專利名稱：鎂鋰合金酸性浸鋅溶液及浸鋅方法
技術領域：
本發明涉及的是一種合金材料的表面處理液。具體地說是一種鑄造鎂鋰合金電鍍 及化學鍍前預處理的酸性浸鋅溶液。本發明還涉及一種鑄造鎂鋰合金的浸鋅方法。屬于無 機金屬材料領域。
背景技術：
鎂鋰合金是目前最輕的金屬結構材料，具有超輕高強的特點，并且具有優良的電 磁屏蔽能力及抗震性、韌性好、抗彎強度大、容易變形加工等優點，是宇航、兵器、汽車、電 子、軍事等領域中優選的一類結構材料。目前國內外鎂鋰合金的研究主要集中在高性能合 金的制備和性能等方面。研究方向主要集中在熔鑄，制備工藝和力學、機械性能等。合金中 的鋰元素的加入在提高塑性、改善延展性和降低合金密度的同時，也顯著降低了其抗蝕性 能。鎂鋰合金的耐蝕性差是制約其應用的關鍵因素，因此，研究提高合金耐蝕性的表面處理 方法具有重要的現實意義。提高一般鎂合金耐蝕性的方法有很多如化學轉化，電鍍或化學 鍍、陽極氧化、氣相沉積、微弧氧化、離子注入等，而目前提高鎂鋰合金耐蝕性的方法主要集 中在化學轉化、電鍍、化學鍍和陽極氧化等。鑄造鎂鋰合金，即鑄件與壓鑄件用的鎂鋰合金。 對鑄造鎂鋰合金表面電鍍前需進行特殊的預處理，其方法主要有浸鋅法和化學鍍鎳法。對 鑄造鎂鋰合金表面化學鍍前也需進行特殊的預處理，其方法主要有浸鋅法和直接化學鍍。 鎂鋰合金的浸鋅法一般用的是堿性浸鋅法，其主要成分為硫酸鋅30g/L，焦磷酸鈉120g/ L，氟化鈉或氟化鋰3-5g/L，碳酸鈉5g/L，pH 10. 2-10. 4，溫度70_80°C，時間3-lOmin。該方 法需要的浸鋅溫度較高，并且需要二次浸鋅才能獲得良好的置換鋅層。由于堿性的浸鋅溶 液使鎂鋰合金基體遭受到了嚴重的腐蝕，無法滿足對零件尺寸的精密要求，因此堿性浸鋅 工藝已經越來越不適用于鎂鋰合金。隨著3C電子產品的迅猛發展，對酸性浸鋅的需求也越 來越高漲，酸性浸鋅溶液的研究具有重要意義。

發明內容
本發明的目的在于提供一種操作簡便、條件溫和，節能、毒害性小且成本低廉的鎂 鋰合金酸性浸鋅溶液。本發明的目的還在于提供一種基于本發明的鎂鋰合金酸性浸鋅溶液 的浸鋅方法本發明的目的是這樣實現的本發明的鎂鋰合金酸性浸鋅溶液是通過如下步驟所獲得的混合液(1)氯化鋅70_75g用蒸餾水充分溶解，得到氯化鋅溶液；(2)蘋果酸8-lOg用蒸餾水充分溶解，得到蘋果酸溶液；(3)氟化鈉4_5g/L用蒸餾水充分溶解，得到氟化鈉溶液；(4)將2ml乳酸加入蘋果酸溶液中，充分攪拌，得到混合液A ；(5)將氯化鋅溶液在不斷攪拌下加入混合液A中，使鋅離子充分 絡合，得到混合液 B ；
(6)將氟化鈉溶液在攪拌下倒入混合液B中，并且充分攪拌；(7)加蒸餾水稀釋到1升的體積；(8)用氨水調節pH至4.0 ；(9)用濾紙過濾得到酸性浸鋅溶液。
基于本發明的鎂鋰合金酸性浸鋅溶液的浸鋅方法為(1)將鎂鋰合金進行打磨，然后采用以鉻酐、硝酸鐵、氟化鉀為主要成分的浸蝕液 進行浸蝕，溫度為室溫，時間1. 5min ；(2)將經過浸蝕后的鎂鋰合金用冷水清洗，再用流動水清洗；(3)將經過清洗的鎂鋰合金放入磷酸、氟化氫銨溶液中進行活化，溫度為室溫，時 間 1. 5min ；(4)將經過活化后的鎂鋰合金用流動水清洗；(5)緩慢將酸性浸鋅溶液升溫至40°C ；(6)將處理好的鎂鋰合金浸入酸性浸鋅溶液中進行浸鋅處理，在浸鋅過程中，要不 斷抖動試樣，使吸附在試樣表面的氫氣脫附，浸鋅時間為120s ；(7)將浸鋅后的鎂鋰合金試樣取出，用流動水充分水洗，烘干；所述的酸性浸鋅溶液是通過如下步驟所獲得的混合液1)氯化鋅70_75g用蒸餾水充分溶解，得到氯化鋅溶液；2)蘋果酸8-lOg用蒸餾水充分溶解，得到蘋果酸溶液；3)氟化鈉4_5g/L用蒸餾水充分溶解，得到氟化鈉溶液；4)將2ml乳酸加入蘋果酸溶液中，充分攪拌，得到混合液A ；5)將氯化鋅溶液在不斷攪拌下加入混合液A中，使鋅離子充分絡合，得到混合液 B ；6)將氟化鈉溶液在攪拌下倒入混合液B中，并且充分攪拌；7)加蒸餾水稀釋到1升的體積；8)用氨水調節pH至4.0 ；9)用濾紙過濾。