镁合金制品用 PEO 表面处理溶液的组合物 技术领域 本发明涉及作为用以处理镁合金制品表面的方法之一的 PEO 表面处理方法的电 解液的表面处理溶液的组合物, 尤其涉及在镁合金制品的表面上形成形成牢固、 致密、 均匀 的氧化膜的, 用以镁合金产品的 PEO 表面处理的低碱溶液的组合物。
背景技术
一般来说, 镁合金的尺寸稳定性比较好, 比强度、 防电磁波、 减震等方面的性能要 优于铝合金和钢筋, 多用于汽车及航空器的零部件、 手机外壳、 笔记本电脑的外壳、 镜架等, 因镁合金的标准电极单位低, 耐蚀性弱, 为了防止腐蚀需要进行表面处理。
所述镁合金制品的表面处理方法有 : 阳极氧化 (anodizing) 膜处理方法和称作等 离子体电解氧化 (Plasma Electrolytic Oxidat ion-PEO) 的 PEO 处理方法等。
在此, 镁合金是容易被氧化的金属需要预先进行表面处理工序, 对上述镁合金制 品以等离子电解氧化处理方法进行处理在其表面形成 MgO 薄膜。
即, 目前用以 PEO 表面处理溶液的电解液主要有氢氧化钠 (NaOH) 溶液, 所述氢氧 化钠溶液内的氢氧基 (OH-) 结合到镁合金制品的表层, 由此形成的氧化膜内部生成的强电 场发生等离子, 这个能量可以瞬间形成氧化物, 在镁合金制品表层形成 MgO 和 Mg(OH)2 薄 膜。
但是在目前, 用以 PEO 表面处理装置的电解液采用氢氧化钠 (NaOH) 溶液, 限制提 高镁合金制品的表面色彩和均匀性。 发明内容 为了解决以上问题, 本发明提供一种用于镁合金制品的 PEO 表面处理的低碱溶液 组合物。 该组合物通过电解液向氢氧化钠溶液添加影响其牢固性、 致密性、 膜的气孔及光滑 度的物质, 使镁合金制品表面的氧化膜牢固、 致密、 均匀。
本发明的技术方案在于 :
为了实现上述目的, 本发明公开了一种镁合金制品用 PEO 表面处理溶液的组合 物, 该组合物以氢氧化钠 (NaOH) 溶液为基本溶液, 以包含在氢氧化钠溶液中的氢氧化钠的 重量为基准, 并在氢氧化钠溶液中混合氟化钠 (NaF)1 ~ 20 重量%、 磷酸钠 (Na3PO4)1 ~ 15 重量%、 焦磷酸钠 (Na4P2O7)1 ~ 10 重量%、 氢氧化铝 (Al(OH)3)1 ~ 20 重量%、 氟硅酸钠 (Na2SiF6)1 ~ 20 重量%、 氢氧化钾 (KOH)1 ~ 10 重量%、 乙酸钾 (C2H3O2K)1 ~ 15 重量%、 稀 土金属粉末 1 ~ 10 重量%而形成。
本发明的技术效果在于 :
由此, 本发明在 PEO 表面处理时, 通过氟化钠 (NaF) 确保膜的坚固性及致密性, 通 过磷酸钠 (Na3PO4) 和氟硅酸钠 (Na2SiF6) 确保膜的坚固性及致密性, 通过焦磷酸钠 (Na4P2O7) 和氢氧化铝 (Al(OH)3) 确保膜的气孔性, 通过氢氧化钾 (KOH) 和乙酸钾 (C2H3O2K) 和稀土金 属粉末确保膜的色彩性及均匀性、 膜的气孔大小的稠密性及膜的形状, 以此在铝合金制品
的表面形成牢固、 致密、 均匀的氧化膜。 附图说明 图 1 是将根据本发明的镁合金制品用 PEO 表面处理溶液的组合物进行表面处理的 镁合金制品的表面放大的照片。
图 2 是对根据本发明的 PEO 表面处理通过 DATA-SEM( 电子显微镜 ) 放大的照片。
