驗研究微弧氧化膜層的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)通過微弧氧化處理在鎂合金基體表面形成的微弧氧化膜層由靠近鎂合金基體的致密層以及位于致密層外側(cè)的疏松層構(gòu)成，其中，所述致密層的孔隙尺寸小于3 μ m，通常致密層的孔隙尺寸在1. 5 μ m 以下，致密層的厚度一般占整個微弧氧化膜層厚度的20-60%。疏松層的厚度一般占整個微弧氧化膜層厚度的40-80%，疏松層具有下述缺陷1)結(jié)構(gòu)松散，微觀物質(zhì)之間結(jié)合力差， 容易從膜層上脫落；2)孔隙較大，孔隙尺寸一般為3-10 μ m,少數(shù)甚至大于10 μ m,表面粗糙，Ra值在8.0μπι以上；3)硬度較低，耐磨性能差。一般來說，可以通過調(diào)節(jié)電解液配方以及調(diào)整工藝參數(shù)使疏松層和致密層的比例優(yōu)化，減少疏松層厚度。發(fā)明人經(jīng)過更進一步的研究確定了對鎂合金的表面處理工藝，由于疏松層的孔洞是腐蝕發(fā)生和發(fā)展的通道，孔洞的大小對腐蝕的速率有直接的影響，對于該微弧氧化膜層進行噴砂處理的目的是去除表面的疏松層，僅保留致密層，同時，噴砂的沖擊作用也使噴砂后的表面產(chǎn)生微變形，甚至可以將較小的孔洞封閉；然后再在該致密層的基礎(chǔ)上進行涂裝，由于經(jīng)過噴砂處理后的微弧氧化膜層變薄，對其進行涂裝，涂層就可以滲透到微弧氧化膜層的孔洞中徹底封閉孔洞，最大化減少腐蝕發(fā)生的途徑，如果采用其他表面處理例如電鍍等，對孔洞的封閉達不到這樣的效果；總之，微弧氧化一噴砂一涂裝的鎂合金表面處理工藝，明顯區(qū)別于普通工藝的簡單組合，也與微弧氧化前噴砂處理的工藝具有不同的功效，有利于獲得耐腐蝕性能優(yōu)異的鎂
I=I 巫 O值得一提的是，所述微弧氧化處理可根據(jù)不同牌號的鎂合金使用不同的工藝條件，但主要需要注意兩點一、微弧氧化膜層的厚度是本發(fā)明的核心工藝要求，因為太薄的膜層可能在后續(xù)的噴砂過程中被破壞，達不到防腐蝕的目的，而太厚的膜層，現(xiàn)有的微弧氧化工藝較難實現(xiàn)，一般來說，微弧氧化膜層的厚度為10-80 μ m，優(yōu)選微弧氧化膜層的厚度為 50-80 μ m。二、微弧氧化膜層應(yīng)當(dāng)盡量致密，使得致密層的厚度不小于3 μ m，致密是耐腐蝕性好的基本要求，可通過嚴格控制微弧氧化的工藝參數(shù)來實現(xiàn)。步驟2、對微弧氧化后的鎂合金進行噴砂處理，去除疏松層；噴砂處理為現(xiàn)有工藝，其工藝過程是采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將磨料高速噴射到需要處理的工件表面，由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和粗糙度，工件表面的性能得到改善?，F(xiàn)有的噴砂工藝主要用于使工件的表面獲得均勻的粗糙度和一定的清潔度，有助于增加基體和后續(xù)表面涂層的附著力，以利于后續(xù)的電鍍、化學(xué)鍍、微弧氧化等工序。