一种镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂及成膜工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其成分为水溶液以及不溶于水溶液的还原石墨烯氧化物；其中水溶液中含有0.1～2.5mol/L的锶离子和0.06～1.5mol/L的磷酸根离子，水溶液的pH值为1.5～4.5；还原石墨烯氧化物的浓度为0.1～5mg/L。本发明专利技术还公开了一种镁合金用复合物化学转化膜的成膜工艺方法包括步骤：1)对镁合金基体表面进行前处理；2)将镁合金基体浸泡在本发明专利技术的成膜处理剂中；3)取出镁合金件并在空气中干燥。本发明专利技术还公开了一种镁合金复合物化学转化膜，该复合物化学转化膜由镁合金基体浸泡在本发明专利技术的成膜处理剂中形成。本发明专利技术所述的镁合金复合物化学转化膜具备优良的耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂及成膜工艺
本专利技术涉及一种成膜处理剂以及成膜工艺，尤其涉及一种用于镁合金表面的环保型复合物化学转化膜的成膜处理剂及其成膜工艺。
技术介绍
镁合金是新兴的轻质材料，因其具有优异的高比强度和比刚度，优良的电磁屏蔽性能，易于切削加工，易于回收且自然储量丰富等诸多优点，因此被广泛地应用在汽车及飞机等制造领域，故而镁合金也被誉为“21世纪的绿色工程材料”。然而，即使镁合金材料的耐腐蚀性要高于纯镁材料的耐腐蚀性，但是，较之于其他合金材料，镁合金仍然存在着耐腐蚀性能较低的不足之处。为此，将镁合金材料作为工程材料广泛地应用于制造领域所要面临的最大的挑战在于如何有效地提高镁合金材料的耐腐蚀性能。需要指出的是，现有技术中诸多已经被证明的对其它金属材料行之有效的降低金属腐蚀行为的方法并不适用于镁合金材料。表面改性技术作为一种重要的腐蚀保护方法可以通过在镁及其合金材料的表面生成一种具有保护性能的钝性膜来隔离镁合金与腐蚀环境之间的接触，从而改善、提高镁及其合金材料在其服役期间的耐腐蚀性能。通过表面改性处理技术来提高镁及其合金材料的耐腐蚀性能的方法主要包括：化学转化膜、惰性金属电镀涂层、微弧氧化、阳极氧化、杂化材料、有机涂层等等。其中，化学转化膜处理技术具有简单易行、无需特殊设备、适用于结构复杂和大尺度工件等优点。同时，化学转化膜可以大幅度地降低生产制造成本，因此被广泛地应用于相关的生产制造领域。目前，很多化学转化膜技术已经被陆续开发用来提高镁及其合金材料的耐腐蚀性能。由于现有技术中的各种多样性化学转化膜技术也存在着其各自固有的不足之处，因此无法有效地推广至大规模工业生产领域。例如，锡酸盐、稀土金属盐、离子液体和热熔盐为主要成分的化学转化膜的制备时间超长且原材料高成本；铬酸盐、氟化物以及矾酸盐对人体和自然环境都具有极高的致毒性而被很多国家和地区禁止使用；以硬脂酸为主要成分的化学转化膜需要极高的反应温度。与前述几种化学转化膜技术相比，磷酸盐化学转化膜技术具有生产成本较低和对环境影响较小的优点，因此，比较受到工业生产制造领域的欢迎。然而，现有的磷酸盐化学转化膜技术仅能够对镁及镁合金提供有限的保护能力。另外，有些磷酸盐化学转化膜的溶液成分对于涂覆有化学转化膜的镁合金材料所处的环境要求提出了一定的要求，例如，磷酸钙化学转化膜产品只能在一个酸碱度变化极小的区间内保持稳定，由此极大程度地限制此类化学转化膜技术在工程
的推广使用。公开号为CN1475602A，公开日为2004年2月18日，名称为“镁合金无铬化学转化膜制备方法及所用成膜溶液”的中国专利文献公开了一种镁合金无铬化学转化膜制备方法及所用的成膜溶液。该制备方法包括：1)机械预处理：研磨，除去异物；2)脱脂：用碱溶液洗涤；3)酸洗：用酸性溶液洗涤，除去表面氧化物；4)活化或整理：在温度为20～60℃情况下采用含氟的酸性溶液去除金属表面极薄的氧化膜及酸洗灰；5)成膜：将经前处理的镁合金样品浸入成膜溶液中，以获得磷酸盐化学转化膜；6)后处理：浸入碱性水溶液，温度为15～100℃，浸入时间为3～60分钟，将转化膜内层微孔进一步封闭即可得成品；所用成膜溶液成分由锰盐、磷酸盐、氟化物和水组成，配比为：1：1～5：0～0.5：10～200。虽然该中国专利文献所公开的成膜溶液具有良好的耐蚀性和漆膜附着性，但是其制备工艺相对复杂，并且在制备过程中需要采用含氟的酸性溶液，由此会对工作环境产生一定的影响。公开号为US20040001911A，公开日为2004年1月1日，名称为“磷化钙抗生素涂层”的美国专利文献公开了一种使用含有羟基磷灰石成分的溶液制成蒸汽喷涂在金属表面，最后靠冷却形成羟基磷灰石晶体状纤维为主体的化学转化膜。由于该美国专利文献所公开的化学转化膜的制备工艺相对较为复杂且实施要求严苛，其并不能大规模地应用于工业化领域。综上所述，工业界期望获得一种成本低、环境友好、抗腐蚀性能好且制备过程方便快捷的化学转化膜技术，使其能够广泛地推广至工业制造领域。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂。该成膜处理剂不含铬酸盐和氟化物，其无毒性且成本经济。此外，由该成膜处理剂在镁合金材料的表面上形成的膜层具备良好的耐腐蚀性能和优良的稳定性。