图 3 和图 4 是将根据现有表面处理溶液进行表面处理的镁合金制品的表面放大照 片。
具体实施方式
以下详细说明本发明镁合金制品用 PEO 表面处理溶液组合物的优选实施例。
本发明为镁合金制品用 PEO 表面处理溶液, 该溶液时电解液的组合物并以氢氧化 钠 (NaOH) 溶液为基本溶液。
而且, 本发明包括氢氧化钠溶液中投入和混合氟化钠 (NaF)、 氟硅酸钠 (Na2SiF6)、 焦磷酸钠 (Na4P2O7) 和氢氧化铝 (Al(OH)3)、 氢氧化钾 (KOH)、 乙酸钾 (C2H3O2K) 和稀土金属粉 末。 特别是, 在本发明中, 以含在氢氧化钠溶液中的氢氧化钠的重量为基准, 向氢氧化 钠溶液投入和混合氟化钠 (NaF)1 ~ 20 重量%、 磷酸钠 (Na3PO4)1 ~ 15 重量%、 焦磷酸钠 (Na4P2O7)1 ~ 10 重量%、 氢氧化铝 (Al(OH)3)1 ~ 20 重量%、 氟硅酸钠 (Na2SiF6)1 ~ 20 重 量%、 氢氧化钾 (KOH)1 ~ 10 重量%、 乙酸钾 (C2H3O2K)1 ~ 15 重量%、 稀土金属粉末 1 ~ 10 重量%。
氢氧化钠由碳酸钠的苛化 (caustification) 和氯化钠的电解制造, 潮解性强, 纯 氢氧化钠是无色透明的结晶而一般都会含一些杂物呈半透明的白色固体, 常温下转换成斜 方晶系的 α 型 ( 低温型 ), 在 299.6℃下转换成立方晶系的 β 型 ( 高温型 )。
还有, 完全脱水时的熔点是 328℃, 但实际上含有难以去除的少量水分和碳酸盐所 以这个熔点是降低约 10℃的 318.4℃, 沸点是 1390℃, 比重是 2.130, 折射率是 1.3576, 融解 热 1.70kcal/mol, 生成热 102.7kcal/mol。目前已发现 1, 2, 3, 3.5, 4, 5, 7 水化物, 3.5 水化 物是无色的单斜晶系结晶, 其熔点为 15.5℃。
还有, 易溶于水, 溶解时产生大量的热量, 水溶液呈强碱性, 对 100g 水的溶解度 为, 在 0℃时 42g, 20℃ 109g, 100℃时 347g, 虽然易溶于乙醇和甘油但不溶于乙醚、 丙铜、 液 氨。
还有, 由于具有潮解性, 放在空气中会吸收湿气和二氧化碳变成碳酸钠, 生成的碳 酸钠很难溶于浓氢氧化钠溶液, 可以利用该性质制作不含碳酸盐的氢氧化钠水溶液。
并且, 氢氧化钠溶液在与难溶性硅酸盐、 磷酸盐、 磺酸盐一起溶解时产生水溶性钠 盐, 因此可用于该溶解, 在低温环境下, 可与氟发生反应生成氟化钠和水及氧气, 与氯、 溴、 碘在低温下反应时生成卤化物, 在高温下反应时生成卤化钠。
并且还可以与磷反应生成磷化钠和磷化氢及磷化合物, 与砷反应生成亚砷酸钠和 砷化氢, 与钙赤热时被还原生成钠, 浓水溶液与硅反应生成硅酸钠和氢, 而且大部分金属盐 水溶液中沉淀氢氧化物。
本发明中, 所述氟化钠 (NaF) 确保膜的牢固性及致密性, 如果氟化钠的含量超过 氢氧化钠溶液中包含的氢氧化钠的 20%重量比时, 导致致密性低下, 对形成于镁合金制品 表面的平滑度产生不利影响, 而氟化钠的含量少于 1%重量比时, 其添加量比起其它多种混 合物混合的整个溶液要少得多, 导致无法确保膜的牢固性及致密性。
