專利名稱：一種鎂合金表面處理方法以及采用該方法拋光的鎂合金的制作方法
一種鎂合金表面處理方法以及采用該方法拋光的鎂合金
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金表面處理方法以及采用該方法拋光的鎂合金。背景技術(shù)：
鎂合金是目前最輕的金屬工程材料，其密度為1.74g/cm3，僅為鋁的2/3、鐵的 1/4，同時(shí)具有比強(qiáng)度高，加工性能好的特點(diǎn)，在汽車、摩托車、航空航天、電子IT、軍工產(chǎn)品 等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”。但是，鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑， 穩(wěn)定性低，標(biāo)準(zhǔn)電極電位較負(fù)(-2. 36eV)，耐蝕性極差，即使在室溫下也會(huì)在空氣中發(fā)生氧 化，表面氧化膜疏松且呈堿性，其PH值大約為10. 5，不利于拋光。因此，耐蝕性差成為制約 對(duì)其進(jìn)行表面處理的一個(gè)主要因素。而現(xiàn)在對(duì)金屬件的外觀要求越來(lái)越高，尤其是用于電子產(chǎn)品的金屬件，對(duì)其表面 粗糙度和表面反射率等參數(shù)的綜合要求愈加嚴(yán)苛。一般金屬件的表面處理包括拋光、陽(yáng)極 氧化、微弧氧化、電鍍等。而拋光可作為金屬件表面處理的優(yōu)選工藝從而有效改善金屬件表 面性能，也可作為各種(包括特種功能)表面改性技術(shù)的前期工序，為后續(xù)處理提供方便。未經(jīng)過(guò)加工的鎂合金工件表面為粗糙而無(wú)光澤，在生產(chǎn)鎂合金過(guò)程中容易形成毛 刺、毛邊。傳統(tǒng)上技術(shù)中，鎂合金工件的表面處理分為，機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、電弧拋光等拋 光工藝，其中，采用機(jī)械拋光工藝需要投入相當(dāng)大的人力及耗費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間，增加制造的 問(wèn)題及成本，且拋光效果差。在鎂合金表面化學(xué)拋光工藝中，大多都采用鉻酐、酚等進(jìn)行處 理，拋光效果較差，且容易造成環(huán)境污染，而在另一項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)中，采用電弧拋光的方法，該 方法具體包括將鎂合金鑄件與正電極相連，并且被浸入一含有電解液的電解槽中，電解槽 的操作電壓、操作電流及操作溫度時(shí)被設(shè)定在一操作條件下使得該鎂合金鑄件的表面產(chǎn)生 化學(xué)反應(yīng)，利用在鑄件表面產(chǎn)生的電弧對(duì)工件進(jìn)行拋光處理，采用該方法對(duì)表面進(jìn)行拋光 雖然一定程度上改善了鎂合金表面拋光效果，但通過(guò)該方法所生產(chǎn)的鎂合金，具有表面粗 糙度偏高，表面光澤度較低的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供一種鎂合金表面處理方法，其特征在于，該方法包括對(duì)鎂 合金進(jìn)行等離子拋光，其中，所述等離子拋光的方法包括將鎂合金與陽(yáng)極相連，并浸入容納有拋光液的電解槽中，以電解槽體為陰極，在酸 性條件下進(jìn)行等離子拋光，其中，電解槽的操作電壓為260-400V的正向脈沖電壓，操作溫 度為65-95°C，操作電壓頻率為10K-20KHz。本發(fā)明還提供的一種經(jīng)過(guò)上述表面處理方法拋光的鎂合金，經(jīng)過(guò)處理的鎂合金表 面粗糙度為lum-5um，表面反射率為50% -85%。經(jīng)過(guò)本發(fā)明所提供的表面拋光的方法制備的鎂合金的表面光滑，表面反射率高。具體實(shí)施方式

本發(fā)明所提供的一種鎂合金表面處理方法，該方法包括對(duì)鎂合金進(jìn)行等離子拋光。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在高頻高壓脈沖電場(chǎng)下，拋光液中產(chǎn)生非平衡等離子 體。通過(guò)調(diào)整脈沖電場(chǎng)的波形和脈沖參數(shù)，使得拋光件表面上各點(diǎn)的能態(tài)在時(shí)間和空間上 均處于聚變中，遠(yuǎn)離平衡過(guò)程，此時(shí)等離子體在拋光體表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的交接作用，使得工件 表面微觀凸起部位迅速被擊平而達(dá)到拋光效果。