鎂合金表面轉化膜的製備方法
2023-10-20 02:49:42 1
專利名稱：鎂合金表面轉化膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金表面防護技術，具體涉及一種鎂合金表面轉化膜的製備方法。
背景技術：
能源、環保問題促使材料研究工作者在材料合成、加工和產品設計的全過程中越來越重視產品的輕量化問題。鎂合金具有質量輕，阻尼性、散熱性以及屏蔽性能好，比強度高，加工、焊接、抗衝擊性能及尺寸穩定性良好等特性。同時，鎂及其合金的密度( 1.80g/ cm3)與人體密質骨的密度( 1. 75g/cm3)相近，遠低於鈦合金的密度( 4. 50g/cm3)；強度和彈性模量等綜合力學性能也與人體骨相近；鎂離子無毒，是人體內僅次於鉀的細胞內正離子。因此，鎂合金被廣泛地應用於航空航天、電子工業、汽車製造和生物硬組織置入材料等領域，是21世紀最富有開發和應用潛力的「綠色材料」。但是，鎂具有高的化學活性，極易被腐蝕，從而影響其表面形貌和力學性能，極大地限制了鎂合金的推廣應用。鎂合金表面防護是在鎂合金表面形成一個阻擋層，將腐蝕介質與基體隔開，阻擋腐蝕電流的形成，是一種有效的防腐方法。在冶金控制及新型合金開發取得決定性進展之前，通過各種表面處理技術來控制鎂合金的腐蝕，是當前業界最重要的研究課題。目前，鎂合金表面防護技術常用化學轉化(如鉻化、磷化等)、陽極氧化、微弧氧化、電鍍和表面有機塗漆等方法。鉻化、磷化面臨控制越來越嚴的環境問題；陽極氧化和微弧氧化不僅耗能，而且形成的陶瓷層易碎；電鍍對器件的形狀要求極高；而且前述方法都面臨複雜的前處理工藝，在惡劣條件下防腐蝕性能有限，需要將幾種技術綜合運用，形成複合防護層，如在轉化層表面塗覆有機塗漆形成複合防護層，但往往結合力難以保證，往往會起泡和脫落。因此，針對現有鎂合金表面防護技術所面臨的環境汙染、成本高、前處理步驟複雜、結合力以及惡劣條件下的耐腐蝕性差等幾個常見問題，需要對鎂合金表面防護技術進行改進，減少環境汙染，降低成本，提高鎂合金表面轉化膜的性能。
發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種鎂合金表面轉化膜的製備方法，所用試劑環境友好， 簡化前處理步驟，降低製備成本，提高轉化膜與基體鎂合金及表面有機塗漆的結合力。本發明的鎂合金表面轉化膜的製備方法，將鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡，在鎂合金材料的表面形成轉化膜。進一步，所述鎂合金材料中含有穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素；進一步，所述穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素為鋁、鋯、釔、鈰、鏑、鈥、 釤、釓、釹、鐠或鋱；進一步，所述鎂合金材料中穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素的質量百分含量為2%以上；進一步，所述植酸水溶液的PH值為2 8 ；進一步，所述植酸水溶液的PH值為6 ；進一步，所述植酸水溶液的濃度為0. lmg/mL 25mg/mL，所述鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡的時間為5 60分鐘；進一步，所述植酸水溶液的濃度為10mg/mL，所述鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡的時間為20分鐘；進一步，所述鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡前，先經過機加工、脫脂清洗和打磨的前處理步驟。本發明的有益效果在於本發明通過選擇環境友好型的植酸，在植酸水溶液中，利用植酸的氧化性將鎂合金表面的金屬元素氧化，被氧化後的正三價及更高價的金屬離子與植酸根作用形成配合物進而覆蓋在鎂合金的表面形成植酸轉化膜；本發明所用試劑環境友好，無需酸洗活化等步驟，簡化了前處理步驟，製備成本低，同時由於轉化膜上具有反應性的羥基，提高了轉化膜與基體鎂合金及表面有機塗漆的結合力。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中圖1為本發明製備得到的鎂合金表面轉化膜的表面形貌及元素分析結果；圖2為本發明製備得到的鎂合金表面轉化膜的紅外光譜分析結果；圖3為本發明製備得到的鎂合金表面轉化膜與表面塗漆之間的結合力測試結果。