所述的蘋果酸為L-蘋果酸。本發明采用氯化鋅作為主鹽，蘋果酸作為主配位劑及酸度調節劑，乳酸作為輔助 配位劑，氟化鈉作為添加劑，氨水作為PH調節劑配制成酸性浸鋅溶液。酸性浸鋅的置換反 應發生較堿性進行得要緩慢一些，鋅的還原速度減慢。采用該體系一次浸鋅就可以得到薄 并且平整光滑，鋅顆粒呈現球狀，大小均勻、細小致密的酸性浸鋅層，浸鋅層對基體的覆蓋 程度很高。經過酸性浸鋅后無論進行電鍍還是化學鍍，得到的鍍層性能優異。該法配制成 本低，配制步驟少，操作簡單，反應條件溫和，減緩了強堿性浸鋅溶液對鎂鋰合金基體造成 的強烈腐蝕，環保節能，需要控制的條件少而且易于做到，很有希望應用于大規模生產。用氨水調節條件下，浸鋅層顆粒呈現光滑的非常規則的球狀，浸鋅層對鎂鋰合金 表面覆蓋度大，且較均勻致密，提高了基體的耐蝕性，酸性浸鋅層的膜電阻最高為836. 9Ω， 穩定電位在-1. OOV左右。鑄造鎂鋰合金的酸性浸鋅溶液用蘋果酸作為酸度調節劑，代替酸性浸鋅溶液中常 用的氫氟酸是酸性浸鋅技術上的突破，本發明得到的酸性浸鋅溶液的新配方，首先減少了主鹽的濃度，其次通過氟化鈉和蘋果酸、乳酸的配合提高了酸性浸鋅溶液的性能，減少對實 驗設備的腐蝕，提高了實驗的安全系數。本發明比其它方法工藝簡單，易于控制，成本低廉， 對鎂鋰合金基體腐蝕的程度小，鋅晶粒的形態、均勻度、致密度、覆蓋度都比較好。與傳統 強堿性浸鋅溶液相比，滿足對零件尺寸精密程度的要求，配位劑不含氰化物，有利于環境保 護，有利于操作人員的身體健康，能夠實現綠色生產。鎂鋰合金浸鋅后與后續鍍層結合力良 好。


圖Ia-圖Ig為鎂鋰合金利用本發明的酸性浸鋅溶液浸鋅后所得酸性浸鋅層的SEM 圖，其中圖Ia為放大100倍、圖Ib為放大200倍、圖Ic為放大500倍、圖Id為放大2000 倍、圖Ie為放大5000倍、圖If為放大10000倍、圖Ig為放大30000倍。圖2為鎂鋰合金基體在3. 5% NaCl溶液中的EIS譜圖。圖3為鎂鋰合金酸性浸鋅層在3. 5% NaCl溶液中的EIS譜圖。圖4為EIS的等效電路圖，其中Re為溶液電阻，它是參比電極的Luggin毛細管管 口與研究電極之間的溶液歐姆阻抗，Cf為膜電容，Rf為膜電阻；Ct為研究電極/溶液界面雙 電層電容，Rt為研究電極的電化學反應電阻。圖5為鎂鋰合金基體在實例的酸性浸鋅溶液中浸鋅過程的時間_電位曲線。由圖 可知浸鋅剛開始時電位隨時間急劇增加，200s左右時，電位隨時間上升的速度減緩，1000s 左右時，電位非常小幅度的上下波動變化，但基本穩定在-1. OOV左右。由分析可知，酸性浸 鋅的反應時間在2min左右最優。圖6的表1為等效電路的元件值。由表可知鎂鋰合金酸性浸鋅層大大提高了基體 的耐蝕性。
具體實施例方式下面舉例對本發明做更詳細地描述本實施方式是一種操作簡便、條件溫和，節能、毒害性小且成本低廉的一種鑄造鎂 鋰合金的含L-蘋果酸的酸性浸鋅溶液的新方法。A)鎂鋰合金試樣打磨，然后采用以鉻酐、硝酸鐵、氟化鉀為主要成分的浸蝕，溫度 為室溫，時間1. 5min ；B)將經過A)浸蝕后的試樣用冷水清洗，再用流動水清洗；C)將經過B)的試樣放入磷酸、氟化氫銨溶液中進行活化，溫度為室溫，時間 1. 5min ；D)將經過C)活化后的試樣用流動水清洗；E)將經過D)后的試樣放入酸性浸鋅溶液中進行浸鋅處理。鎂鋰合金酸性浸鋅溶液的配制方法及浸鋅的工藝規范如下(實驗所用試劑及蒸 餾水均為分析純)1)取氯化鋅75g/L用蒸餾水充分溶解；2)取蘋果酸10g/L用蒸餾水充分溶解；3)取氟化鈉5g/L用蒸餾水充分溶解；