因此，相比傳統(tǒng)的拋光方法，可大幅度提高 鎂合金工件的表面光澤度，降低表面粗糙度，高效的去除加工過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺毛邊，具體 表現(xiàn)在表面粗糙度和表面反射率的同時(shí)提高。而且，該方法具有拋光速度快，生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢(shì)。此種最新拋光方法基于等離子 體的轟擊效果和拋光作用的原理，可適用于各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。另一方面，采用高頻脈沖 電場(chǎng)取代直流電場(chǎng)，在拋光過(guò)程中可以利用脈沖效應(yīng)來(lái)加速拋光液的流動(dòng)和更新，從而以 更高效、更優(yōu)的性能完成對(duì)工件的拋光，同時(shí)也可以節(jié)省生產(chǎn)過(guò)程所消耗的電能，降低生產(chǎn) 成本。本發(fā)明所提供的鎂合金表面處理方法具體包括將鎂合金與陽(yáng)極相連，并浸入 容納有拋光液的電解槽中，以電解槽體為陰極，在弱酸性條件下進(jìn)行等離子拋光，其中， 電解槽的操作電壓為260-400V的正向脈沖電壓，操作溫度為65-95°C，操作電壓頻率為 10K-20KHz,占空比為 50% -90% ο ο在優(yōu)選情況下，電解槽的操作電壓為300-360V，操作溫度為85_95°C，電壓頻率為 15K-20KHz。本發(fā)明中采用方波脈沖，因?yàn)椋讲軌蛱峁┘械哪芰渴┘拥焦ぜ?，能夠在極 短的時(shí)間內(nèi)在工件表面激發(fā)等離子體形成氣膜將工件與電解液隔離，從而最大效率的對(duì)工 件進(jìn)行等離子轟擊作用，實(shí)現(xiàn)拋光效果。頻率越高，也就意味著每個(gè)脈沖方波的間隙時(shí)間越 短，上一個(gè)方波引起的等離子氣膜剛要消退，下一個(gè)方波就又會(huì)激發(fā)起新的氣膜，從而幾乎 可以形成連續(xù)的氣膜，工件的拋光效果更佳。上面提到的弱酸性條件下，是指pH值為6. 5-7. 0。本發(fā)明中所提到的鎂合金表面拋光工藝是在弱酸環(huán)境下進(jìn)行鎂合金工件拋光，這 主要是利用酸性溶液對(duì)工件的腐蝕作用。它會(huì)優(yōu)先腐蝕工件表面凸起的部分，從而最終得 到表面粗糙度更好的工件。如果酸性較強(qiáng)，腐蝕過(guò)快，易導(dǎo)致過(guò)腐蝕。另一方面，腐蝕作用 不利于提高工件的表面反射率，因而需要結(jié)合等離子的作用，對(duì)二者進(jìn)行平衡調(diào)控才能實(shí) 現(xiàn)最佳拋光效果。本發(fā)明中，等離子拋光時(shí)間為30s-3min，拋光時(shí)間如果過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致鎂合金工件 表面被酸性溶液過(guò)度腐蝕；拋光時(shí)間太短，等離子體轟擊作用不明顯，工件表面光亮度差。其中所述的拋光液含有鈉鹽和/或鉀鹽、光亮劑、整平劑。鈉鹽選自氯化鈉、碳酸鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、草酸鈉、硫酸鈉、乙酸鈉、酒石酸鈉、檸 檬酸鈉中的一種或幾種；鉀鹽選自碳酸鉀、氯化鉀、草酸鉀、檸檬酸鉀、乙酸鉀中的一種或幾 種。光亮劑選自葡萄糖酸鈉、糖精、淀粉、苯并三氮唑中的一種，上面提到的光亮劑可以通過(guò) 商購(gòu)獲得。整平劑為本領(lǐng)域公知的各種光亮劑，如三乙醇胺、尿素、硫脲中的一種。鈉鹽和 /或鉀鹽、光亮劑、整平劑的重量比為5-20 0.5-1 1.5-2，余量為水，優(yōu)選情況下鈉鹽和 /或鉀鹽、光亮劑、整平劑的重量比為10-15 0.5-0.8 1.5-1.7。
經(jīng)過(guò)上述表面處理方法拋光的鎂合金，其表面粗糙度為lum-5um，表面反射率可以 達(dá)到 50% -85% ο本發(fā)明提供上述鎂合金表面處理方法的
具體實(shí)施例方式(a)經(jīng)前處理后的工件浸于含鈉鹽和添加劑的熱拋光液中，鎂合金工件置于陽(yáng)極， 所述脈沖等離子拋光，是將前處理后的工件置于拋光液中，以工件為陽(yáng)極，以拋光槽中四周 的不銹鋼板為陰極，施加高頻高壓方波脈沖電場(chǎng)進(jìn)行等離子體拋光；(b)拋光后經(jīng)水洗、硬化、烘干得到工件。 其中，所述前處理為超聲除油，目的是除去工件表面的油脂及其氧化物。超聲除油 的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的超聲除油方法。本發(fā)明中采用將金屬件置于鈉鹽溶液 中，加熱至40°C，超聲波清洗3-5分鐘；純水洗滌即得到超聲除油后的金屬件。所述鈉鹽溶 液包含Na2CO3與Na3(PO3)2的混合溶液，其中Na2CO3的濃度為20g. L—1，Na3(PO3)2的濃度為 25g. Γ1。