專利名稱：一種鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬的表面處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及鎂及鎂合金的表面化學(xué)氧化方法。
背景技術(shù)：
鎂及鎂合金作為一種輕質(zhì)工程結(jié)構(gòu)材料，其應(yīng)用越來越廣泛。鎂及鎂合金具有減震性好、密度小及高比強(qiáng)度和高比剛度等優(yōu)點(diǎn)，是重要的航空及宇航結(jié)構(gòu)材料。但是，鎂及鎂合金也具有耐熱性差、耐蝕性差、耐磨性差及裝飾性差等缺點(diǎn)，因此限制了其應(yīng)用領(lǐng)域?；瘜W(xué)氧化是對(duì)鎂及鎂合金進(jìn)行表面處理，從而改善其性能的重要方法。下面是根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的目前國(guó)內(nèi)外幾種鎂及鎂合金表面化學(xué)氧化的方法，如表1所示。(參考文獻(xiàn)[1]高橋英明.最近的陽(yáng)極氧化膜的制備及膜的耐蝕性能研究[J]表面技術(shù)(日)1996，46(5)390～395 [2]Mallory GO，Haidu J B.Electroless Plating Fundamentals and Applications.Sponsored and Published byAESF.Orlando Florida [3]電鍍工藝手冊(cè).北京國(guó)防工業(yè)出版社2000)表1目前國(guó)內(nèi)外幾種鎂及鎂合金表面化學(xué)氧化的方法

續(xù)表1

上述化學(xué)氧化法處理鎂和鎂合金表面可獲得0.5～2.5μm的薄膜層，此膜層薄而軟，只能作為中間工序，不能單獨(dú)使用，所以都要進(jìn)行涂裝或噴有機(jī)涂層。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前鎂和鎂合金表面處理技術(shù)尤其是化學(xué)氧化法存在的問題，本發(fā)明提供一種免涂裝而使鎂及鎂合金具有裝飾性的化學(xué)氧化方法，提高化學(xué)氧化膜與基體的結(jié)合力，降低化學(xué)氧化膜的空隙率，提高化學(xué)氧化膜的耐蝕性、裝飾性，并進(jìn)一步達(dá)到拓展鎂及鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域的目的。
本發(fā)明的鎂和鎂合金表面化學(xué)氧化處理方法包括去氫、化學(xué)除油、水洗、出光、化學(xué)氧化等工藝步驟。
1、去氫。將鑄件放入電阻爐中，控制溫度為160～200℃，保溫1～2h，進(jìn)行去氫處理。
2、化學(xué)除油。首先配制化學(xué)除油劑，配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別溶于去離子水中，混合制得水溶液，裝入槽中待用。將待處理的鎂或鎂合金鑄件浸泡于上述水溶液中，保持溶液溫度55～60℃，浸泡處理8～10分鐘。
3、熱水洗。將上述經(jīng)化學(xué)除油的鑄件浸入55～65℃的熱水(去離子水)中，浸泡處理3～5分鐘。
4、冷水洗。將上述經(jīng)熱水洗的鑄件在室溫下，以流動(dòng)的去離子水清洗1～6分鐘。
5、出光。首先配制出光液，配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得出光液，裝入槽中待用。將上述經(jīng)冷水沖洗的鑄件浸入出光液中，在室溫下浸泡處理1～3分鐘。
6、冷水洗。工藝條件及操作方法同步驟4。
7、化學(xué)氧化。其化學(xué)氧化液配方為甲基四羥基鄰二甲酸酐12～19g/L或甲基四羥基鄰二甲酸酐12～19g/L和二硫二丙烷磺酸酯3～8g/L，硫酸鉀或醋酸鋁4～18g/L，硼酸4～5g/L，重鉻酸鉀或重鉻酸鈉或三聚磷酸鈉或亞硫酸鈉0.5～6g/L，鉬酸銨或磷酸氫二銨1～10g/L，硫酸鎳銨1～3g/L，余量為去離子水。將去離子水以外的組分分別用去離子水溶解、混合即得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度、pH值和時(shí)間，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然空氣中干燥數(shù)秒后，以55～65℃的熱水(去離子水)清洗1～6分鐘。
本發(fā)明的化學(xué)氧化液的配制及氧化工藝可操作性強(qiáng)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明中的化學(xué)氧化膜與基體結(jié)合好，熱震273小時(shí)，表面無變化；化學(xué)氧化膜的空隙率極低或無空隙；化學(xué)氧化膜的耐蝕性好，達(dá)到或超過涂裝水平，腐蝕速率小于或等于3.379mm/a；化學(xué)氧化膜可以是咖啡色、深綠色、黑色、淡黃色、黃色、粉紅色、灰藍(lán)色、紅棕色、褐色、黑色，顏色多樣，提高了裝飾性；化學(xué)氧化膜免涂裝，節(jié)省了工序。本發(fā)明拓展了鎂及鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，使得鎂及鎂合金除了可用于航空航天領(lǐng)域外，還可用于電子、通訊、汽車、建筑等行業(yè)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1取100×100×5mm鎂合金鑄件待用。
1、去氫。將鑄件放入電阻爐中，控制溫度為180℃，保溫2h，進(jìn)行去氫處理。
2、化學(xué)除油。首先配制化學(xué)除油劑，配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別溶于去離子水中，混合制得水溶液，裝入槽中待用。
將待處理的鎂合金鑄件浸泡于上述水溶液中，保持溶液溫度58℃，浸泡處理9分鐘。
3、熱水洗。將上述經(jīng)化學(xué)除油的鑄件浸入60℃的熱水(去離子水)中，浸泡處理4分鐘。
4、冷水洗。將上述經(jīng)熱水洗的鑄件在室溫下，以流動(dòng)的去離子水清洗3分鐘。
5、出光。首先配制出光液，配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得出光液，裝入槽中待用。將上述經(jīng)冷水沖洗的鑄件浸入出光液中，在室溫下浸泡處理2分鐘。
6、冷水洗。工藝條件及操作方法同步驟4。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為85℃，進(jìn)行化學(xué)氧化處理25分鐘。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中用硫酸和氨水調(diào)節(jié)氧化液的pH值，控制pH值為4.7～3.8，所得的膜層顏色為深綠色。
實(shí)施例2取100×100×5mm鎂鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為90℃，進(jìn)行化學(xué)氧化處理30分鐘。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中用硫酸和氨水調(diào)節(jié)氧化液的pH值，控制pH值為5.5～4.7，所得的膜層顏色為咖啡色。
實(shí)施例3取100×100×5mm鎂鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為80℃，進(jìn)行化學(xué)氧化處理20分鐘。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中用硫酸和氨水調(diào)節(jié)氧化液的pH值，控制pH值為3.8～3.5，所得的膜層顏色為黑色。
實(shí)施例4
取100×100×5mm鎂合金鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為80℃，pH值為2，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘?？刂撇煌难趸瘯r(shí)間為1分鐘，所得膜層為黃色。
實(shí)施例5取100×100×5mm鎂合金鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為85℃，pH值為1.5，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化時(shí)間0.5分鐘，所得的膜層顏色均勻，為淡黃色。
實(shí)施例6取100×100×5mm鎂鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下


