一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法，通过在镁合金表面以离子注入的方式注入稀土铈离子，形成“锚固”点以提高转化膜层与镁合金表面的密合性；同时，在镁合金表面施加含有金属含氧酸盐和含巯基的硅烷为成膜剂的表面处理剂，并对表面处理剂的种类和组成进行筛选、以及处理工艺进行改进，最终制备得到膜层致密，防腐蚀性能良好的转化膜层，所述转化膜层在后续冷加工时能够提供良好的润滑性、耐碱性和涂装性。

A Chemical Conversion Coating on Magnesium Alloy Surface and Its Preparation Method

The invention provides a chemical conversion film on the surface of magnesium alloy and a preparation method thereof. By implanting rare earth cerium ion into the surface of magnesium alloy by ion implantation, an anchoring point is formed to improve the adhesion between the conversion film and the surface of magnesium alloy. Meanwhile, a surface treatment agent containing metal oxygenates and silane containing sulfhydryl group is applied on the surface of magnesium alloy, and a surface treatment agent is applied to the surface. The type and composition of the treatment agent are screened, and the treatment process is improved. Finally, a conversion film with compact film and good corrosion resistance is prepared. The conversion film can provide good lubricity, alkali resistance and coating performance in subsequent cold processing.

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法
本专利技术属于化学转化膜的
，特别的涉及一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法。
技术介绍
镁合金具有密度低、比强度及比刚度高、导热性能好、易于切削加工等优点，且易于回收，能实现100％的循环再利用，符合循环经济的发展方向。因此，镁合金被广泛应用于汽车、航空航天、微电子等领域，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。镁合金也因其可降解性及生物相容性，作为一种植入材料，在医学领域得到应用。但是镁合金的耐腐蚀性、耐磨损性、耐蠕变性和高化学反应活性等性能又影响了它在较为苛刻条件下的应用，其中腐蚀问题是制约其广泛应用的关键因素之一。解决镁合金使用性能问题的主要手段是对其进行表面处理，形成一层保护性的表面膜层，而采用化学转化技术在镁合金表面形成一层由氧化物、铬化物或其他一些化合物组成的具有良好附着力的难溶膜层，因其操作简单、成本低廉而被广泛采用。但是以铬酐或重铬酸盐为主要成分的溶液化学处理，其致命弱点是处理液中含有毒性高的六价铬，对人体健康有害，且污染环境；以磷酸盐为主要成分的溶液化学处理，其致命弱点是膜层致密度低、较薄，膜层的内微孔会消弱其耐腐蚀性和耐碱性；以稀土离子为主要成分的溶液化学处理，其致命弱点是防腐蚀性能的保护时间短，不能对镁合金提供长时间的保护；以氟锆酸及其盐为主要成分的溶液化学处理，虽然能够在温和条件下表现出良好的耐腐蚀性但是抵抗碎石片的能力很弱。纵观以上种种表面处理剂对镁合金的处理，虽然能够起到一定的防腐蚀等效果，但是仍然存在着环境污染、防腐效果差、膜层疏松、环境适应能力弱等缺点。因此，基于镁合金的表面防护需要，仍然需要对表面处理剂的种类、组成和制备工艺进行深入研究，以期获得防腐性能良好、膜层致密、与镁合金密合性高且能适用后续加工需要的化学转化膜层。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种镁合金表面的化学转化膜及其制备方法，通过在镁合金表面以离子注入的方式注入微量稀土铈元素形成“锚固”点，用以提高化学转化膜层与镁合金表面的密合性；同时，通过对表面处理剂的种类和组成进行筛选复配和/或对转化膜层的制备工艺进行优化，最终制备得到了膜层致密，防腐蚀性能良好的转化膜层，所述转化膜层在后续冷加工时能够提供良好的润滑性、耐碱性和涂装性。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下，一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为30-45Kev，注入剂量为0.3×1015-0.8×1015cm-2；(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40-55℃的加热条件下反应1-2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐10-25份，含巯基的硅烷6-12份，二硫化钼2-8份，稀土铈化合物0.1-0.6份，稳定剂1-4份，pH调节剂0.5-1.5份，水60-80份；(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入3-5重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至65-80℃，继续反应0.5-1h；(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为2-6分钟；(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。所述预处理包括：(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理10-30分钟，功率200-1000W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡10-30分钟，热风吹干备用；所述金属含氧酸盐选自钼酸钠、钼酸钾、钼酸钙或钼酸铵；钨酸钠、钨酸钾、钨酸钙或钨酸铵；钒酸铵、钒酸钠或钒酸钾的一种或两种以上；所述含巯基的硅烷选自γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、2-巯基乙基三乙氧基硅烷、或2-巯基乙基三甲氧基硅烷的一种或两种以上；所述稀土铈化合物选自硝酸铈或硫酸铈的一种；所述稳定剂为乙醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇的一种或两种以上；所述pH调节剂为盐酸、氢氟酸、硫酸或硝酸的一种或两种以上；所述表面处理剂的pH值为1-4；所述封孔溶液由硅酸钠10～40重量份、甘酪素1～10重量份和水60-80重量份组成；基于耐腐蚀、密合性和冷加工性能的需要，所述化学转化膜的膜厚为0.5-8μm，优选2-6μm，孔隙率为2％以下。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术通过在镁合金表面以等离子体浸没离子注入技术注入稀土铈离子，形成稀土铈离子“锚固”点，在进行化学转化处理过程中，所述稀土铈离子“锚固”点能够诱导溶液中铈离子的沉积晶化，从而提高化学转化膜层与镁合金表面的密合性；(2)本专利技术的表面处理剂以金属含氧酸盐和含巯基的硅烷为主要成膜物质，在成膜时硅烷成膜和金属含氧酸盐成膜同时进行，相互掺杂，形成了致密的无机-有机杂化膜，硅烷的水解交联能及时的对金属含氧酸盐成膜过程中出现的孔隙进行修补，实现膜层的致密性；(3)本专利技术在化学转化膜中添加层状的二硫化钼，利用二硫化钼的层状结构使得化学转化膜具有优异的耐腐蚀性，以及良好的润滑性，具有高的冷加工性能；且利用二硫化钼和含巯基的硅烷中双硫键的电荷作用，能够进一步增强二硫化钼在转化膜中的连接强度，有效的增强了转化膜的耐腐蚀性和冷加工性能；(4)现有技术中，以硅烷或金属含氧酸盐为主的化学转化膜中，由于硅烷的水解反应速度非常快，在反应一开始在基材表面会形成致密的膜层，随着的反应的进行，反应速度下降，导致转化膜的表层疏松，附着力下降，耐腐蚀性下降。其中，本专利技术通过二步法的成膜工艺，在第二步骤中及时补充添加含巯基的硅烷以提高转化膜的交联程度，且提高反应温度促进转化膜的快速形成，使得转化膜的表面层更加致密，耐腐蚀性更加优异。(5)本专利技术的表面处理剂具有环保、不含磷或铬成分，能够显著的降低对环境的危害，且处理后的镁合金具有优异的耐腐蚀性和密合性，以及优异的冷加工性能，具有良好的市场应用前景。具体实施方式以下基于实施例和对比例对本专利技术的优选实施方式进行具体说明，使用的镁合金原料为Mg-8Al-8Zn系合金，尺寸为100mm×100mm×0.5mm。实施例1一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；其中，(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理30分钟，功率800W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡30分钟，热风吹干备用；(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金注入稀土铈离子，离子注入能量为45Kev，注入剂量0.8×1015cm-2；(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入表面处理剂中，在40℃的加热条件下反应2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐21份，含巯基的硅烷7份，二硫化钼5份，稀土铈化合物0.5份，稳定剂3份，pH调节剂1份，水70份；(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入4重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至70℃，继续反应1h；(5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金表面注入稀土铈离子，离子注入能量为30‑45Kev，注入剂量为0.3×1015‑0.8×1015cm‑2；(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入到表面处理剂中，在40‑55℃的加热条件下反应1‑2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐10‑25份，含巯基的硅烷6‑12份，二硫化钼2‑8份，稀土铈化合物0.1‑0.6份，稳定剂1‑4份，pH调节剂0.5‑1.5份，水60‑80份；(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入3‑5重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至65‑80℃，继续反应0.5‑1h；(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为2‑6分钟；(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。