所述氟化钠为无色的等轴晶系结晶或白色结晶粉末, 易溶于水, 难溶于酒精, 其水 溶液具有腐蚀性, 由于氟离子 (F-) 的尺寸比较小, 可与阳离子结合形成稳定的错合物, 氟 用于制造叫做特氟隆的高分子涂覆剂, 并容易与氢氧基置换。
本发明中, 所述磷酸钠 (Na3PO4) 影响膜的粗糙度 (roughness), 如果磷酸钠的含量 超过氢氧化钠溶液中包含的氢氧化钠的 15%重量比时, 对形成于镁合金制品表面的平滑度 产生不利影响, 而磷酸钠的含量少于 1%重量比时, 其添加量比起其它多种混合物混合的整 个溶液要少得多, 导致无法影响膜的粗糙度。
磷酸钠在磷酸氢二钠水溶液中添加当量氢氧化钠进行蒸发、 干燥处理之后, 放在 电炉上加热、 脱水获取无水化合物, 在磷酸添加过量氢氧化钠进行蒸发、 浓缩, 可在室温环 境下获取十二水化合物。
根据晶化温度还可获取 10、 6、 0.5 水化合物, 无水化合物是无色粉末, 其熔点是 3 1340℃, 密度为 2.536g/cm (17℃ ), 每 100g 水中的溶解度为 0℃下 4.5g, 100℃下 77g。 十二 水化合物是无色六方晶系结晶, 其熔点是 73.4 ℃, 比重 1.62, 溶解度为 28.32g/100g( 水 15℃ ), 从 100℃脱水成为一水化合物, 用作碱性洗涤剂、 皮革清洁剂、 管道清理剂、 硬水软 化剂等。
在本发明中, 所述焦磷酸钠 (Na4P2O7) 影响膜的气孔, 如果焦磷酸钠的添加量大于 氢氧化钠溶液中包含的氢氧化钠的 10 重量%时, 则单位面积中的气孔数量增加对膜表面 的均匀性造成不利影响, 而小于 1 重量%时, 其添加量比起其它多种混合物混合的整个溶 液要少得多, 导致无法影响膜的气孔。
焦磷酸钠 (Na4P2O7) 包括结晶物 (10 水盐 ) 及无水物, 分别称作焦磷酸钠 ( 结晶 ), 焦磷酸钠 ( 无水 ), 易溶于水, 成为 Na4P2O7·nH2O, 不溶于酒精, 并可与金属离子制作络合盐 的能量大, 可对金属离子起大的封锁作用, 而且还具有风化性, 在无机酸的配合下煮沸时变 成 Na2HPO4。
本发明中, 所述氢氧化铝影响膜的气孔, 如果氢氧化铝的添加量大于氢氧化钠溶 液中包含的氢氧化钠的 20 重量%时, 则单位面积中的气孔数量增加对膜表面的均匀性造 成不利影响, 而小于 1 重量%时, 其添加量比起其它多种混合物混合的整个溶液要少得多, 导致无法有效地影响膜的气孔。
所述氢氧化铝在天然状态下, 以水铝矿、 水铝石的形式存在, 在铝盐水溶液加上氨 水时生成为白色胶状沉淀, 加热时在 300℃下失去 1 分子的水, 作为双性氢氧化物与碱反应 制作铝酸盐, 与酸反应制作其盐。
长期与水接触时会被胶化, 用作吸附剂、 离子交换体, 色谱固定液等, 还可用作氧 化铝的制作原料, 纸的加重剂, 还可以注入到纤维中用作防水布的制作添加剂。
本发明中所述氟硅酸钠 (Na2SiF6) 影响膜的粗糙度, 如果氟硅酸钠的添加量大于 氢氧化钠溶液中包含的氢氧化钠的 20 重量%时, 则对形成于镁合金制品表面的氧化膜的 粗糙度造成不利影响, 而小于 1 重量%时, 其添加量比起其它多种混合物混合的整个溶液要少得多, 导致无法有效地影响膜的粗糙度。