具體實施例方式
以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。實施例1本實施例所採用的鎂合金材料為含鋁鎂合金，其元素組成及質量百分比為A1 6. 97%, Zn 0. 85%, Mn 0. 21%, Si 0. 18%、雜質彡 0. 15%、其餘為 Mg。1、機加工將含鋁鎂合金線切割為規定尺寸的樣品長X寬X高= IcmX IcmX Icm ；2、脫脂清洗將上述樣品放入乙醇中超聲清洗15分鐘；3、打磨將上述脫脂清洗後的樣品先後用400#、1000#碳化矽砂紙打磨工作面；4、清洗將上述打磨後的樣品依次用蒸餾水、乙醇清洗表面，再風乾；5、制膜在室溫條件下，將上述清洗後的樣品置入濃度為10mg/mL、pH值為5的植酸水溶液中，浸沒反應20分鐘，在樣品表面形成轉化膜，取出後依次用蒸餾水、乙醇清洗表面，再吹乾。實施例2本實施例所採用的鎂合金材料為含鋯鎂合金，其中鋯的質量百分含量為2%。1、機加工將含鋯鎂合金線切割為規定尺寸的樣品長X寬X高= IcmX IcmX Icm ；
4
2、脫脂清洗將上述樣品放入乙醇中超聲清洗15分鐘；3、打磨將上述脫脂清洗後的樣品先後用400#、1000#碳化矽砂紙打磨工作面；4、清洗將上述打磨後的樣品依次用蒸餾水、乙醇清洗表面，再風乾；5、制膜在室溫條件下，將上述清洗後的樣品置入濃度為5mg/mL、pH值為6的植酸水溶液中，浸沒反應20分鐘，在樣品表面形成轉化膜，取出後依次用蒸餾水、乙醇清洗表面，再吹乾。實施例3本實施例所採用的鎂合金材料為含釔鎂合金，其中釔的質量百分含量為5%。1、機加工將含釔鎂合金線切割為規定尺寸的樣品長X寬X高= IcmX IcmX Icm ；2、脫脂清洗將上述樣品放入乙醇中超聲清洗15分鐘；3、打磨將上述脫脂清洗後的樣品先後用400#、1000#碳化矽砂紙打磨工作面；4、清洗將上述打磨後的樣品依次用蒸餾水、乙醇清洗表面，再風乾；5、制膜在室溫條件下，將上述清洗後的樣品置入濃度為0. lmg/mL、pH值為8的植酸水溶液中，浸沒反應60分鐘，在樣品表面形成轉化膜，取出後依次用蒸餾水、乙醇清洗表面，再吹乾。實施例4本實施例所採用的鎂合金材料為含鋁鎂合金，其中鋁的質量百分含量為3%。1、機加工將含鋁鎂合金線切割為規定尺寸的樣品長X寬X高= IcmX IcmX Icm ；2、脫脂清洗將上述樣品放入乙醇中超聲清洗15分鐘；3、打磨將上述脫脂清洗後的樣品先後用400#、1000#碳化矽砂紙打磨工作面；4、清洗將上述打磨後的樣品依次用蒸餾水、乙醇清洗表面，再風乾；5、制膜在室溫條件下，將上述清洗後的樣品置入濃度為25mg/mL、pH值為2的植酸水溶液中，浸沒反應5分鐘，在樣品表面形成轉化膜，取出後依次用蒸餾水、乙醇清洗表面，再吹乾。本發明的鎂合金表面轉化膜的製備方法還適用於其它含有穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素的鎂合金，例如含鈰、鏑、鈥、釤、釓、釹、鐠或鋱的鎂合金；在實際應用中，需要綜合考慮植酸轉化膜的質量和鎂合金的力學性能及其它性能，合理添加穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素。將上述實施例製備得到的鎂合金表面轉化膜進行如下測試1、表面形貌及元素分析用攜帶有EDS的掃描電子顯微鏡對實施例1製備得到的鎂合金表面轉化膜進行表面形貌分析及面掃描元素分析，結果見圖1。由圖1可知，AZ61鎂合金表面0和P等植酸分子的特徵元素存在以及兩種特徵元素在表面的分布區域(如圖1中b和c所示)與鎂合金表面轉化膜的微觀形貌(如圖1中 a所示)體現出的高度一致性，都表明了植酸轉化膜的形成。0、P兩種元素在絕大部分區域的濃度都很大，AZ61鎂合金組成元素Al與植酸分子的0、P兩種元素在表面分布上呈現高度一致性(如圖1中d所示)，同時具有比基體鎂合金中更大的濃度分布；而鎂合金基體中佔絕對濃度的金屬鎂在植酸轉化膜中的濃度分布卻剛好與0、P兩種特徵元素相反(如圖1中e所示)；上述現象說明植酸轉化膜的形成主要是合金中Al元素氧化產物(鋁離子Al3+)與植酸根作用形成的，鎂離子與植酸根的作用在對植酸成膜是沒有起作用；又因為已知植酸與二價金屬離子都有很強的形成配位鍵的能力，所以，可以判斷大量的鎂離子與植酸形成的配合物分散到溶液中，而植酸與鋁離子形成牢固配位鍵結合的化合物沉積在鎂合金表面，使轉化膜與基體之間以配位共價鍵相結合。鎂離子、鋅離子和鋁離子與植酸根的作用如下所示(H2Lltl-, H3U
