鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層及其鍍層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鎂合金表面處理方法，具體為鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層及其鍍層的制備方法，先進(jìn)行機(jī)械打磨、除油、酸洗和堿洗預(yù)處理，將化學(xué)鍍分成兩個(gè)步驟，兩個(gè)步驟分別用包括含氟但不含納米二氧化硅的鍍液A和不含氟但含納米二氧化硅的鍍液B；通過向鍍液B中加入復(fù)合納米二氧化硅從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍍層耐腐蝕能力的提升。該方法無需制備納米氧化物的濃縮液或?qū){米二氧化硅進(jìn)行預(yù)處理，采用廉價(jià)的六水硫酸鎳做主鹽，施鍍流程中只有第一步采用含氟鍍液，第二步的鍍液中不含氟化物，可有效降低氟的使用量，降低成本。
【專利說明】
鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層及其鍍層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金表面處理方法，具體為鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層及其鍍層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金為目前最輕質(zhì)的合金材料，它的密度只有鋁的2/3，鐵的1/4。同時(shí)，鎂合金還擁有強(qiáng)度質(zhì)量比高、阻尼性好、散熱快、尺寸穩(wěn)定性好、易回收以及良好的電磁屏蔽能力等諸多優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)同等體積的鎂合金、鐵和鋁，鎂合金所消耗的能量最低，其正在成為繼后兩者之后的第三大金屬工程材料，享有“21世紀(jì)綠色工程材料”的美譽(yù)。
[0003]但鎂合金電極電位低，其表面無法像鋁合金一樣形成致密的保護(hù)膜，尤其在潮濕環(huán)境中其表面形成的氧化膜更是疏松多孔，無法為自身提供保護(hù)作用。通過化學(xué)鍍技術(shù)優(yōu)良的均鍍能力，可以輕松在復(fù)雜形狀的鎂合金表面獲得硬質(zhì)合金鍍層?；瘜W(xué)鍍鎳除了可以為鎂合金提供較好的抗腐蝕性外，同時(shí)還具有良好的耐磨性和裝飾效果等，目前已經(jīng)成為解決鎂合金防腐蝕性的一種重要方式并廣泛應(yīng)用于材料、石油、冶金和航空航天等領(lǐng)域。但是，在航天、石油及軍事等一些特殊極端條件下，常常期望化學(xué)鍍鎳層可以具有更加優(yōu)異的性能，特別是提高鍍層的耐腐蝕性能。
[0004]中國專利(申請(qǐng)?zhí)?200810088392.6)曾涉及一種鎂合金表面納米復(fù)合鍍液的制備及應(yīng)用。該專利納米化學(xué)復(fù)合鍍?nèi)芤旱闹苽渲饕ㄇ疤幚聿襟E、基礎(chǔ)化學(xué)鍍液配置、納米氧化物濃縮漿制備，納米復(fù)合鍍液制備及兩步法化學(xué)復(fù)合鍍工藝。進(jìn)行復(fù)合鍍時(shí)，將鎂合金先在不含納米粒子的基礎(chǔ)化學(xué)鍍液中施鍍，再在加有納米氧化物濃縮漿的復(fù)合化學(xué)鍍液中施鍍。該方法使用堿式碳酸鎳為鎳源，成本高。并且需要預(yù)先制備納米氧化物濃縮液。另外施鍍過程中采用的二種鍍液均含有氟化物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種耐腐蝕性能優(yōu)良的鎂合金鍍層，以及制備該鍍層的方法。