例如中國發(fā)明專利申請(公開號為CN1974876)公開了一種鈦金屬表面生物活性膜層及其噴砂-微弧氧化復(fù)合工藝，該復(fù)合工藝先將鈦或鈦合金進行表面噴砂處理，再采用微弧氧化技術(shù)，直接在鈦及鈦合金表面原位生成膜層；該專利申請就是利用了現(xiàn)有噴砂工藝的優(yōu)點，先在鈦或鈦合金進行表面噴砂處理，獲得具有一定清潔度和均勻的粗糙度的表面，再采用微弧氧化技術(shù)生成膜層，能夠使膜層與鈦及鈦合金表面的結(jié)合強度更佳。而在本發(fā)明中，噴砂處理并非針對鎂合金基體的表面進行，而是針對鎂合金微弧氧化后的表面進行，用于去除微弧氧化膜層中的疏松層。據(jù)此，本發(fā)明的噴砂處理的條件為砂料可以采用玻璃珠、陶瓷珠、鋼珠等球形噴砂砂料或者剛玉等非球形噴砂砂料；并且，選用的球形砂料的目數(shù)范圍為40-230目，選用的非球形砂料的目數(shù)范圍為50-200目， 壓縮空氣的氣壓可根據(jù)噴砂砂料的情況、噴砂效果等進行調(diào)節(jié)，氣壓在0. 03-0. 07Mpa的范圍內(nèi)。砂料粒度的選擇和噴砂時間要兼顧兩方面微弧氧化膜層的厚度和后續(xù)表面涂層的厚度，由于微弧氧化膜層的厚度在IO-SOym的范圍內(nèi)，疏松層一般占整個微弧氧化膜層厚度的40% _80%，噴砂處理用于去除整個疏松層，就需要去除微弧氧化膜層厚度的 40% _80%，更進一步的說，由于致密層(孔隙尺寸小于3μπι)和疏松層在過渡部分的分界不明顯，存在判斷誤差，并且噴砂處理時也可能存在微小誤差，因而，噴砂處理以去除微弧氧化膜層厚度的60% -80%作為優(yōu)選方案，以保證去除整個的疏松層，即使有稍微的殘余， 也可以通過后續(xù)的涂裝來進行彌補。同時，噴砂處理后，鎂合金表面的粗糙度要控制在合適的范圍內(nèi)，以不超過后續(xù)表面涂層厚度的30%為限，以保證涂裝處理后形成的涂層既能夠與致密層形成良好的結(jié)合，又能夠使鎂合金的表面平整光滑。步驟3、對噴砂后的鎂合金進行清洗，然后烘干；由于噴砂后有粉塵等殘留在鎂合金表面，通過清洗才能保證后續(xù)涂裝的附著力，所述清洗是在80-100°C的去離子水中超聲波清洗5-25分鐘；一般情況，清洗15-20分鐘即可；烘干可按照普通的烘干工藝進行，例如放入溫度為100-120°C的烘箱中進行烘干。步驟4、對清洗后的鎂合金進行表面涂裝處理。所述表面涂裝工藝可選擇的具體工藝很多，其作用是增加鎂合金表面的耐腐蝕性，并能夠封閉微弧氧化膜層表面的微孔；目前的表面涂裝工藝中，對于提升防腐蝕性能較佳的為有機涂裝，采用有機涂料進行噴涂或涂覆，所采用涂料包括但不限于環(huán)氧、聚酯、聚乙烯醇、聚丙烯醇樹脂漆中的一種或幾種，并且有機涂裝可以為多層，各層可以采用不同種有機涂料，有機涂裝所形成的有機涂層的厚度在15-40 μ m的范圍內(nèi)，另外，還可以采用熱噴涂具有良好耐腐蝕性的金屬(例如鋅、鎳) 形成金屬涂層的方式來提升防腐蝕性能。采用上述步驟1-4的表面處理方法制得的鎂合金，包括鎂合金基體以及形成于鎂合金基體表面的膜層，所述膜層包括微弧氧化層、以及涂覆于微弧氧化層上的涂層，其中， 所述微弧氧化層由致密層所構(gòu)成，厚度為3-48 μ m，所述涂層可以為有機膜層或金屬膜層， 厚度為15-40 μ m。下面結(jié)合具體實施例加以說明。實施例11)、對鎂合金工件進行微弧氧化處理按下列配方進行電解液配置硅酸鈉34g/ L，氫氧化鈉46g/L，碳酸鈉32g/L，磷酸鈉15g/L，采用攪拌和冷卻控制溶液溫度25°C左右。 采用直流正脈沖電流，電壓為370V，頻率設(shè)定為250Hz，占空比為30%，微弧氧化25min后， 測得鎂合金工件表面的微弧氧化膜層厚度為20 μ m。2)對微弧氧化后的鎂合金進行噴砂處理選用100目的白剛玉，通過噴砂處理使鎂合金工件表面的微弧氧化膜層的厚度減為Ι μπι，表面粗糙度為Ra 1.8μπι0