將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為75℃，pH值為4，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化時(shí)間1.5分鐘，所得的膜層顏色為黃色。
實(shí)施例7取100×100×5mm鎂合金鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為88℃，時(shí)間3分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中控制pH值為1.5，所得的膜層顏色為粉紅。
實(shí)施例8取100×100×5mm鎂合金鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下


將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為90℃，時(shí)間4分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中控制pH值為2，所得的膜層顏色為粉紅。
實(shí)施例9取100×100×5mm鎂鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為85℃，時(shí)間1分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中控制pH值為4.6，所得的膜層顏色為灰藍(lán)。
實(shí)施例10取100×100×5mm鎂合金鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為75℃，時(shí)間4分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中控制pH值為1.5，所得的膜層顏色為紅棕色。
實(shí)施例11取100×100×5mm鎂合金鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為85℃，時(shí)間5分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中控制pH值為2，所得的膜層顏色為褐色。
實(shí)施例12取100×100×5mm鎂合金鑄件待用。
步驟1～6同實(shí)施例1。
7、化學(xué)氧化。首先配制化學(xué)氧化液。配方如下

將上述去離子水以外的組分按配方比例分別以去離子水溶解，混合得化學(xué)氧化液。將鑄件浸入氧化液中，控制溫度為70℃，時(shí)間3分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理。然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水(去離子水)清洗3分鐘。氧化過程中控制pH值為3.5，所得的膜層顏色為黑色。
權(quán)利要求
1.一種鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于化學(xué)氧化包括去氫、化學(xué)除油、熱水洗、冷水洗、出光、冷水洗、化學(xué)氧化工藝步驟，其化學(xué)氧化液配方為甲基四羥基鄰二甲酸酐12～19g/L或甲基四羥基鄰二甲酸酐12～19g/L和二硫二丙烷磺酸酯3～8g/L，硫酸鉀或醋酸鋁4～18g/L，硼酸4～5g/L，重鉻酸鐘或重鉻酸鈉或三聚磷酸鈉或亞硫酸鈉0.5～6g/L，鉬酸銨或磷酸氫二銨1～10g/L，硫酸鎳銨1～3g/L，余量為去離子水。
2.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于所述的化學(xué)氧化步驟是將經(jīng)過前述步驟處理過的鑄件浸入氧化液中，控制溫度、pH值和時(shí)間，進(jìn)行氧化處理，然后在空氣中干燥數(shù)秒后，用55～65℃熱水清洗1～6分鐘。
3.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于配制的化學(xué)氧化液組分為甲基四羥基鄰二甲酸酐15g/L，硫酸鉀16.5g/L，硼酸4.5g/L，重鉻酸鉀4g/L，鉬酸銨6g/L，余量為去離子水，將經(jīng)過前面步驟處理過的鑄件浸入氧化液中，控制溫度為85℃，進(jìn)行化學(xué)氧化處理25分鐘，在空氣中干燥數(shù)秒后，用60℃的熱水清洗3分鐘，在氧化過程中用硫酸和氨水調(diào)節(jié)控制氧化液的pH值為4.7～3.8，所得膜層顏色為深綠色。
4.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于將鑄件浸入按下述配方配制的化學(xué)氧化液中甲基四羥基鄰二甲酸酐12g/L，硫酸鉀15g/L，硼酸4g/L，重鉻酸鉀3g/L，鉬酸銨8g/L，余量為去離子水，控制溫度為90℃，進(jìn)行化學(xué)氧化處理30分鐘，然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水清洗3分鐘，氧化過程中用硫酸和氨水調(diào)節(jié)氧化液的pH值，控制pH值為5.5～4.7，所得的膜層顏色為咖啡色。
