專利名稱：鎂合金表面蝕刻電解質(zhì)溶液及其蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬加工及表面處理工藝，特別是涉及一種鎂合金電化學(xué)蝕刻處理方法。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前應(yīng)用中最輕的金屬材料之一，具有高的比強度、比剛度，良好的生物相容性以及機械性能，因此在航天，醫(yī)學(xué)，電子等領(lǐng)域得到越來越多的廣泛應(yīng)用。但是鎂合金化學(xué)性質(zhì)極為活潑，極易發(fā)生化學(xué)腐蝕，因此需要開發(fā)一種適用于鎂合金加工的新工藝。目前對金屬材料的微加工大致分為干法刻蝕和濕法刻蝕兩大類干法刻蝕，包括等離子體刻蝕、電子束加工、激光束加工和氣態(tài)反應(yīng)性離子刻蝕等。濕法刻蝕，主要為化學(xué)刻蝕和電化學(xué)刻蝕。電化學(xué)刻蝕法具有設(shè)備簡單，成本低，制備條件溫和的優(yōu)點，并且通過 配制新的電解質(zhì)溶液和控制攪拌速度，很好的抑制橫向刻蝕，保證垂直刻蝕，是一種具有良好應(yīng)用前景的方法。文獻中已有蝕刻鎂，鋁，鈦等金屬的研究，鎂合金器械已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到實際應(yīng)用。鎂合金較之于其他金屬具有更多的物理、化學(xué)和生物性能，因而得到廣泛研究應(yīng)用，但是有關(guān)電化學(xué)蝕刻鎂合金的研究較少，因此電化學(xué)蝕刻MgCaZn合金具有重要的研究和實際應(yīng)用價值。對鎂合金進行表面處理，在鎂合金表面形成耐腐蝕層，隔斷鎂合金基體與腐蝕性環(huán)境的接觸，是提高鎂合金抗腐蝕性能的有效手段。為達(dá)到理想的抗腐蝕效果，耐蝕層必須均勻，無孔，具有自修復(fù)能力與基體附著力強的特點。目前對鎂合金表面處理的研究很多，應(yīng)用較為普遍的方法主要包括轉(zhuǎn)化膜、有機涂層、陽極氧化、離子注入、電鍍等方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種鎂合金表面蝕刻電解質(zhì)溶液及其蝕刻方法，采用本發(fā)明中的電解質(zhì)溶液進行蝕刻能夠很好的控制反應(yīng)速度，抑制橫向腐蝕，保證縱向腐蝕，通過對表面的氟化后處理，可以提高鎂合金的抗腐蝕性，而且加工工藝簡單，操作方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明鎂合金表面蝕刻電解質(zhì)溶液的組分及摩爾濃度如下NaNO2O. 30 0· 60mol/L ；NaOHO. 10 0· 20mol/L ；Na2SiO3O. θΓθ. 03mol/L ；NH4FO. θΓθ. 03mol/L ；EDTAO. θΓθ. 03mol/Lo本發(fā)明利用上述電解質(zhì)溶液對鎂合金表面蝕刻的方法包括以下步驟I)預(yù)處理對鎂合金材料表面打磨、拋光，用去離子水進行超聲清洗；取適量如權(quán)利要求I至4中的任何一項的電解質(zhì)溶液，在25 35°C溫度下，攪拌25 30min ；
2)掩膜將具有設(shè)計圖案的雙面膠帶紙粘在鎂合金材料欲蝕刻圖案的表面，其余表面用膠帶封好；
3)蝕刻將上述處理過的鎂合金材料浸潰于上述電解質(zhì)溶液中，以鎂合金材料作為陽極，Ag作為陰極，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的電壓為6 10V，溫度控制在30°C，攪拌速度控制在3(T60r/S，進行蝕刻2(T40min ;然后用去離子水進行超聲清洗；
4)表面氟化處理將上述蝕刻后的鎂合金材料浸泡到6(T80°C的2. 00^3. OOmol/ L的NH4F溶液中l(wèi)(T20min，取出用去離子水進行超聲清洗，然后置于無水乙醇中浸泡 12 18h，最后將掩膜去掉，從而，在鎂合金材料表面形成有蝕刻圖案。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