3)噴砂后將鎂合金置于超聲波清洗槽中在80°C的去離子水中清洗10分鐘，之后按照普通烘干工藝進行烘干。4)、將烘干后的鎂合金采用環(huán)氧底漆(杜邦公司的先達利830R)和聚氨酯丙烯酸雙組份(杜邦公司的先達利C500)面漆進行表面涂裝處理，刷一遍底漆干燥后24h后再刷面漆，得到鎂合金工件Al，測其表面的膜層厚度為40 μ m。實施例21)、對鎂合金工件進行微弧氧化處理按下列配方進行電解液配置硅酸鈉34g/ L，氫氧化鈉46g/L，碳酸鈉32g/L，磷酸鈉15g/L，采用攪拌和冷卻控制溶液溫度25°C左右。 采用直流正脈沖電流，電壓為370V，頻率設(shè)定為180Hz，占空比為30%，氧化時間為20min， 測得鎂合金工件表面的微弧氧化膜層厚度為15 μ m。2)對微弧氧化后的鎂合金進行噴砂處理，選用100目的白剛玉，通過噴砂處理使鎂合金工件表面的微弧氧化膜層的厚度減為6 μ m,表面粗糙度Ra 1. 9 μ m。3)噴砂后將鎂合金置于超聲波清洗槽中在90°C的去離子水中清洗20分鐘，之后按照普通烘干工藝進行烘干。4)、將烘干后的鎂合金采用環(huán)氧底漆(杜邦公司的先達利830R)和聚氨酯丙烯酸雙組份(杜邦公司的先達利C500)面漆進行表面涂裝處理，刷一遍底漆干燥后24h后再刷面漆，得到鎂合金工件A2，測其表面的膜層厚度為34 μ m。實施例31)、對鎂合金工件進行微弧氧化處理按下列配方進行電解液配置硅酸鈉34g/ L，氫氧化鈉46g/L，碳酸鈉32g/L，磷酸鈉15g/L，采用攪拌和冷卻控制溶液溫度25°C左右。 采用直流正脈沖電流，電壓為370V，頻率設(shè)定為300Hz，占空比為25%，氧化時間為30min， 測得鎂合金工件表面的微弧氧化膜層厚度為30 μ m。2)對微弧氧化后的鎂合金進行噴砂處理，選用100目的白剛玉，通過噴砂處理使鎂合金工件表面的微弧氧化膜層的厚度減為16μπι，表面粗糙度Ra LSum03)噴砂后將鎂合金置于超聲波清洗槽中在80°C的去離子水中清洗15分鐘，之后按照普通烘干工藝進行烘干。4)、將烘干后的鎂合金采用環(huán)氧底漆(杜邦公司的先達利830R)和聚氨酯丙烯酸雙組份(杜邦公司的先達利C500)面漆進行表面涂裝處理，刷一遍底漆干燥后24h后再刷面漆，得到鎂合金工件A3，測其表面的膜層厚度為47 μ m。對比例1按照背景技術(shù)中所提到的中國發(fā)明專利申請(公開號CN101634044A，發(fā)明名稱為一種鎂合金表面磷化和微弧氧化復(fù)合處理方法)公開的具體實施方式
對鎂合金工件進行處理，得到鎂合金工件Bi。對比例2與實施例1的不同點在于先對鎂合金工件進行噴砂處理，再進行微弧氧化處理， 其它步驟和工藝參數(shù)同實施例1，得到鎂合金工件B2。