同電離程度的植酸根)
權利要求
1.一種鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於將鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡，在鎂合金材料的表面形成轉化膜。
2.根據權利要求1所述的鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於所述鎂合金材料中含有穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素。
3.根據權利要求2所述的鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於所述穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素為鋁、鋯、釔、鈰、鏑、鈥、釤、釓、釹、鐠或鋱。
4.根據權利要求3所述的鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於所述鎂合金材料中穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素的質量百分含量為2%以上。
5.根據權利要求1至4任意一項所述的鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於 所述植酸水溶液的PH值為2 8。
6.根據權利要求5所述的鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於所述植酸水溶液的PH值為6。
7.根據權利要求1至4任意一項所述的鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於 所述植酸水溶液的濃度為0. lmg/mL 25mg/mL，所述鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡的時間為5 60分鐘。
8.根據權利要求7所述的鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於所述植酸水溶液的濃度為10mg/mL，所述鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡的時間為20分鐘。
9.根據權利要求1至4任意一項所述的鎂合金表面轉化膜的製備方法，其特徵在於 所述鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡前，先經過機加工、脫脂清洗和打磨的前處理步驟。
全文摘要
本發明公開了一種鎂合金表面轉化膜的製備方法，將鎂合金材料在植酸水溶液中浸泡，在鎂合金材料的表面形成轉化膜；所述鎂合金材料中含有穩定氧化價態大於或等於正三價的合金元素；本發明通過選擇環境友好型的植酸，在植酸水溶液中，利用植酸的氧化性將鎂合金表面的金屬元素氧化，被氧化後的正三價及更高價的金屬離子與植酸根作用形成配合物進而覆蓋在鎂合金的表面形成植酸轉化膜；本發明所用試劑環境友好，無需酸洗活化等步驟，簡化了前處理步驟，製備成本低，同時由於轉化膜上具有反應性的羥基，提高了轉化膜與基體鎂合金及表面有機塗漆的結合力。
文檔編號C23C22/57GK102268668SQ201110214328
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者李蘭蘭, 楊旭, 賀建 申請人:中國人民解放軍第三軍醫大學