專利名稱：鎂合金磷化溶液及其磷化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金表面防腐處理技術(shù)，具體涉及一種鎂合金磷化溶液及鎂合金表面磷化處理工藝。
背景技術(shù)：
鎂合金是金屬結(jié)構(gòu)材料中比重最小的一種，由于它具有比強度高，比剛度高，電磁屏蔽好，減震性好等特點，在航空工業(yè)及電子通訊中得到日益廣泛的應(yīng)用。但是鎂合金的電極電位很負(-2.34KV)，化學(xué)穩(wěn)定性很低，耐蝕性差，在大多數(shù)介質(zhì)中，鎂合金都不穩(wěn)定，不耐蝕。解決鎂合金的腐蝕防護問題，可以從控制雜質(zhì)含量，制備高純合金，發(fā)展新的耐蝕合金離子注入及激光表面改性等幾方面入手。而對于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，采用保護膜和涂層處理，是最為經(jīng)濟易行的方法。
美國Dow Chemical公司在鎂合金上得到了鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜，著名的Dow7工藝采用鉻酸鈉和氟化鎂，在鎂合金表面生成鉻鹽及金屬膠狀物，具有一定抗蝕能力。但采用六價鉻污染環(huán)境，因此，目前研究方向是尋找環(huán)保型無鉻轉(zhuǎn)化膜工藝。
公開號為CN1317598A的《鎂合金表面處理方法及鎂合金構(gòu)件》得到了一種磷酸鎂膜，但卻沒得到磷酸鋅膜，而在鋼鐵及鋁上的實踐證明，磷酸鋅膜對耐蝕、潤滑及漆膜都是有益的。
正因為鎂合金化學(xué)活潑性很高，如果不經(jīng)過表面處理就涂漆，漆膜的結(jié)合力及耐蝕性都不好。而經(jīng)過鋅鹽磷化處理后涂漆，可以大大提高的漆膜的結(jié)合力和質(zhì)量。但目前還沒有鎂合金的鋅鹽磷化工藝。
公開號為CN1268582A及CN1475602A的專利都公開了一種含錳的磷化膜，膜層中不含有鋅及磷酸鋅。膜的厚度偏低，耐蝕性及潤滑性能不如鋅鹽磷化膜好。
另外，鎂金屬比鐵及鋁活潑，即使在低溫下磷化速度也很快，往往易形成基體腐蝕及磷化膜結(jié)晶粗大的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠獲得磷酸鋅膜的鎂合金磷化溶液及鎂合金表面磷化工藝，以克服目前鎂合金磷化工藝存在的上述缺點。
本發(fā)明鎂合金磷化溶液，是由以下成分組成的水溶液，即每升該溶液中含有氧化鋅 1～4.5克磷酸 10～45克絡(luò)合劑酒石酸鈉 0～20克促進劑硝酸鈉0.1～6克腐蝕抑制劑氟化鈉0.5～4.5克。
用本發(fā)明所述的磷化溶液進行鎂合金表面磷化的工藝方法，其工藝流程為鎂合金工件表面脫脂并除去氧化膜→水洗→磷化→水洗→烘干；工藝流程中的磷化步驟具體為將前處理后的鎂合金工件浸漬靜置于用磷酸或氫氟化鈉調(diào)至PH值為1～4.5的上述磷化溶液中進行，其工作溫度為15～80℃，磷化時間為0.1～50分鐘。
