镁及镁合金氟聚合物协合涂层处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种镁及镁合金的含氟聚合物协合涂层处理工艺，其特征在于：首先对镁及镁合金材料进行化学镀镍以制备协合涂层的基底层；然后对化学镀镍层进行扩孔处理；扩孔后在微孔及表面引入氟聚合物，并在真空状态下进行热处理使氟聚合物与化学镀镍层熔合为一体，形成协合涂层。采用本发明专利技术所述工艺，一是涂层硬度极高，耐磨性好；二是涂层中含有减摩物质氟聚合物，具有自润滑性能，可大幅度增加其耐磨性能；三是涂层中的氟聚合物能抵御大多数有害环境或腐蚀物质的浸蚀；四是涂层为干膜自润滑表面，具有干膜自润滑功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镁及镁合金的涂层处理，特别是一种镁及镁合金的含氟聚合物协合涂层处理工艺。
技术介绍
镁的化学性质很活泼。其标准电位为-2.37V，比其它金属的电位都低，抗蚀能力差，除在碱液、浓的氢氟酸和煤油中稳定外，与几乎所有的酸、盐类的水溶液作用都很强烈，在潮湿的环境，特别是海洋性气候中，很快锈蚀，必须采用专门的防护措施对镁合金材料进行表面保护，镁合金的应用才能大规模推广。为了提高镁合金的防锈能力，可以在镁合金中增加提高抗蚀能力的金属元素，或者采用合理的热处理规范；更为普遍采用的是在镁合金零件表面用化学氧化或电化学氧化方法生成一层致密完整的化学或电化学保护膜层，化学氧化可获得0.5～3μm的薄膜层，电化学氧化可获得10～40μm的厚膜层，由于化学氧化膜薄而软，电化学氧化膜质脆而多孔，故镁合金的氧化除作装饰和中间工序外，很少单独使用，需再在膜层表面进行喷漆或形成特种保护层，进一步达到防护和精饰的目的。另一方面，镁合金的推广应用，不但需要解决其自身所具有的易腐蚀问题，而且也要解决其耐磨性能差等缺陷问题，虽然已成功地开发出许多镁合金的表面处理方法，但寻找新的功能性防护方法仍是一大课题。近年来，科学工作者对镁合金的微弧陶瓷氧化技术和化学镀镍技术进行了广泛的研究；微弧氧化法实质上是一种高能硬质阳极氧化处理，依靠高能的引入，在阳极(制品)表面产生微弧放电现象，使镁合金表面熔化和氧化，形成一层含有氧化镁和氧化硅等产物的陶瓷状涂层，该涂层具有一定的抗蚀、抗磨损性能，显微硬度可达700HV，在9.8N的负荷下，厚的微弧陶瓷转化层可经受1000～3000次的磨损，经特殊封闭或涂漆后，可经受500小时或更长时间的5％中性盐雾试验考核，已在汽车、电脑等领域获得应用，但微弧氧化层表面粗糙度大、孔隙率高、易脆、与基体结合力有待提高，难以直接应用；化学镀镍同样可以为镁合金提供有效的保护，化学镀镍层具有硬度高、耐磨性好等优点，但镀层被损伤部位的镁合金基体的加速腐蚀问题、镀层无自润滑性能等限制了其应用。而对在海洋环境中使用的镁合金部件、各种严酷腐蚀环境中需要高耐蚀又必须具有减磨自润滑性能的部件、不宜涂漆的部件、与其它金属相接触的镁合金部件，则还没有理想的处理保护方法，因此，研究一种既耐蚀又耐磨的致密涂镀层的处理工艺一直是人们所期望的。金属表面协合改性涂层技术是一种新型表面复合改性涂层技术，在改善金属的涂覆层和表面处理性能的研究中，研究人员成功地借助于结合两种或多种材料及工艺过程的优点来获得期望的材料性能特征；如轻金属阳极氧化膜与控制渗入的低摩擦聚合物或润滑剂相结合，再通过精密处理对其进行改性，最终得到一种精密整体涂层并变成了金属零件的一个整体部份，这种涂层就是协合涂层，其综合性能超过一般意义上的复合涂层，其具有极大的应用价值。目前，该技术的主要应用对象是铝合金，最先由美国Nimet工业公司等研究开发形成了铝上Nituff协合涂层工艺，以及Tufram、Polylube、Hardtuf等类似工艺，并获得了工业应用；同样镁合金也可基于类似原理制备协合涂层，如美国General Magnaplate公司研究开发的镁及镁合金“Magnadize”氟聚合物协合涂层工艺、日本的高木等人开发的镁合金阳极氧化与氟聚合物共沉积涂层工艺等；镁合金的协合涂层处理工艺均是在阳极氧化的基础上制备的，由于镁合金阳极氧化膜的缺陷，镁合金的协合涂层工艺未获得实际应用；本专利技术申请人曾试图在微弧氧化膜基础上制备协合涂层，但并未成功。