耐蝕性測試分別對實施例1-3制得的鎂合金工件A1-A3與對比例1_2制得的鎂合金工件 B1-B2按GB/T1771進行中性鹽霧試驗，以無任何可見的銹蝕、氧化和變形為合格標準，測試經(jīng)過的鹽霧試驗時間，其結(jié)果如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種鎂合金表面處理方法，其特征在于，包括下述步驟1)、對鎂合金進行微弧氧化處理，在鎂合金表面形成微弧氧化膜層，所述微弧氧化膜層包括致密層和疏松層；2)、對微弧氧化后的鎂合金進行噴砂處理去除疏松層；3)、對鎂合金進行涂裝處理，在致密層上形成涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面處理方法，其特征在于，所述微弧氧化膜層的厚度為10-80 μ m，其中，所述致密層的孔隙尺寸小于3 μ m,其厚度占微弧氧化膜層厚度的 20-60%，并且噴砂處理后保留的致密層的厚度不小于3 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面處理方法，其特征在于，經(jīng)過噴砂處理后鎂合金表面的粗糙度為0. 5-10 μ m,涂裝處理后形成的涂層厚度為15-40 μ m,并且所述粗糙度小于所述涂層厚度的30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的鎂合金表面處理方法，其特征在于，所述微弧氧化的條件為將鎂合金置于容納有電解液的不銹鋼槽體中，以鎂合金工件為陽極，以不銹鋼槽體為陰極，采用直流正脈沖電流，電壓為200-500V，頻率為180-450HZ，占空比為5_45%，氧化時間為 10-120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的鎂合金表面處理方法，其特征在于，所述噴砂處理采用壓縮空氣為動力，將砂料高速噴射到鎂合金的表面，所述砂料選用40-230目的球形噴砂砂料或者50-200目的非球形噴砂砂料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的鎂合金表面處理方法，其特征在于，所述涂裝處理為有機涂裝處理，采用有機涂料進行噴涂或涂覆。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的鎂合金表面處理方法，其特征在于，在所述噴砂處理后、涂裝處理前將鎂合金在80-100°C的去離子水中超聲波清洗5-25分鐘，然后烘干。
8.一種采用如權(quán)利要求1-7任意一項所述的表面處理方法制得的鎂合金，包括鎂合金基體以及形成于鎂合金基體表面的膜層，其特征在于，所述膜層包括微弧氧化層、以及涂覆于微弧氧化層上的涂層，所述微弧氧化層由致密層所構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8所述的鎂合金，其特征在于，所述致密層的厚度為3-48μ m。
10.如權(quán)利要求8所述的鎂合金，其特征在于，所述涂層為有機膜層，厚度為15-40μ m。
全文摘要
一種鎂合金表面處理方法，包括下述步驟1)對鎂合金進行微弧氧化處理，在鎂合金表面形成微弧氧化膜層，所述微弧氧化膜層包括致密層和疏松層；2)對微弧氧化后的鎂合金進行噴砂處理去除疏松層；3)對鎂合金進行涂裝處理，在致密層上形成涂層。本發(fā)明還涉及采用上述鎂合金表面處理方法所制得的鎂合金，包括鎂合金基體以及形成于鎂合金基體表面的膜層，所述膜層包括微弧氧化層、以及涂覆于微弧氧化層上的涂層，所述微弧氧化層由致密層所構(gòu)成。本發(fā)明的鎂合金表面處理方法能夠顯著增強鎂合金的耐腐蝕性。
文檔編號C25D11/30GK102345150SQ20101024463
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者趙軍 申請人:比亞迪股份有限公司