[0006]鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層，由以下過程制備所得:
[0007](I)前處理
[0008]所述的前處理，包括機(jī)械打磨、除油、酸洗和堿洗;各步驟間均使用蒸餾水或去離子水沖洗或涮洗；
[0009]除油包括丙酮超聲波除油和堿性除油;先將經(jīng)打磨的鎂合金部件放入丙酮中常溫超聲10?15分鐘，然后采用堿性溶液洗滌浸泡10?15分鐘，堿性溶液溫度為55?65攝氏度；
[0010]所述的堿性溶液為濃度15?60g/L氫氧化鈉溶液、5?20g/L磷酸鹽溶液、20?40g/L碳酸鹽溶液中的一種或多種復(fù)配；
[0011 ] 酸洗采用100?500mL/L的磷酸溶液，酸洗30?90秒;酸洗后進(jìn)行活化，活化采用10?300mL/L的氫氟酸溶液或30?150g/L的氟化氫銨溶液，處理時(shí)間5?15分鐘；
[0012](2) 二步復(fù)合化學(xué)鍍鍍
[0013]化學(xué)鍍鎳液，包括含氟但不含納米二氧化硅的鍍液A和不含氟但含納米二氧化硅的鍍液B;
[0014]鍍液A，包括20?30g/L六水硫酸鎳，20?30g/L次磷酸鈉，2?10g/L檸檬酸或檸檬酸鹽，5?15g/L氟化氫錢，10?15mL/L氫氟酸或5?15g/L堿金屬氟化物，0.5?1.5mg/L硫脲，氨水調(diào)pH至4.5?6.0 ；
[0015]鍍液B，包括5?15g/L粒徑10?10nm的納米二氧化硅，20?30g/L六水硫酸鎳，20?30g/L次磷酸鈉，2?10g/L檸檬酸或檸檬酸鹽，0.5?1.5mg/L硫脲;鍍液B配制后，機(jī)械攪拌I?3小時(shí)，超聲波分散1-2小時(shí)；
[0016]將鍍液A加熱至80?90攝氏度，將經(jīng)前處理后的鎂合金部件浸入鍍液A施鍍30?60分鐘；
[0017]將鍍液B加熱至80?90攝氏度，將經(jīng)在鍍液A施鍍的鎂合金部件轉(zhuǎn)移到鍍液B中施鍍30?60分鐘；
[0018]化學(xué)鍍時(shí)以300?500的轉(zhuǎn)子速度對(duì)鍍液進(jìn)行攪拌；
[0019]⑶清洗
[0020]將鎂合金部件從鍍液中取出，用水沖洗表面殘留鍍液，烘干。
[0021]如果直接向含有氟的化學(xué)鍍?cè)≈屑尤爰{米二氧化硅，納米二氧化硅會(huì)與氟發(fā)生作用，并不能得到合格的化學(xué)復(fù)合鍍層。本發(fā)明化學(xué)鍍層的制備主要包含二個(gè)步驟:第一步，采用硫酸鎳為主鹽但不含氟化物的化學(xué)鍍液對(duì)鎂合金進(jìn)行施鍍;第二步，使用含用納米二氧化硅但無氟的化學(xué)鍍液施鍍。工藝流程中無需對(duì)納米粒子進(jìn)行特殊預(yù)處理，可將其直接加入鍍液經(jīng)攪拌超聲即可成功施鍍。
[0022]本發(fā)明提供的鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層及其鍍層的制備方法，前處理中不包含傳統(tǒng)酸洗液中使用的對(duì)環(huán)境極不友好的六價(jià)鉻。第一步含氟的化學(xué)鍍保證了鍍層與基底間極好的結(jié)合力，第一步得到的鍍層保證了鎂基底在第二步的酸性鍍液中免被腐蝕。第二步鍍液中不含氟化物，可以降低氟離子對(duì)身體健康或?qū)υO(shè)備的腐蝕等潛在危害。鍍液采用廉價(jià)的硫酸鎳做為鎳源，成本低。執(zhí)行中采用工業(yè)級(jí)硫酸鎳，只需要增加過濾步驟，成本可進(jìn)一步降低。