拋光液中的鈉鹽為氯化鈉、碳酸鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、草酸鈉、硫酸鈉、乙酸鈉、酒 石酸鈉、檸檬酸鈉中的一種或幾種。拋光液溫度為65-95°C，拋光液的PH值需控制在6-6. 5， 呈弱酸性，高頻高壓脈沖電場(chǎng)的形成條件為260-400V的正向方波脈沖電壓，脈沖電壓頻 率為10K-20KHZ，正向脈沖電壓占空比為20-90%，優(yōu)選情況下為50-90%，高頻高壓脈沖電 場(chǎng)持續(xù)時(shí)間至少30秒，操作溫度為85-95°C，拋光液中的添加劑為PH調(diào)節(jié)劑、整平劑、光 亮劑，PH調(diào)節(jié)劑為檸檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、草酸中的一種或幾種；整平劑為三乙醇 胺、尿素、硫脲中的一種，整平劑的濃度為15g/L-20g/L ；光亮劑為葡萄糖酸鈉、糖精、淀粉、 苯并三氮唑中的一種，光亮劑的濃度為5g/L-10g/L，所述的硬化為將拋光后的工件放置于 70-90°C攪拌狀態(tài)下的熱純水中l(wèi)-3min，目的在于徹底去除工件表面的殘余拋光液及形成 鈍化保護(hù)，防止拋光后的工件在后續(xù)使用中出現(xiàn)腐蝕。下面就結(jié)合具體的實(shí)施例加以說(shuō)明。實(shí)施例1該實(shí)施例用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的鎂合金工件表面處理方法。(1)超聲除油將20g. L—1 的 Na2CO3 與 25g. L4Na3 (PO3) 2 的混合溶液 IOOOmL 加熱到 40°C。尺寸為 150 X 50mm2的AZ91D型號(hào)鎂合金工件，將上述鎂合金在上述溶液中用超聲波清洗5分鐘。取 出，降溫至室溫，再將工件在純水中浸泡1分鐘。(2)脈沖等離子拋光配制拋光液，將5g乙酸鈉、1. 5g的三乙醇胺、0. 5g葡萄糖酸鈉，93g水，配置成拋光 液，加入0. lg/L的檸檬酸，將pH調(diào)節(jié)至6. 5，加入去離子水配制成IL拋光液。超聲除油后的AZ91D型鎂合金工件經(jīng)過(guò)純水洗后，放入拋光槽里采用等離子拋 光。拋光處理?xiàng)l件1)以拋光槽中四周的不銹鋼板為陰極，工件為陽(yáng)極，以上述拋光液為導(dǎo) 電介質(zhì)，操作溫度為90°C，拋光2分鐘；2)拋光條件為將脈沖工作電壓設(shè)定為340V，脈沖 頻率設(shè)定為10000Hz，占空比為90%。拋光后的鎂合金工件水洗、硬化、烘干得到金屬件A。實(shí)施例2該實(shí)施例用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的金屬件表面處理方法。
與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于拋光時(shí)間為1分鐘；脈沖工作電壓設(shè)定為280V，脈沖頻 率為20000Hz，占空比為80%，操作溫度為89°C。拋光后的鎂合金工件水洗、硬化、烘干得到金屬件B。實(shí)施例3該實(shí)施例用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的金屬件表面處理方法。與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于拋光 液的組成為20g的磷酸鈉，Ig苯并三氮唑，2g的尿素，77g水，配制成所需拋光液，其中，脈沖 工作電壓設(shè)定為280V，占空比為52%，操作電壓頻率為15000Hz，操作溫度為85°C。拋光后 的鎂合金工件水洗、硬化、烘干得到金屬件C。實(shí)施例4該實(shí)施例用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的金屬件表面處理方法。與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于脈沖工作電壓設(shè)定為260V，正向脈沖電壓占空比為 50%，操作電壓頻率為17000Hz, pH值為6. 5。拋光后的鎂合金工件水洗、硬化、烘干得到金屬件D。對(duì)比例1將鎂合金鑄件浸入一含有5%草酸的電解槽中進(jìn)行電弧拋光處理，該電解槽的操 作電壓為300V，操作電流為180A操作溫度為95°C，操作時(shí)間為2分鐘，經(jīng)過(guò)拋光后得到的 鎂合金經(jīng)過(guò)水洗、硬化、烘干后得到金屬件Rl。對(duì)比例2與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于采用直流電源進(jìn)行等離子拋光，而不是脈沖電源，直流 電源的參數(shù)為320V，拋光時(shí)間2min。拋光后的鎂合金工件水洗、硬化、烘干得到金屬件R2。