所述氟硅酸钠 (Na2SiF6) 为处理氟硅酸获得的几种盐 (SALT) 之一, 最常用于自来 水氟化的氟化合物, 可在磷酸肥制作过程中获取此副产品。
在粉碎磷矿石用磺酸处理时产生的副产品 - 气体与水反应生成氟硅酸, 将其通过 碳酸钠中和时就有氟硅酸钠沉淀, 该氟硅酸钠为白色无味的结晶型粉末, 溶解度为 0℃下 0.44%, 100℃下 2.45%, 是可变的, 工业上用作洗衣店的中和剂、 玻璃制造、 毛织物的防虫 处理等。
本发明中, 所述氢氧化钾 (KOH) 影响膜的色彩性及均匀性, 如果氢氧化钾的添加 量大于氢氧化钠溶液中包含的氢氧化钠的 10 重量%时, 则对形成于镁合金制品表面的氧 化膜的色彩中棕色加大, 对象牙色表面的均匀性造成不利影响, 而小于 1 重量%时, 其添加 量比起其它多种混合物混合的整个溶液要少得多, 导致无法有效地影响膜的色彩性及均匀 性。
所述氢氧化钾为钾的氢氧化物, 通过对氯化钾进行电解而得到, 氢氧化钾具有潮 解性, 放置在空气中时吸收湿气而溶化, 并吸收二氧化碳成为碳酸钾, 溶于水时释放很多热 量, 其水溶液呈强碱性。 氢氧化钾具有与氢氧化钠非常相似的化学性质, 可用于制造多种钾化合物和钾玻 璃、 钾肥皂 ( 靛青等 )、 合成纤维 ( 对苯二甲酸 ) 等, 也可用于碱性电磁、 试剂、 二氧化碳吸收 剂等。
本发明中所述乙酸钾 (C2H3O2K) 影响膜的气孔尺寸, 如果乙酸钾的添加量大于氢氧 化钠溶液中包含的氢氧化钠的 15 重量%时, 气孔尺寸变大, 对膜的均匀性和粗糙度造成不 利影响, 而小于 1 重量%时, 其添加量比起其它多种混合物混合的整个溶液要少得多, 导致 无法影响膜的气孔尺寸。
乙酸钾 (C2H3O2K) 易溶于乙醇, 难溶于乙醚, 是用于制作试剂、 有机合成的原料的, 具有潮解性的无色结晶, 外观是无色乃至白色的易溶性段下晶体, 是结晶性或者光泽性粉 末。
本发明中所述稀土金属粉末的一部分溶于溶液的过程中被离子化影响膜的形态 及象牙色产生影响, 如果稀土金属粉末的添加量大于氢氧化钠溶液中包含的氢氧化钠的 10 重量%时, 未被离子化的量增多, 可能变成不需要的杂物, 而小于 1 重量%时, 其添加量比 起其它多种混合物混合的整个溶液要少得多, 导致无法影响膜的形态及象牙色。
所谓稀土金属指钪、 钇、 镧系元素的全部, 酸化数为 +2、 +3、 +4, 一般做 +3 价的化合 物, 但在铈、 鋱、 镨中为 +4 价, 在镱、 铕、 钐中也有 +2 价, 大部分呈银灰色光泽, 其阳性处于碱 金属和碱土金属之后, 其水溶液呈碱性。
作为本发明的物质是, 以氢氧化钠 (NaOH) 溶液为基本溶液的镁合金制品用 PEO 表 面处理溶液的组合物, 以包含在氢氧化钠溶液中的氢氧化钠的重量为基准, 并在氢氧化钠 溶液中混合适量的氟化钠 (NaF、 磷酸钠 (Na3PO4)、 焦磷酸钠 (Na4P2O7)、 氢氧化铝 (Al(OH)3)、 氟硅酸钠 (Na2SiF6)、 氢氧化钾 (KOH)、 乙酸钾 (C2H3O2K)、 稀土金属粉末, 并使上述物质相互 作用, 使形成在镁合金制品表面的氧化膜接近象牙色。
采用上述组合物实验后, 可以在镁合金制品表面形成比根据现有技术的氧化膜 ( 图 3、 图 4) 更加牢固、 致密、 光滑的氧化膜 ( 图 1、 图 2)。