一种用于镁合金粘接的表面预处理液和预处理方法技术

本发明专利技术属于金属的表面处理领域，特别涉及一种用于镁合金粘接的表面预处理液和预处理方法。所述的表面预处理液含有以下组分：磷酸二氢盐１０－５０ｇ／Ｌ；复合促进剂１－５ｇ／Ｌ；氟化钠０．５－３．０ｇ／Ｌ；其中，所述的复合促进剂由钼酸盐、钨酸盐、硝酸盐混合而成。本发明专利技术所述的预处理液和预处理方法所获得的磷化物薄膜完整、均匀、致密，不但使粘接接头具有高的剪切强度，而且在腐蚀环境中具有很好的耐蚀抗力，减轻了接头强度下降现象；另外消除了预处理液中重金属离子六价铬对环境的污染，是一种绿色的、环保型镁合金粘接表面预处理方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属的表面处理领域，特别涉及一种用于镁合金粘接的表面预处理液 和预处理方法。
技术介绍
镁及其合金由于具有密度小、比强度高、减振性防噪性好，具有良好的导热性和电 磁屏蔽能力等优点，在汽车中的应用极具潜力。但是，由于镁合金的熔点低，线膨胀系数和 导热率高，与氧、氮的亲和力强等缺点，决定了它在焊接、铆接、螺纹连接等机械连接过程中 会产生一系列的困难，限制了镁合金在结构件中的使用。因此，如何解决镁合金之间的连接 问题成为镁合金应用的关键技术之一。粘接是目前广泛使用的一种材料连接方式，适合于任意形状、尺寸和大部分材料 的连接。接头面积大，表面光滑，不易产生应力集中，强度高，疲劳性能好，具有良好的耐蚀 性能和减震性能。但是经过加工、运输及储存后，金属的表面都会有氧化膜、油污、灰尘等污 染物，这些都妨碍粘接剂对金属表面的润湿，因此粘接前必须对金属的表面进行预处理，以 达到(1)清除表面油污，除去疏松且与基体结合强度低的不稳定氧化膜；(2)粗化被粘表 面，增大接触面积、增强锚固作用；活化被粘表面，提高表面能；(3)提高粘接剂与表面物质 之间的润湿性，为形成化学键结合创造条件；(4)避免或减少存放过程中的表面吸附、溶解 和化学反应及因此造成的对表面不利的影响，保护已处理过的表面，避免形成新的弱界面 层。因此，粘接前的预处理具有增加材料粘接强度和增加表面耐蚀性能的双重作用。目前，关于钢铁材料、铝合金材料的粘接表面预处理较为成熟，但镁合金的粘接表 面预处理技术研究较少。目前已经开发的镁合金粘接表面预处理工艺，包括(1)脱脂处理 工艺；(2)碱洗处理工艺；(3)铬酸处理工艺；(4)NaOH-铬酸处理工艺；(5)重铬酸钠处理工 艺；(6)阳极化处理工艺等。这些工艺中，脱脂处理和碱洗处理虽然工艺简单，但仅能清洗 掉表面油脂，不能去掉镁合金表面的疏松氧化层、提高镁合金的表面活性。因此粘接强度较 低，只能应用于对粘接强度要求较低的非结构件中。铬酸处理、NaOH-铬酸处理和重铬酸钠 处理时，铬酸与镁合金表面反应强烈，既可以彻底去除镁合金表面的疏松氧化膜，又可提高 镁合金表面活性和粗糙度，是目前公认最好的镁或镁合金板材的粘接预处理工艺。粘接接 头的粘接强度较高，可以应用于高强度结构件粘接。但处理液中存在有六价铬离子，环境污 染严重，世界各国基本禁止使用。阳极化处理具有提高腐蚀抗力和粘接强度两种功能，但工 艺复杂，处理成本较高。虽然已经发展了一些新的镁合金表面处理工艺，如磷酸盐处理工 艺、稀土金属盐处理工艺等，但这些前表面处理工艺重点考虑的是如何提高镁合金耐蚀抗 力，不以镁合金的粘接应用为目的。因此，当这些预处理工艺应用于粘接时，虽然镁合金的 表面耐蚀性能较好，但粘接接头的剪切强度非常低。有必要根据镁合金的性能特点，开发出 兼顾粘接性能和耐蚀性能的镁合金表面预处理工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，同时 保证接头具有高的接头强度以及良好的腐蚀抗力。本专利技术采用的技术方案如下—种用于镁合金粘接的表面预处理液，所述的表面预处理液含有以下组分磷酸二氢盐10_50g/L ；复合促进剂l_5g/L ；缓蚀剂0. 5-3. Og/L ；其中，所述的复合促进剂由钼酸盐、钨酸盐、硝酸盐混合而成；所述的缓蚀剂为氟 化钠。进一步，钼酸盐钨酸盐硝酸盐的质量比为1-4 1-4 1-4。处理液PH值不需特意调节，由处理中的磷酸二氢盐的浓度决定，表面预处理液的 pH 值为 4-10。本专利技术中，处理液中的磷酸二氢盐具有两个功能，一为磷酸盐成膜提供必需的磷 酸根离子，二为处理液提供必要的H+离子，保证处理液具有合适的PH值。磷酸二氢盐可以 是磷酸二氢钠，磷酸二氢钾或磷酸二氢锌中的一种或两种的混合物，比例不限。优先选用单 一的磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或二者的混合物。要获得良好的成膜效果，必须严格控制磷酸 二氢盐的浓度。复合促进剂中，钼酸盐、钨酸盐、硝酸盐在镁合金表面均具有良好的去极化作用， 促进电化学反应，促进磷酸二氢盐不断分解，为磷化膜的成膜提供足够的磷酸根离子，增加 磷化膜的成膜速度。