5.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于將鑄件浸入按下述配方配制的化學(xué)氧化液中甲基四羥基鄰二甲酸酐19g/L，硫酸鉀18g/L，硼酸5g/L，重鉻酸鉀6g/L，鉬酸銨5g/L，余量為去離子水，控制溫度為80℃，進(jìn)行化學(xué)氧化處理20分鐘，然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水清洗3分鐘。氧化過程中用硫酸和氨水調(diào)節(jié)氧化液的pH值，控制pH值為3.8～3.5，所得的膜層顏色為黑色。
6.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于將鑄件浸入按下述配方配制的化學(xué)氧化液中甲基四羥基鄰二甲酸酐15g/L，硫酸鉀3.5g/L，鉻酸鈉7g/L，磷酸氫二銨6g/L，三聚磷酸鈉2g/L，余量為去離子水，控制溫度為80℃，pH值為2，進(jìn)行化學(xué)氧化處理，然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水清洗3分鐘，控制氧化時(shí)間為1分鐘，所得膜層為黃色。
7.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于將鑄件浸入按下述配方配制的化學(xué)氧化液中甲基四羥基鄰二甲酸酐12g/L，硫酸鉀2g/L，鉻酸鈉5g/L，磷酸氫二銨3g/L，三聚磷酸鈉3g/L，余量為去離子水，控制溫度為85℃，pH值為1.5，進(jìn)行化學(xué)氧化處理，然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水清洗3分鐘，氧化時(shí)間0.5分鐘，所得的膜層顏色為淡黃色。
8.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于將鑄件浸入按下述配方配制的化學(xué)氧化液中甲基四羥基鄰二甲酸酐15g/L，二硫二丙烷磺酸酯7.5g/L，醋酸鋁4g/L，重鉻酸鉀3.5g/L，硫酸鎳銨2g/L，余量為去離子水，控制溫度為88℃，時(shí)間3分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理，然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水清洗3分鐘，氧化過程中控制pH值為1.5，所得的膜層顏色為粉紅。
9.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于將鑄件浸入按下述配方配制的化學(xué)氧化液中甲基四羥基鄰二甲酸酐19g/L，二硫二丙烷磺酸酯8g/L，醋酸鋁4g/L，重鉻酸鉀5g/L，硫酸鎳銨1g/L，余量為去離子水，控制溫度為85℃，時(shí)間1分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理，然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水清洗3分鐘，氧化過程中控制pH值為4.6，所得的膜層顏色為灰藍(lán)。
10.按照權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，其特征在于將鑄件浸入按下述配方配制的化學(xué)氧化液中甲基四羥基鄰二甲酸酐15g/L，二硫二丙烷磺酸酯4g/L，亞硫酸鈉1.5g/，L重鉻酸鉀0.8g/L，鉬酸銨3g/L，余量為去離子水，控制溫度為75℃，時(shí)間4分鐘，進(jìn)行化學(xué)氧化處理，然后空氣中干燥數(shù)秒，再以60℃的熱水清洗3分鐘，氧化過程中控制pH值為1.5，所得的膜層顏色為紅棕色。
全文摘要
一種鎂及鎂合金化學(xué)氧化方法，包括去氫、化學(xué)除油、熱水洗、冷水洗、出光、冷水洗、化學(xué)氧化工藝步驟，其化學(xué)氧化液配方為甲基四羥基鄰二甲酸酐12～19g/L或甲基四羥基鄰二甲酸酐12～19g/L和二硫二丙烷磺酸酯3～8g/L，硫酸鉀或醋酸鋁4～18g/L，硼酸4～5g/L，重鉻酸鉀或重鉻酸鈉或三聚磷酸鈉或亞硫酸鈉0.5～6g/L，鉬酸銨或磷酸氫二銨1～10g/L，硫酸鎳銨1～3g/L，余量為去離子水。本方法獲得的化學(xué)氧化膜的腐蝕速率小于或等于3.739mm/a。通過控制不同的化學(xué)氧化條件可以制備多種顏色的氧化膜。本發(fā)明方法處理的鎂及鎂合金免涂裝，可用于航空航天、電子、通訊、汽車、建筑等行業(yè)。
文檔編號(hào)C23C22/06GK1673412SQ20051004623
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者李德高, 劉正, 葛宜銀, 林立 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)