【技术特征摘要】
1.一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将镁合金表面进行打磨抛光、脱脂和水洗的预处理；(2)采用等离子体浸没离子注入技术向步骤(1)的镁合金表面注入稀土铈离子，离子注入能量为30-45Kev，注入剂量为0.3×1015-0.8×1015cm-2；(3)将步骤(2)制备的镁合金浸入到表面处理剂中，在40-55℃的加热条件下反应1-2h；所述表面处理剂包含以下重量份的原料：金属含氧酸盐10-25份，含巯基的硅烷6-12份，二硫化钼2-8份，稀土铈化合物0.1-0.6份，稳定剂1-4份，pH调节剂0.5-1.5份，水60-80份；(4)向步骤(3)的表面处理剂中补充加入3-5重量份含巯基的硅烷，以表面处理剂的重量份为100份计，升高温度至65-80℃，继续反应0.5-1h；(5)将步骤(4)制备的镁合金用水清洗后浸入封孔溶液中，反应时间为2-6分钟；(6)将步骤(5)制备的镁合金用水清洗后，热风吹干，即可在镁合金表面制备得到化学转化膜。2.根据权利要求1所述的一种镁合金表面的化学转化膜的制备方法，其特征在于：所述预处理包括：(1)打磨抛光：采用不同型号的砂纸及抛光机对镁合金工件进行打磨抛光；(2)脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理10-30分钟，功率200-1000W；(3)水洗：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡10-30分钟，热风吹干备用。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴桂菁，
申请(专利权)人：吴桂菁，
类型：发明
国别省市：广东,44