利用本發(fā)明提供的蝕刻電解質(zhì)溶液對鎂合金表面進行蝕刻方法。其工藝過程簡單，操作方便，所刻蝕的圖案符合設(shè)計要求。其中，表面氟化處理是通過F-和刻蝕面出現(xiàn)的 α -Mg發(fā)生反應(yīng)生成氟化鎂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進而提高鎂合金的耐腐蝕性。


圖1是采用本發(fā)明蝕刻方法得到的鎂合金表面蝕刻圖案及橫截面的SEM照片，其中a為蝕刻圖案的SEM照片，b為橫截面的SEM照片；
圖2是本發(fā)明鎂合金蝕刻方法中表面氟化處理前、后的SEM照片，其中a為氟化處理前(對比例)的SEM照片，b為氟化處理后(實施例1)的SEM照片；
圖3是本發(fā)明鎂合金蝕刻方法中表面氟化處理前、后的極化曲線 其中a為氟化處理前(對比例)的極化曲線，b為氟化處理后(實施例1)的極化曲線。
具體實施方式
下面結(jié)合優(yōu)選的具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)地描述，但本發(fā)明的實施并不限于此。其中，鎂合金材料選取Mg-Ca-Zn合金，當(dāng)然，也可以用Mg-Al-Zn合金和Mg-Mn等鎂合金材料。
對比例1:
按照下表I中的組分及摩爾濃度配制鎂合金電化學(xué)蝕刻電解質(zhì)溶液，在30°C溫度下攪拌30min，備用；選一 Mg-Ca-Zn合金薄片樣品進行打磨、拋光，用去離子水進行超聲清洗(若稍后進行處理，應(yīng)存放于乙醇中待用，防止氧化)；將帶有按要求設(shè)計圖案的雙面膠帶紙粘在鎂合金薄片的一面，另一面，留出連電極部位，其余部分用膠帶封好；將上述鎂合金薄片樣品浸潰于配制好的電解質(zhì)溶液(該電解質(zhì)溶液的量根據(jù)容器和于蝕刻鎂合金材料的大小了確定，以浸泡沒過材料為宜)中，將上述處理過的鎂合金薄片作為陽極，Ag作為陰極， 調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的電壓為6 10V，溫度控制在30°C，攪拌速度控制在3(T60r/s，進行蝕刻30min ;用去離子水超聲清洗干凈；揭去雙面膠帶紙，Mg-Ca-Zn合金薄片表面形成邊界清晰的蝕刻圖案。
圖2中的(a)是對比例獲得的蝕刻表面的SEM照片；圖3中的(a)是對比例獲得的蝕刻表面的極化曲線。
實施例1:
與對比例的不同之處是蝕刻后，在揭去雙面膠帶紙之前進行表面氟化處理即，將刻蝕好的鎂合金薄片樣品浸泡到75°C，2. OOmoI/L的NH4F溶液中15min，取出用去離子水超聲清洗干凈，然后置于無水乙醇中浸泡12h，最后將雙面膠帶紙(掩膜)去掉，從而，在 Mg-Ca-Zn合金材料表面形成有邊界清晰的蝕刻圖案。
圖1中的(a)為實施例1獲得的表面蝕刻圖案的SEM照片，圖1中的(b)為蝕刻后鎂合金橫截面的SEM照片；圖2中的(b)是實施例1獲得的蝕刻表面的極化曲線。
實施例2
按照下表I中的組分及摩爾濃度配制鎂合金電化學(xué)蝕刻電解質(zhì)溶液，在30°C溫度下攪拌30min，備用；接下來的步驟與實施I的不同之處是表面氟化處理中，將刻蝕好的鎂合金薄片樣品浸泡到60°C，3. OOmoI/L的NH4F溶液中20min，取出用去離子水超聲清洗干凈，然后置于無水乙醇中浸泡14h，最后將雙面膠帶紙(掩膜)去掉，從而，在Mg-Ca-Zn合金材料表面形成有邊界清晰的蝕刻圖案。
實施例3:
按照下表I中的組分及摩爾濃度配制鎂合金電化學(xué)蝕刻電解質(zhì)溶液，在30°C溫度下攪拌30min，備用；接下來的步驟與實施I的不同之處是表面氟化處理中，將刻蝕好的鎂合金薄片樣品浸泡到80°C，2. OOmoI/L的NH4F溶液中l(wèi)Omin，取出用去離子水超聲清洗干凈，然后置于無水乙醇中浸泡18h，最后將雙面膠帶紙(掩膜)去掉，從而，在Mg-Ca-Zn合金材料表面形成有邊界清晰的蝕刻圖案。