性能測(cè)試表面粗糙度根據(jù)GB/T 3505-2000進(jìn)行表面粗糙度測(cè)試，以北京時(shí)代集團(tuán)的TR200手持式粗糙 度儀所測(cè)量。表面反射率根據(jù)GB2680-1994進(jìn)行表面反射率測(cè)試，采用深圳開(kāi)立特科技有限公司的 ETF-05A型表面反射率測(cè)試儀所測(cè)定。對(duì)金屬件A-F進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示表 1 由表1中可看出，本發(fā)明所提供的鎂合金表面拋光方法與對(duì)比例2對(duì)應(yīng)的直流等 離子拋光相比，在表面反射率相近的情況下，能進(jìn)更好的降低金屬件的表面粗糙度。通過(guò)對(duì) 比實(shí)施例1與對(duì)比例1的測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)本發(fā)明所提供的鎂合金表面拋光方法制備的 鎂合金具有表面粗糙度低，表面反射率高的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種鎂合金表面處理方法，其特征在于，該方法包括對(duì)鎂合金進(jìn)行等離子拋光，其中，所述等離子拋光的方法包括將鎂合金與陽(yáng)極相連，并浸入容納有拋光液的電解槽中，以電解槽體為陰極，在弱酸性條件下進(jìn)行等離子拋光，其中，電解槽的操作電壓為260-400V的正向脈沖電壓，操作溫度為65-95℃，操作電壓頻率為10K-20KHz，占空比50-90％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其中電解槽的操作電壓為300-360V，操作溫 度為85-95°C，電壓頻率為15K-20KHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其中，所述的弱酸性條件為pH值為6.5-7. O。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其中，所述的電解槽的操作電壓為正向方波 脈沖電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的表面處理方法，其中，所述的等離子拋光的時(shí)間為 30s_3mino
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其中所述的拋光液含有鈉鹽和/或鉀鹽、光亮 齊U、整平劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面處理方法，其中所述的鈉鹽選自氯化鈉、碳酸鈉、硝酸 鈉、磷酸鈉、草酸鈉、硫酸鈉、乙酸鈉、酒石酸鈉、檸檬酸鈉中的一種或幾種；鉀鹽選自碳酸 鉀、氯化鉀、草酸鉀、檸檬酸鉀、乙酸鉀中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面處理方法，其中，所述的光亮劑選自葡萄糖酸鈉、糖精、 淀粉、苯并三氮唑中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面處理方法，其中，所述的整平劑選自三乙醇胺、尿素、硫 脲中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面處理方法，其中，所述的鈉鹽和/或鉀鹽、光亮劑、整平 劑的重量比為5-20 0.5-1 1.5-2。
11.一種經(jīng)過(guò)權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述表面處理方法拋光的鎂合金，其特征在 于，所述鎂合金的表面粗糙度為lum-5um，表面反射率為50% -85%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鎂合金表面處理方法以及采用該方法拋光的鎂合金，其特征在于，該方法包括對(duì)鎂合金進(jìn)行等離子拋光，其中，所述等離子拋光的方法包括將鎂合金與陽(yáng)極相連，并浸入容納有拋光液的電解槽中，以電解槽體為陰極，在酸性條件下進(jìn)行等離子拋光，其中，電解槽的操作電壓為260-400V的正向脈沖電壓，操作溫度為65-95℃，操作電壓頻率為10k-20kHz。經(jīng)過(guò)上述表面處理方法拋光的鎂合金，經(jīng)過(guò)處理的鎂合金表面粗糙度為1μm-5μm，表面反射率為50％-85％。經(jīng)過(guò)本發(fā)明所提供的表面拋光的方法制備的鎂合金的表面光滑，表面反射率高。
文檔編號(hào)C22C23/00GK101845662SQ200910106450
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者張戈 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司