其中，硝酸盐的去极化作用最强烈，主要作促进剂使用，可以是硝酸钾、 硝酸钠等。钼酸盐既具有去极化作用，促进磷化物薄膜的形成，又具有钝化和净化、稳定和 细化薄膜，提高薄膜耐蚀性的作用，起缓蚀剂的作用，可以是钼酸钠、钼酸锌等。钨酸盐是一 种良好的辅助成膜剂，起到细化结晶，增加薄膜结合力的作用，可以是钨酸钠，钨酸钙或钨 酸锌等。当钼酸盐钨酸盐硝酸盐采用1-4 1-4 1-4的质量比例时，可以获得非常 好的成膜效果。缓蚀剂氟化钠的加入，会在镁合金表面形成逐渐覆盖镁合金表面的阴极 区域，减少阴极面积，减缓复合促进剂的去极化作用，减轻成膜过程中镁合金表面的析氢速 度，避免磷化物薄膜的开裂，保证在镁合金表面获得致密、均勻的磷化物薄膜。但要获得兼 具高性能粘接强度和耐蚀抗力的磷化物薄膜，氟化钠的添加量需要严格控制。如果氟化钠 添加量过多，虽然镁或镁合金制品表面形成的磷酸盐薄膜的粘接性能较高，但耐蚀性很差； 如果氟化钠浓度过低，成膜速度很快，但由于成膜过程中氢气不断在镁合金的表面析出，造 成磷酸盐薄膜的致密性下降，使得镁或镁合金制品表面的耐蚀性能和粘接性能均有所下 降。本专利技术还提供了一种用于镁合金粘接的表面预处理方法，包括表面清洗、表面粗 化、碱洗、预处理、水清洗、干燥步骤，其中，所述的预处理为在上述预处理液中进行磷化处 理，获得致密的磷酸盐薄膜。进一步，预处理的温度为20-80°C，处理时间为l-5min。通过预处理步骤可在镁合 金表面快速形成一层含镁的复合磷酸盐薄膜，增加表面与粘接剂的润湿性和结合强度。首先，在表面清洗步骤中，可采用丙酮、三氯乙烯、醋酸乙酯或丁酮等有机溶剂进 行脱脂处理去除镁或镁合金表面油污，净化镁合金表面。在表面粗化时，粗糙度Ra控制为0. 2-2 u m。具体的，可以采用600#_1000#砂纸或 砂带进行手工或机械打磨，去除表面氧化层，增加表面粗糙度。也可以采用但不建议采用喷 砂处理，因为喷砂不但容易在表面残留砂粒，而且粗糙度过高，影响粘接效果。本步骤的作 用在于一方面彻底去除镁或镁合金表面的疏松氧化层，获得新鲜的镁或镁合金表面；另一 方面获得足够高的粗糙度，增加镁或镁合金表面与粘接剂间的机械互锁，提高粘接剂与镁 或镁合金表面的粘接强度。碱洗时，所用溶液的组分浓度如下氢氧化钠5-20g/L；磷酸钠20-60g/L ；硅酸钠5_20g/L ；碳酸钠5_20g/L ；十二 烷基苯磺酸钠0. 2-2g/L。碱洗的温度以60_80°C为宜，时间为l-3min。在碱洗液中进一步清洗处理，可彻底去除表面氧化层和表面残留金属碎屑或者砂 粒，获得洁净无污染的镁或镁合金表面。预处理后的再次清洗采用软水或去离子水清洗，可以消除残留的磷酸盐预处理 液。也可以但不建议采用自来水清洗，因为自来水中的金属离子会影响薄膜的表面活性，使 镁或镁合金的粘接强度稍有下降。干燥在50-60 V条件下进行。本专利技术预处理液及预处理方法主要的应用领域为镁或镁合金同质材料的结构粘 接表面预处理，不过也适用于镁合金与钢铁材料、铝合金等材料间的异质材料粘接，同时也 可以用于镁或镁合金的表面防腐处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于镁合金粘接的表面预处理液，其特征在于，所述的表面预处理液含有以下组分：　　磷酸二氢盐１０－５０ｇ／Ｌ；复合促进剂１－５ｇ／Ｌ；氟化钠０．５－３．０ｇ／Ｌ；　　其中，所述的复合促进剂由钼酸盐、钨酸盐、硝酸盐混合而成。

【技术特征摘要】
一种用于镁合金粘接的表面预处理液，其特征在于，所述的表面预处理液含有以下组分磷酸二氢盐10 50g/L；复合促进剂1 5g/L；氟化钠0.5 3.0g/L；其中，所述的复合促进剂由钼酸盐、钨酸盐、硝酸盐混合而成。2.如权利要求1所述的用于镁合金粘接的表面预处理液，其特征在于，钼酸盐钨酸 盐硝酸盐的质量比为1-4 1-4 1-4。3.如权利要求1或2所述的用于镁合金粘接的表面预处理液，其特征在于，表面预处理 液的PH值为4-10。4.如权利要求3所述的用于镁合金粘接的表面预处理液，其特征在于，磷酸二氢盐为 磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸二氢锌中的一种或两种的混合物；所述的硝酸盐为硝酸钾 或硝酸钠；所述的钼酸盐为钼酸钠或钼酸锌；钨酸盐为钨酸钠或钨酸钙或钨酸锌。5.一种用于镁合金粘接的表面预处理方法，包括表面清洗、表面粗化、碱洗、预处理、水 清洗、干燥步骤，其特征在于，所述的预处理为在预处理液中进行磷化处理，获得致密的磷 酸盐薄膜，所述的预处理液含有以下组分磷酸二氢盐10_...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠侠，卜明哲，王培中，
申请(专利权)人：郑州大学，通用汽车全球技术经营公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]