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决镁及镁合金的现有表面防护技术存在的不足，而提供的一种防护能力强、减摩及耐磨自润滑性能好的镁及镁合金氟聚合物协合涂层处理工艺。本专利技术的目的是这样实现的一种镁及镁合金氟聚合物协合涂层处理工艺，其特征在于首先对镁及镁合金材料进行化学镀镍以制备协合涂层的基底层；然后对化学镀镍层进行扩孔处理；扩孔后在微孔及表面引入氟聚合物；并在真空状态下进行热处理使氟聚合物与化学镀镍层熔合为一体，形成协合涂层。本专利技术以化学镀镍层作为协合涂层的基底层，与目前采用的以阳极氧化层作为协合涂层的基底层相比，阳极氧化层同基体结合力较差，表面粗糙，硬度较低，而化学镀镍层是靠基体材料自身催化起镀，与基体结合力好，表面平整，且硬度高。现有工艺是在大气状态下进行精密热处理过程的，工件易变形，氟聚合物易碳化分解，基底层微孔中的水份、空气或杂质不能彻底排除，对氟聚合物在微孔中的填充不利，而本工艺是在真空状态下完成的，工件不易变形，氟聚合物碳化分解的可能性小得多，基底层微孔中的水份、空气或杂质被彻底排除，利于氟聚合物在微孔中的填充。具体地说，本专利技术是这样的1、镁及镁合金的化学镀镍对镁及镁合金按常规先进行碱性脱脂和铬酸酸洗处理，水清洗后，在氢氟酸溶液中进行活化处理，生成一层致密化学转化层，随后在弱酸性化学镀镍浴中预镀镍，然后再在酸性化学镀镍浴中化学镀镍磷合金。在上述步骤中，进行活化处理的氢氟酸溶液浓度为20～200g/l，工艺条件为室温、5～20min；进行预镀镍处理的预镀镍浴含碱式碳酸镍、氢氟酸、柠檬酸、氟化氢铵、氨水和次亚磷酸钠，其中碱式碳酸镍含量范围为5～30g/l、氢氟酸(40％)含量范围为5～15ml/l、柠檬酸含量范围为3～10g/l、氟化氢铵含量范围为5～20g/l、氨水(25％)含量范围为20～50ml/l、次亚磷酸钠含量范围为10～30g/l，其pH5.5～7.5，温度为70～85℃，时间30～120min；进行化学镀镍磷合金处理的化学镀镍或采用挂镀，或采用滚镀，其镍磷合金镀浴主要成份包括镍盐、次亚磷酸盐、乳酸、柠檬酸、苹果酸、硫脲，其中镍盐或为硫酸镍或为氯化镍或为醋酸镍等，次亚磷酸盐可采用次亚磷酸钠，硫酸镍的含量为20-50g/l、次亚磷酸盐的含量范围为15～60g/l、苹果酸的含量范围为5～30g/l、乳酸的含量范围为5～20ml/l、柠檬酸的含量范围为0～5g/l、硫脲的含量为1mg/l，工艺条件为温度75～95℃，时间30～180min。上述活化处理的氢氟酸溶液浓度以60～160g/l为佳；上述预镀镍浴中碱式碳酸镍含量范围为10～15g/l、氢氟酸(40％)含量范围为8～12ml/l、柠檬酸含量范围为4～8g/l、氟化氢铵含量范围为10～15g/l、氨水(25％)含量范围为25～35ml/l、次亚磷酸钠含量范围为15～25g/l，pH6.0～6.5，温度为80±2℃，时间为60～90min为佳；上述镍磷合金镀浴的硫酸镍含量范围为25～35g/l、次亚磷酸盐的含量范围为20～40g/l、苹果酸的含量范围为10～20g/l、乳酸的含量范围为10～15ml/l、柠檬酸的含量范围为0.5～2g/l、硫脲的含量为1mg/l，工艺条件为温度为88±2℃，时间60～120min为佳。2、化学镀镍层的扩孔处理本专利技术对化学镀镍层进行扩孔的目的是保证后续的氟聚合物与其充分结合，发挥协同作用。扩孔处理可采用常规的硫酸溶液腐蚀处理或类似工艺。本专利技术所述的扩孔处理，其扩孔溶液含硫酸、镍盐、铁盐，其中镍盐或采用硫酸镍或氯化镍或醋酸镍或碳酸镍的形式加入，铁盐或采用硫酸铁或氯化铁等适合的形式加入，硫酸含量范围为15～50％，镍盐含量范围为0.01～5g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁及镁合金氟聚合物协合涂层处理工艺，其特征在于：首先对镁及镁合金材料进行化学镀镍以制备协合涂层的基底层；然后对化学镀镍层进行扩孔处理；扩孔后在微孔及表面引入氟聚合物，并在真空状态下进行热处理使氟聚合物与化学镀镍层熔合为一体，形成协合涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹洪庆，吕基成，吴厚昌，方敏，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]