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其成分为水溶液以及不溶于水溶液的还原石墨烯氧化物；其中，该水溶液中含有0.1～2.5mol/L的锶离子和0.06～1.5mol/L的磷酸根离子，水溶液的pH值为1.5～4.5；还原石墨烯氧化物的浓度为0.1～5mg/L。基于本专利技术的技术方案，上述成膜处理剂包括水溶液以及不溶于水溶液的还原石墨烯氧化物。上述成膜处理剂中不含有铬酸盐和氟化物，因此该成膜处理剂无毒性且环境友好。申请人发现，磷酸盐化学转化膜能对镁合金提供一定的保护功能，特别是磷酸锶盐本身具有较好的化学稳定性，能在一个酸碱度变化较大的区间保持稳定、为金属表面提供防护。制备该盐的制备溶液中应该含有0.1～2.5mol/L的锶离子和0.06～1.5mol/L的磷酸根离子。化学转化膜的反应速率随着成膜处理剂中的锶离子和磷酸根离子浓度的升高而加快。但锶离子和磷酸根离子浓度的升高也会缩小可以生成稳定的化学转化膜的酸碱度的控制区间，从而增加成膜处理剂转化为化学转化膜的难度。而且，锶离子或磷酸根离子的浓度如果太高，则容易生成其它杂质而产生缺陷，如果锶离子或磷酸根离子浓度太低，则形成的盐物质太少，不足以成致密膜层，故本专利技术分别选择0.1～2.5mol/L和0.06～1.5mol/L。而且，锶离子、磷酸根离子浓度以及水溶液的pH值的选择需要根据镁合金的产品质量和生产速率之间的优化平衡而决定。还原石墨烯氧化物添加后，在羟基磷酸锶的生成过程中该氧化物与其进一步地形成复合物共同沉淀在镁合金基体表面上，形成了致密耐蚀的复合涂层。还原石墨烯氧化物的浓度为0.1～5mg/L，如浓度太高，则膜层中致密度显著下降、附着力明显下降，不利于耐蚀性。将水溶液的pH值设定在1.5～4.5之间则是因为：在相对较低的酸碱度条件下(即弱酸条件下)，裹覆于镁合金表面的成膜处理剂的反应通常可以以较快的速率进行。如果水溶液的pH值过低，成膜处理剂的反应过程会变得不稳定，同时还会生成大量不必要的杂质。为此，基于本专利技术的技术方案中的锶及磷酸根离子的浓度，存在着一个可行的缓冲的酸碱度区间，在此酸碱度范围内，裹覆于镁合金表面的成膜处理剂所形成的化学转化膜具有相对稳定可靠的形成过程，并且可以最大程度地避免不必要杂质的产生。进一步地，上述锶离子与所述磷酸根离子的比值为1：(0.2～0.9)。在本专利技术所述的成膜处理剂的水溶液中，将锶离子与磷酸根离子之间的摩尔比控制为1:(0.2～0.9)是为了给水溶液提供一个锶离子和磷酸根离子之间的最佳配位平衡，以匹配最终在镁合金表面形成的复合物化学转化膜中的羟基磷酸锶[Sr10(PO4)6(OH)2]中的锶和磷酸根的摩尔比。另外，将锶离子与磷酸根离子之间的摩尔比控制在上述范围之内也可以有效地降低在化学转化膜制备过程中有可能产生的不必要的有害杂质。此外，需要指出的是，虽然正磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其特征在于，其成分为水溶液以及不溶于水溶液的还原石墨烯氧化物；其中所述水溶液中含有0.1～2.5mol/L的锶离子和0.06～1.5mol/L的磷酸根离子，所述水溶液的pH值为1.5～4.5；所述还原石墨烯氧化物的浓度为0.1～5mg/L。

【技术特征摘要】
1.一种镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其特征在于，其成分为水溶液以及不溶于水溶液的还原石墨烯氧化物；其中所述水溶液中含有0.1～2.5mol/L的锶离子和0.06～1.5mol/L的磷酸根离子，所述水溶液的pH值为1.5～4.5；所述还原石墨烯氧化物的浓度为0.1～5mg/L。2.如权利要求1所述的镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其特征在于，所述锶离子与所述磷酸根离子的比值为1：(0.2～0.9)。3.如权利要求1所述的镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其特征在于，所述锶离子来源自硝酸锶、氯化锶、醋酸锶、硼酸锶以及碘酸锶的至少其中之一。4.如权利要求3所述的镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其特征在于，所述锶离子来源自硝酸锶。5.如权利要求1所述的镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其特征在于，所述磷酸根离子来源自磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸钾以及磷酸氢钾的至少其中之一。6.如权利要求5所述的镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其特征在于，所述磷酸根离子来源自磷酸二氢铵。7.如权利要求5所述的镁合金用复合物化学转化膜的成膜处理剂，其特征在于，所述水溶液中含有酸性缓冲试剂以使水溶液的pH值为1.5～4.5。8.如权利要求7所述的镁合金用复合物化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世伟，唐伟能，陈晓博，柯聪，尼克·波比利斯，蒋浩民，张丕军，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31