表I
權(quán)利要求
1.一種鎂合金表面蝕刻電解質(zhì)溶液，其組分及摩爾濃度為 NaNO2 O. 30 0· 60mol/L ； NaOHO.10 0. 20mol/L ；Na2SiO3 O. ΟΓΟ. 03mol/L ； NH4FO. ΟΓΟ. 03mol/L ； EDTAO. ΟΓΟ. 03mol/Lo
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鎂合金表面蝕刻電解質(zhì)溶液，其中=NaNO2為O.60mol/L, NaOH為 0. 10mol/L, Na2SiO3 為 0. 01mol/L, NH4F 為 0. 15mol/L, EDTA 為 0. 01mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鎂合金表面蝕刻電解質(zhì)溶液，其中=NaNO2為0.30mol/L, NaOH為 0. 20mol/L, Na2SiO3 為 0. 03mol/L, NH4F 為 0. 03mol/L, EDTA 為 0. 015mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鎂合金表面蝕刻電解質(zhì)溶液，其中=NaNO2為0.45mol/L, NaOH為 0. 15mol/L, Na2SiO3 為 0. 02mol/L, NH4F 為 0. 02mol/L, EDTA 為 0. 03mol/L。
5.一種鎂合金表面蝕刻方法，其特征在于，包括以下步驟 1)預(yù)處理對鎂合金材料表面打磨、拋光，用去離子水進行超聲清洗；取適量如權(quán)利要求I至4中的任何一項的電解質(zhì)溶液，在25 35°C溫度下，攪拌25 30min ； 2)掩膜將具有設(shè)計圖案的雙面膠帶紙粘在鎂合金材料欲蝕刻圖案的表面，其余表面用膠帶封好； 3)蝕刻將上述處理過的鎂合金材料浸潰于上述電解質(zhì)溶液中，以鎂合金材料作為陽極，Ag作為陰極，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的電壓為6 10V，溫度控制在30°C，攪拌速度控制在3(T60r/S，進行蝕刻2(T40min ;然后用去離子水進行超聲清洗； 4)表面氟化處理將上述蝕刻后的鎂合金材料浸泡到6(T80°C的2.0(T3. OOmoI/L的NH4F溶液中l(wèi)(T20min,取出用去離子水進行超聲清洗,然后置于無水乙醇中浸泡12 18h,最后將掩膜去掉，從而，在鎂合金材料表面形成有蝕刻圖案。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎂合金表面蝕刻方法，包括對鎂合金材料表面打磨、拋光、超聲清洗，取適量的蝕刻電解質(zhì)溶液，在25~35℃溫度下，攪拌25~30min；在鎂合金表面覆蓋掩模；將上述處理過的鎂合金材料浸漬于上述電解質(zhì)溶液中，以鎂合金材料作為陽極，Ag作為陰極，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的電壓為6~10V，溫度控制在30℃，攪拌速度控制在30~60r/s，進行蝕刻20~40min；然后超聲清洗；將蝕刻后的鎂合金材料進行表面氟化處理后，揭去掩膜。本發(fā)明蝕刻方法能夠很好的控制反應(yīng)速度，抑制橫向腐蝕，保證縱向腐蝕，提高鎂合金的抗腐蝕性，而且該加工工藝簡單，操作方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C25F3/14GK102995097SQ20121041297
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者黃遠(yuǎn), 張麗芬, 何芳, 陸兆輝 申請人:天津大學(xué)