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镁合金环保型磷化处理工艺


镁合金材料具有比重小、比强度和比刚度大,导电导热性能、铸造性能、机械加工性能和阻尼性能好以及可回收利用等优点,在航空航天、汽车、机械、电子、兵工等领域得到日益广泛的应用,被誉为二十一世纪的“绿色工程材料”。但是,镁的电极电位很低(-2.37 V),化学性质活泼。此外,镁的氧化膜PB比(金属氧化时生成金属氧化膜的体积与生成这些氧化膜所消耗金属的体积的比值)小于1,不像铝的氧化膜那样致密而具有保护性,镁合金的耐腐蚀问题长期以来严重地制约了镁合金的开发和广泛应用。因此,开展镁合金防腐蚀研究,提高其耐腐蚀性具有重要的意义。

镁合金表面防护措施有化学转化膜、阳极氧化、离子注入、激光表面处理、铝扩散涂层等方法。阳极氧化或微弧氧化膜虽然具有很高的硬度和良好的耐蚀性,但设备占地大、投资较大、能耗高、膜层空隙率高。有关其使用性能,还存在不少争议。虽然离子注入、激光表面处理等制备的涂层耐蚀性能优越,但生产设备昂贵,成本过高,工件形状尺寸受到限制。铝扩散涂层耐蚀性能较好,但需要加热扩散提高涂层结合力和耐蚀性能,而且加热还有可能降低机械强度,且涂层孔隙率高。相比之下,化学转化膜处理工艺具有设备小、占地少、操作简单、能耗低、成本低廉等优点而倍受青睐。化学转化膜涂层与基体结合良好,膜层薄,结晶细腻,拥有一定孔隙率,可以与涂漆良好结合。其中化学处理中研究的较多的是铬酸盐转化膜技术,但是这种工艺中产生的六价铬毒性较大,而磷酸盐转化膜技术是无铬转化膜技术的一种。

目前镁合金无铬磷化处理工艺中存在的问题主要有两方面:一方面是磷化处理技术中含有大量的重金属及致癌物质,达不到环保的要求,另一方面是磷化液的组成物质较多,影响因素复杂,且耐腐蚀性能没有铬酸盐处理好。

本工艺提供一种镁合金表面环保型磷化处理方法,在镁合金表面制备均匀致密,无明显缺陷且耐腐性性能良好的磷化膜。

工艺流程:表面预处理、碱洗除油、水洗、酸洗、水洗、磷化、水洗。磷化所用处理液组成为:磷酸二氢钠20~80 g·L-1,钙离子1~167 g·L-1,六次甲基四胺0.1~10 g·L-1;磷化处理温度为10~60℃,pH值为2.8~7.0,磷化时间为1min~50min。

本工艺所用磷化液成分少,磷化条件温和,工艺简单,成本低。制备的磷化膜层表面均匀、致密,无明显缺陷,具有良好的耐腐蚀性能,可以单独使用或者作为涂料漆膜的底层,增强涂膜与基体的附着力。


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图1 镁片的扫描电子显微镜(SEM)图像

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图2  转化膜的扫描电子显微镜(SEM)图像

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图3 镁片(a)与转化膜(b)在3.5%NaCl溶液中的阳极极化曲线



华南理工大学 李建三 陈艳琴

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