[0023]與常規(guī)納米復(fù)合鍍不同，本發(fā)明的納米粒子無需事先進(jìn)行處理，只需要在施鍍前加入鍍液并攪拌超聲即可使用，避免納米粒子加入鍍液后存放過程易引用的失效問題。
【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0025]實(shí)施例1
[0026]鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層，由以下過程制備所得:
[0027](I)前處理
[0028]包括機(jī)械打磨、除油、酸洗和堿洗；各步驟間均使用蒸餾水或去離子水沖洗或涮洗。
[0029]機(jī)械打磨采用200#?1200#的SiC水性砂紙?jiān)趻伖鈾C(jī)上進(jìn)行拋光整平，去除泥砂及氧化膜等；
[0030]將經(jīng)打磨的鎂合金部件放入丙酮中常溫超聲10分鐘，然后采用堿性溶液洗滌浸泡15分鐘，堿性溶液溫度為55?65攝氏度；
[0031 ] 所述的堿性溶液為濃度15g//L氫氧化鈉溶液、20g/L磷酸鹽溶液、20g/L碳酸鹽溶液的混合物；
[0032]酸洗采用100mL/L的磷酸溶液，室溫下酸洗90秒;酸洗后進(jìn)行活化，活化采用1mL/L的氫氟酸溶液，室溫下處理時(shí)間15分鐘。
[0033](2) 二步復(fù)合化學(xué)鍍鍍
[0034]化學(xué)鍍鎳液，包括含氟但不含納米二氧化硅的鍍液A和不含氟但含納米二氧化硅的鍍液B;
[0035]鍍液A，包括30g//L六水硫酸鎳，25g/L次磷酸鈉，10g/L檸檬酸鹽，15g/L氟化氫銨，10mL/L氫氟酸，0.5mg/L硫脲，氨水調(diào)pH至4.5 ；
[0036]鍍液B，包括15g//L粒徑10?10nm的納米二氧化硅，23g/L六水硫酸鎳，268/1次磷酸鈉，2g/L檸檬酸，0.9mg/L硫脲;鍍液B配制后，機(jī)械攪拌3小時(shí)，超聲波分散I小時(shí)；
[0037]將鍍液A加熱至80攝氏度，將經(jīng)前處理后的鎂合金部件浸入鍍液A施鍍60分鐘；
[0038]將鍍液B加熱至80攝氏度，將經(jīng)在鍍液A施鍍的鎂合金部件轉(zhuǎn)移到鍍液B中施鍍60分鐘；
[0039]化學(xué)鍍時(shí)以300?500的轉(zhuǎn)子速度對(duì)鍍液進(jìn)行攪拌。
[0040](3)清洗
[0041 ]將鎂合金部件從鍍液中取出，用水沖洗表面殘留鍍液，烘干。
[0042]實(shí)施例2
[0043]鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層，由以下過程制備所得:
[0044](I)前處理
[0045]包括機(jī)械打磨、除油、酸洗和堿洗；各步驟間均使用蒸餾水或去離子水沖洗或涮洗。
[0046]機(jī)械打磨采用200#?1200#的SiC水性砂紙?jiān)趻伖鈾C(jī)上進(jìn)行拋光整平，去除泥砂及氧化I吳等；
[0047]將經(jīng)打磨的鎂合金部件放入丙酮中常溫超聲12分鐘，然后采用堿性溶液洗滌浸泡12分鐘，堿性溶液溫度為55?65攝氏度；
[0048]所述的堿性溶液為濃度60g//L氫氧化鈉溶液、15g/L磷酸鹽溶液、40g/L碳酸鹽溶液的混合物；
[0049]酸洗采用300mL/L的磷酸溶液，室溫下酸洗60秒；酸洗后進(jìn)行活化，活化采用300mL/L的氫氟酸溶液，室溫下處理時(shí)間5分鐘。
[0050](2) 二步復(fù)合化學(xué)鍍鍍
[0051]化學(xué)鍍鎳液，包括含氟但不含納米二氧化硅的鍍液A和不含氟但含納米二氧化硅的鍍液B;
[0052]鍍液A，包括20g/L六水硫酸鎳，30g/L次磷酸鈉，2g/L梓檬酸，5g/L氟化氫錢，15mL/L氫氟酸，lmg/L硫脲，氨水調(diào)pH至6.0 ；