采用本發(fā)明之磷化工藝，鎂合金部件在鋅鹽和磷酸鹽組成的鋅鹽磷化液中處理，在其表面可獲得保護性能好、厚度超過鉻酸鹽膜的、細致均勻的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。這種轉(zhuǎn)化膜起屏障作用，穩(wěn)定、附著力強，能夠有效地阻止腐蝕介質(zhì)對基體的侵蝕，使鎂合金的零部件的抗腐蝕性及表觀發(fā)生本質(zhì)的改進，使之在實際應(yīng)用的環(huán)境中得到充分的保護，保證鎂合金零部件的壽命。本發(fā)明鎂合金磷化工藝易于控制，工藝穩(wěn)定，成本低。


圖1是鎂合金上的鋅鹽磷化膜的XRD結(jié)果；圖2是實施例1的鎂合金試樣上的鋅鹽磷化膜的SEM照片。
具體實施例方式
實施例1對AZ91D鎂合金壓鑄件試樣的磷化處理。
按下述配方制得鎂合金磷化溶液氧化鋅 1克/每升水溶液磷酸 10克/每升水溶液促進劑硝酸鈉 6克/每升水溶液腐蝕抑制劑氟化鈉 0.5克/每升水溶液將AZ91D鎂合金試樣表面脫脂并除去氧化膜后進行水洗，然后放入并浸沒于用磷酸或氫氟化鈉調(diào)至PH值為2.6的上述配制好的磷化溶液中，在25℃下靜置3分鐘，然后水洗、烘干。按本發(fā)明工藝得到的磷化膜的SEM照片見附圖2。
實例2對AZ91D鎂合金壓鑄件試樣的磷化處理。
按下述配方制得鎂合金磷化溶液氧化鋅3克/每升水溶液磷酸 3克/每升水溶液絡(luò)合劑酒石酸鈉4克/每升水溶液促進劑硝酸鈉 0.1克/每升水溶液腐蝕抑制劑氟化鈉 4.5克/每升水溶液將AZ91D鎂合金試樣表面脫脂并除去氧化膜后進行水洗，然后放入并浸沒于用磷酸或氫氟化鈉調(diào)至PH值為4.5的上述配制好的磷化溶液中，在15℃下靜置3分鐘，然后水洗、烘干。
實例3對AZ91D鎂合金壓鑄件試樣的磷化處理。
按下述配方制得鎂合金磷化溶液氧化鋅 2克/每升水溶液磷酸 13克/每升水溶液絡(luò)合劑酒石酸鈉 5克/每升水溶液促進劑硝酸鈉 2克/每升水溶液腐蝕抑制劑氟化鈉 0.5克/每升水溶液將AZ91D鎂合金試樣表面脫脂并除去氧化膜后進行水洗，然后放入并浸沒于用磷酸或氫氟化鈉調(diào)至PH值為3.1的上述配制好的磷化溶液中，在49℃下靜置50分鐘，然后水洗、烘干。
實例4對AZ91D鎂合金壓鑄件試樣的磷化處理。
按下述配方制得鎂合金磷化溶液氧化鋅 3克/每升水溶液磷酸 45克/每升水溶液絡(luò)合劑酒石酸鈉 20克/每升水溶液促進劑硝酸鈉 2克/每升水溶液腐蝕抑制劑氟化鈉 0.5克/每升水溶液將AZ91D鎂合金試樣表面脫脂并除去氧化膜后進行水洗，然后放入并浸沒于用磷酸或氫氟化鈉調(diào)至PH值為1.9的上述配制好的磷化溶液中，在49℃下靜置5分鐘，然后水洗、烘干。
實例5對AZ91D鎂合金壓鑄件試樣的磷化處理。
按下述配方制得鎂合金磷化溶液氧化鋅4.5克/每升水溶液磷酸 45克/每升水溶液絡(luò)合劑酒石酸鈉20克/每升水溶液促進劑硝酸鈉 6克/每升水溶液腐蝕抑制劑氟化鈉 0.5克/每升水溶液將AZ91D鎂合金試樣表面脫脂并除去氧化膜后進行水洗，然后放入并浸沒于用磷酸或氫氟化鈉調(diào)至PH值為1.9的上述配制好的磷化溶液中，在80℃下靜置0.1分鐘，然后水洗、烘干。
以上各實施例進行鎂合金的鋅鹽磷化的實施效果見下表.