4)取2ml/L乳酸加入步驟2)的蘋果酸溶液中，充分攪拌；5)將1)在不斷攪拌下加入步驟4)所形成的溶液中，使鋅離子充分絡合；6)將3)在攪拌下倒入步驟5)所形成的溶液中，并且充分攪拌；7)加蒸餾水稀釋到規定的體積；8)用氨水調節pH至4. 0 ；9)用濾紙過濾酸性浸鋅溶液；10)緩慢將酸性浸鋅溶液升溫至40°C ；11)將處理好的鎂鋰合金試樣浸入酸性浸鋅溶液中進行浸鋅處理，在浸鋅過程中，要不斷抖動試樣，使吸附在試樣表面的氫氣脫附。浸鋅時間為120s ；12)將浸鋅后的鎂鋰合金試樣取出，用流動水充分水洗，烘干。
權利要求
一種鎂鋰合金酸性浸鋅溶液，其特征是通過如下步驟所獲得的混合液(1)氯化鋅70-75g用蒸餾水充分溶解，得到氯化鋅溶液；(2)蘋果酸8-10g用蒸餾水充分溶解，得到蘋果酸溶液；(3)氟化鈉4-5g/L用蒸餾水充分溶解，得到氟化鈉溶液；(4)將2ml乳酸加入蘋果酸溶液中，充分攪拌，得到混合液A；(5)將氯化鋅溶液在不斷攪拌下加入混合液A中，使鋅離子充分絡合，得到混合液B；(6)將氟化鈉溶液在攪拌下倒入混合液B中，并且充分攪拌；(7)加蒸餾水稀釋到1升的體積；(8)用氨水調節pH至4.0；(9)用濾紙過濾得到酸性浸鋅溶液。
2.一種鎂鋰合金酸性浸鋅溶液的浸鋅方法，其特征是(1)將鎂鋰合金進行打磨，然后采用以鉻酐、硝酸鐵、氟化鉀為主要成分的浸蝕液進行 浸蝕，溫度為室溫，時間1. 5min ；(2)將經過浸蝕后的鎂鋰合金用冷水清洗，再用流動水清洗；(3)將經過清洗的鎂鋰合金放入磷酸、氟化氫銨溶液中進行活化，溫度為室溫，時間 1. 5min ；(4)將經過活化后的鎂鋰合金用流動水清洗；(5)緩慢將酸性浸鋅溶液升溫至40°C；(6)將處理好的鎂鋰合金浸入酸性浸鋅溶液中進行浸鋅處理，在浸鋅過程中，要不斷抖 動試樣，使吸附在試樣表面的氫氣脫附，浸鋅時間為120s ；(7)將浸鋅后的鎂鋰合金試樣取出，用流動水充分水洗，烘干； 所述的酸性浸鋅溶液是通過如下步驟所獲得的混合液1)氯化鋅70-75g用蒸餾水充分溶解，得到氯化鋅溶液；2)蘋果酸8-10g用蒸餾水充分溶解，得到蘋果酸溶液；3)氟化鈉4-5g/L用蒸餾水充分溶解，得到氟化鈉溶液；4)將2ml乳酸加入蘋果酸溶液中，充分攪拌，得到混合液A；5)將氯化鋅溶液在不斷攪拌下加入混合液A中，使鋅離子充分絡合，得到混合液B；6)將氟化鈉溶液在攪拌下倒入混合液B中，并且充分攪拌；7)加蒸餾水稀釋到1升的體積；8)用氨水調節pH至4.0；9)用濾紙過濾。
全文摘要
本發明提供的是一種鎂鋰合金酸性浸鋅溶液及浸鋅方法。本發明采用氯化鋅作為主鹽，蘋果酸作為主配位劑及酸度調節劑，乳酸作為輔助配位劑，氟化鈉作為添加劑，氨水作為pH調節劑配制成鎂鋰合金酸性浸鋅溶液。采用本發明的鎂鋰合金酸性浸鋅溶液一次浸鋅就可以得到薄并且平整光滑，鋅顆粒呈現球狀，大小均勻、細小致密的酸性浸鋅層，浸鋅層對基體的覆蓋程度很高。經過酸性浸鋅后無論進行電鍍還是化學鍍，得到的鍍層性能優異。該法配制成本低，配制步驟少，操作簡單，反應條件溫和，減緩了強堿性浸鋅溶液對鎂鋰合金基體造成的強烈腐蝕，環保節能，需要控制的條件少而且易于做到，很有希望應用于大規模生產。
文檔編號C23C18/18GK101831641SQ20101017302
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月17日 優先權日2010年5月17日
發明者劉望, 張家軍, 黃曉梅 申請人:哈爾濱工程大學