[0053]鍍液B，包括5g/L粒徑10?10nm的納米二氧化硅，20g/L六水硫酸鎳，20g/L次磷酸鈉，10g/L檸檬酸，0.8mg/L硫脲;鍍液B配制后，機(jī)械攪拌I小時(shí)，超聲波分散2小時(shí)；
[0054]將鍍液A加熱至90攝氏度，將經(jīng)前處理后的鎂合金部件浸入鍍液A施鍍30分鐘；
[0055]將鍍液B加熱至90攝氏度，將經(jīng)在鍍液A施鍍的鎂合金部件轉(zhuǎn)移到鍍液B中施鍍30分鐘；
[0056]化學(xué)鍍時(shí)以300?500的轉(zhuǎn)子速度對(duì)鍍液進(jìn)行攪拌。
[0057](3)清洗
[0058]將鎂合金部件從鍍液中取出，用水沖洗表面殘留鍍液，烘干。
[0059]實(shí)施例3
[0060]鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層，由以下過程制備所得:
[0061](I)前處理
[0062]包括機(jī)械打磨、除油、酸洗和堿洗；各步驟間均使用蒸餾水或去離子水沖洗或涮洗。
[0063]機(jī)械打磨采用200#?1200#的SiC水性砂紙?jiān)趻伖鈾C(jī)上進(jìn)行拋光整平，去除泥砂及氧化I吳等；
[0064]將經(jīng)打磨的鎂合金部件放入丙酮中常溫超聲15分鐘，然后采用堿性溶液洗滌浸泡10分鐘，堿性溶液溫度為55攝氏度；
[0065]所述的堿性溶液為濃度45g/L氫氧化鈉溶液、Sg/l磷酸鹽溶液、30g/L碳酸鹽溶液中的混合物；
[0066]酸洗采用500mL/L的磷酸溶液，室溫下酸洗30秒;酸洗后進(jìn)行活化，活化采用30g/L的氟化氫銨溶液，室溫下處理時(shí)間10分鐘。
[0067](2) 二步復(fù)合化學(xué)鍍鍍
[0068]化學(xué)鍍鎳液，包括含氟但不含納米二氧化硅的鍍液A和不含氟但含納米二氧化硅的鍍液B;
[0069]鍍液A，包括25g/L六水硫酸鎳，20g/L次磷酸鈉，5g/L梓檬酸，10g/L氟化氫錢，5g/L堿金屬氟化物，1.5mg/L硫脲，氨水調(diào)pH至5 ；
[0070]將鍍液A加熱至80攝氏度，將經(jīng)前處理后的鎂合金部件浸入鍍液A施鍍30分鐘；
[0071 ]將鍍液B加熱至80攝氏度，將經(jīng)在鍍液A施鍍的鎂合金部件轉(zhuǎn)移到鍍液B中施鍍60分鐘；
[0072]化學(xué)鍍時(shí)以300?500的轉(zhuǎn)子速度對(duì)鍍液進(jìn)行攪拌。
[0073](3)清洗
[0074]將鎂合金部件從鍍液中取出，用水沖洗表面殘留鍍液，烘干。
[0075]實(shí)施例4
[0076]鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層，由以下過程制備所得:
[0077](I)前處理
[0078]包括機(jī)械打磨、除油、酸洗和堿洗；各步驟間均使用蒸餾水或去離子水沖洗或涮洗。
[0079]機(jī)械打磨采用200#?1200#的SiC水性砂紙?jiān)趻伖鈾C(jī)上進(jìn)行拋光整平，去除泥砂及氧化I吳等；
[0080]將經(jīng)打磨的鎂合金部件放入丙酮中常溫超聲15分鐘，然后采用堿性溶液洗滌浸泡10分鐘，堿性溶液溫度為55攝氏度；[0081 ] 所述的堿性溶液為濃度20g//L氫氧化鈉溶液、17g/L磷酸鹽溶液、30g/L碳酸鹽溶液中的混合物；
[0082]酸洗采用400mL/L的磷酸溶液，室溫下酸洗60秒;酸洗后進(jìn)行活化，活化采用150g/L的氟化氫銨溶液中，室溫下處理時(shí)間5分鐘。
[0083](2) 二步復(fù)合化學(xué)鍍鍍