注鹽霧試驗按ASTM B-117進行。
本發(fā)明中的絡(luò)合劑可以保證溶液的穩(wěn)定，對阻止磷化膜上的浮灰有著重大作用。絡(luò)合劑為酒石酸鈉，并可用下列藥品之一或兩種及兩種以上的混合物代替酒石酸及其鹽，蘋果酸及其鹽，檸檬酸及其鹽，丁二酸及其鹽。
本發(fā)明中的促進劑可以加速磷化反應(yīng)，同時可以細化結(jié)晶，保證膜層質(zhì)量有著重大作用。可阻止粗大磷化結(jié)晶的形成，使結(jié)晶細致，均勻。促進劑為硝酸鈉，并可用下列藥品之一或兩種及兩種以上的混合物代替鹽酸羥胺，硫酸羥胺，氯酸鹽，硝酸鹽，亞硝酸鹽，有機磺酸鹽，有機苯磺酸鹽，雙氧水，鉬酸鹽，鋯酸鹽，釩酸鹽及偏釩酸鹽，鑭鹽，鈰鹽，鈮鹽，釷鹽，釹鹽，鐠鹽。
本發(fā)明中的腐蝕抑制劑可阻止磷化膜的腐蝕，以形成良好的膜層。腐蝕抑制劑為氟化鈉，并可用下列藥品之一或兩種及兩種以上的混合物代替氟化物，氫氟酸，氟化氫鹽，氟硼酸鹽。
如果作為涂漆層的前處理工藝，為進一步得到細而薄的結(jié)晶磷化層，草酸鈦基的活化劑可用于鋅鹽磷化前。
所得鋅鹽磷化膜浸油、皂化液或封閉劑后用于防腐防銹有良好效果。
按本發(fā)明工藝得到的磷化膜的成分見附圖一中的XRD結(jié)果。由圖可見，磷化膜的主要成分是Zn3(PO4)2·4H2O、AlPO4、MgZn2(PO4)2和單質(zhì)Zn，其結(jié)晶細致，晶粒度為20～100nm。。
據(jù)分析，磷化膜的反應(yīng)方程式如下
該磷化膜與油或油漆的結(jié)合大大改善了鎂合金在腐蝕條件下的耐穿透性。在遭到劃傷、沖擊和彎曲應(yīng)力時，明顯增加了油漆層與金屬底層的附著力，該磷化膜厚度在0.01～60μm范圍內(nèi)根據(jù)磷化時間可調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金磷化溶液，是由以下成分組成的水溶液，即每升該溶液中含有氧化鋅 1～4.5克磷酸 10～45克絡(luò)合劑酒石酸鈉 0～20克促進劑硝酸鈉 0.1～6克腐蝕抑制劑氟化鈉 0.5～4.5克。
2.一種用權(quán)利要求1所述的磷化溶液進行鎂合金表面磷化的工藝方法，其工藝流程為鎂合金工件表面脫脂并除去氧化膜→水洗→磷化→水洗→烘干；工藝流程中的磷化步驟具體為將前處理后的鎂合金工件浸漬靜置于用磷酸或氫氟化鈉調(diào)至PH值為1～4.5的權(quán)利要求1所述的磷化溶液中進行磷化處理，其工作溫度為15～80℃，磷化時間為0.1～50分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂合金磷化溶液及其磷化工藝。鎂合金磷化溶液，是由以下成分組成的水溶液，即每升該溶液中含有氧化鋅1～4.5克、磷酸10～45克、絡(luò)合劑酒石酸鈉0～20克、促進劑硝酸鈉0.1～6克、腐蝕抑制劑氟化鈉0.5～4.5克。其磷化工藝流程為鎂合金工件表面脫脂并除去氧化膜→水洗→磷化→水洗→烘干；磷化溫度為15～80℃，時間為0.1～50分鐘。本發(fā)明之磷化工藝，在鎂合金部件表面可獲得保護性能好、厚度超過鉻酸鹽膜的、細致均勻的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。該膜穩(wěn)定、附著力強，可提高鎂合金零部件的抗腐蝕性及使用壽命；磷化工藝穩(wěn)定易于控制，成本低。
文檔編號C23C22/36GK1598055SQ20041001101
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月2日
發(fā)明者李光玉, 牛麗媛, 連建設(shè), 江中浩, 劉先黎, 陳積偉 申請人:吉林大學(xué)