[0084]化學(xué)鍍鎳液，包括含氟但不含納米二氧化硅的鍍液A和不含氟但含納米二氧化硅的鍍液B;
[0085]鍍液A，包括23g/L六水硫酸鎳，24g/L次磷酸鈉，6g/L檸檬酸鹽，8g/L氟化氫銨，15g/L堿金屬氟化物，0.9mg/L硫脲，氨水調(diào)pH至5.5 ；
[0086]鍍液B，包括8g/L粒徑1?I OOnm的納米二氧化硅，25g/L六水硫酸鎳，30g/L次磷酸鈉，10g/L檸檬酸鹽，0.5mg/L硫脲;鍍液B配制后，機(jī)械攪拌2小時(shí)，超聲波分散I小時(shí)；
[0087]將鍍液A加熱至90攝氏度，將經(jīng)前處理后的鎂合金部件浸入鍍液A施鍍60分鐘；
[0088]將鍍液B加熱至90攝氏度，將經(jīng)在鍍液A施鍍的鎂合金部件轉(zhuǎn)移到鍍液B中施鍍30分鐘；
[0089]化學(xué)鍍時(shí)以300?500的轉(zhuǎn)子速度對(duì)鍍液進(jìn)行攪拌。
[0090](3)清洗
[0091 ]將鎂合金部件從鍍液中取出，用水沖洗表面殘留鍍液，烘干。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層，其特征在于，由以下過程制備所得: (1)前處理 所述的前處理，包括機(jī)械打磨、除油、酸洗和堿洗； 除油包括丙酮超聲波除油和堿性除油;先將經(jīng)打磨的鎂合金部件放入丙酮中常溫超聲10?15分鐘，然后采用堿性溶液洗滌浸泡10?15分鐘，堿性溶液溫度為55?65攝氏度；酸洗處理時(shí)間5?15分鐘； (2)二步復(fù)合化學(xué)鍍鍍 化學(xué)鍍鎳液，包括含氟但不含納米二氧化硅的鍍液A和不含氟但含納米二氧化硅的鍍液B; 鍍液A，包括20?30g/L六水硫酸鎳，20?30g/L次磷酸鈉，2?10g/L檸檬酸或檸檬酸鹽，5?15g/L氟化氫錢，10?15mL/L氫氟酸或5?15g/L堿金屬氟化物，0.5?1.5mg/L硫脲，氨水調(diào)pH至4.5?6.0; 鍍液B，包括5?15g/L粒徑10?10nm的納米二氧化硅，20?30g/L六水硫酸鎳，20?30g/L次磷酸鈉，2?10g/L檸檬酸或檸檬酸鹽，0.5?1.5mg/L硫脲;鍍液B配制后，機(jī)械攪拌I?3小時(shí)，超聲波分散1-2小時(shí)； 將鍍液A加熱至80?90攝氏度，將經(jīng)前處理后的鎂合金部件浸入鍍液A施鍍30?60分鐘； 將鍍液B加熱至80?90攝氏度，將經(jīng)在鍍液A施鍍的鎂合金部件轉(zhuǎn)移到鍍液B中施鍍30?60分鐘； 化學(xué)鍍時(shí)以300?500的轉(zhuǎn)子速度對(duì)鍍液進(jìn)行攪拌； (3)清洗 將鎂合金部件從鍍液中取出，用水沖洗表面殘留鍍液，烘干。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層，其特征在于，步驟(I)所述的堿性溶液為濃度15?60g/L氫氧化鈉溶液、5?20g/L磷酸鹽溶液、20?40g/L碳酸鹽溶液中的一種或多種復(fù)配。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金的鎳磷納米二氧化硅復(fù)合鍍層，其特征在于，步驟(I)所述的酸洗采用100?500mL/L的磷酸溶液，酸洗30?90秒;酸洗后進(jìn)行活化，活化采用10?300mL/L的氫氟酸溶液或30?150g/L的氟化氫錢溶液。
【文檔編號(hào)】C23C18/18GK105887057SQ201610460094
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】謝治輝, 李丹, 陳芳
【申請(qǐng)人】西華師范大學(xué)