專利名稱：酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液及在鎂鋰合金上形成轉(zhuǎn)化膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種合金的表面處理溶液。本發(fā)明也涉及一種用表面處理溶液在合金表面形成轉(zhuǎn)化膜的方法。具體地說是一種在鎂鋰合金上形成無鉻轉(zhuǎn)化膜的溶液及其方 法。屬于無機(jī)金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂鋰合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，密度很低，只有1. 30g/cm3 1. 65g/cm3，是唯一 低于鎂基體密度的鎂合金體系，甚至可以低于水的密度，比標(biāo)準(zhǔn)鎂合金輕10% 30%。該 合金單位彈性模量高、抗壓屈服極限超出普通鎂合金2/3 1倍、對缺口不敏感、沖擊韌性 好、抗彎強(qiáng)度大、機(jī)械性能的各向異性不明顯、塑性好、容易變形加工、容易焊接成形、比熱 容量大、導(dǎo)熱性低。目前，鎂鋰合金的有限應(yīng)用集中在航空航天和軍事領(lǐng)域，成熟的合金種 類很少，大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用前尚有許多工作需要開展。但在當(dāng)今世界對結(jié)構(gòu)件輕量化、減重節(jié) 能、環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的要求日益提高的背景下，鎂鋰合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料以 及其優(yōu)良的塑性成形能力，已在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，在功能材料領(lǐng)域的 研究也已起步。隨著鎂合金研究的逐漸發(fā)展，以及鎂合金產(chǎn)業(yè)化的逐漸推進(jìn)，鎂鋰合金的研 究、開發(fā)和應(yīng)用將展現(xiàn)出廣闊的前景。目前在眾多的鎂鋰合金抗腐蝕處理方法中最成熟的 是鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜，它的處理工藝成熟，性能穩(wěn)定，但由于毒性問題鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜工藝已經(jīng)受 到越來越多的限制并將最終退出歷史舞臺(tái)。為保護(hù)環(huán)境及實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)出 新型鎂鋰合金鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜轉(zhuǎn)化膜技術(shù)具有非常重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能在鎂鋰合金上形成具有良好的耐蝕性能的轉(zhuǎn)化膜 的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液。本發(fā)明的目的還在于提供一種用酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液在在鎂鋰合金上 形成轉(zhuǎn)化膜的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液是采用如下方法得到的混合液(I)S-IOg鎢酸鈉，用少量的熱蒸餾水或去離子水充分完全溶解，得到鎢酸鈉溶 液；(2) 30-40g焦磷酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水加熱溶解，得到焦磷酸鈉溶液；(3) l-2g氟化鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，得到氟化鈉溶液；(4) 10-15g醋酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，得到醋酸鈉溶液；(5)將鎢酸鈉溶液，在不斷攪拌下倒入焦磷酸鈉溶液中，得到混合液A ；(6)將氟化鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入混合液A中，得到混合液B ；(7)將醋酸鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入混合液B中；(8)用蒸餾水或去離子水稀釋至1升的體積；(9)用冰乙酸調(diào)節(jié)pH至4. 0 ；
(10)用活性炭及濾紙過濾溶液。用本發(fā)明的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液在鎂鋰合金上形成轉(zhuǎn)化膜的方法為(1)鎂鋰合金進(jìn)行打磨處理，然后進(jìn)行丙酮除油，除油的方法為在丙酮中浸泡 IOmin ；(2)將經(jīng)過丙酮除油后的鎂鋰合金用熱水清洗，再用流動(dòng)水清洗，熱風(fēng)吹干；(3)將經(jīng)過清洗的鎂鋰合金進(jìn)行堿性除油，堿性除油的工藝為堿性除油液組成 氫氧化鈉20g/L、磷酸三鈉10g/L，溫度50°C，時(shí)間lOmin，然后水洗，熱風(fēng)吹干；
(4)將經(jīng)過堿性除油的鎂鋰合金放入酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液中進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，室溫下 進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間為5min ；(5)轉(zhuǎn)化處理后的鎂鋰合金水洗，吹干；所述的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液是采用如下方法得到的混合液l)8_10g鎢酸鈉，用少量的熱蒸餾水或去離子水充分完全溶解，得到鎢酸鈉溶液；2) 30-40g焦磷酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水加熱溶解，得到焦磷酸鈉溶液；3) l-2g氟化鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，得到氟化鈉溶液；4) 10-15g醋酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，得到醋酸鈉溶液；5)將鎢酸鈉溶液，在不斷攪拌下倒入焦磷酸鈉溶液中，得到混合液A ；6)將氟化鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入混合液A中，得到混合液B ；7)將醋酸鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入混合液B中；8)用蒸餾水或去離子水稀釋至1升的體積；9)用冰乙酸調(diào)節(jié)pH至4. O ；10)用活性炭及濾紙過濾溶液。本發(fā)明采用鎢酸鈉作主鹽，氟化鈉作促進(jìn)劑，醋酸鈉做緩沖劑，焦磷酸鈉作配位 齊IJ，冰醋酸作PH調(diào)節(jié)劑配制成鎂鋰合金的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化溶液。本發(fā)明的轉(zhuǎn)化液能在鎂鋰合金上形成無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜——酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜，這 種轉(zhuǎn)化膜能夠大幅度提高鎂鋰合金基體的耐蝕性及其他性能。在鎂鋰合金表面進(jìn)行鎢酸 鹽轉(zhuǎn)化膜處理是一種很有效的方法，通過該發(fā)明制備得到的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜呈灰白色， 比較均勻、連續(xù)、平整、致密，無明顯麻點(diǎn)無起皮，與鎂鋰合金基體結(jié)合力良好，但膜比較薄， 轉(zhuǎn)化膜層的微觀形貌為片狀結(jié)構(gòu)，表面分布一些顆粒點(diǎn)。由于酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜較薄，所 以能譜測試結(jié)果帶有一些基體的成分，鎂鋰合金的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜的能譜分析結(jié)果為含 Mg 52. 1244%, Al 17. 5072%, P 10. 1710%, Ca 1. 1387%, Ti 0. 7521%, Fe 3. 5110%, Ce 9. 5222%, W 5.2734%。酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜的膜層斷面無裂紋，各個(gè)位置的膜層厚度較均 勻，厚度約為5 μ m，斷面的能譜分析結(jié)果為含C 16. 73%, 020. 67%, Mg 52. 45%, Al 2% ； Ca 1.67% ；Ce 0. 15% ；W 6.32%。碳和氧來源于做金相鑲嵌時(shí)的樹脂。膜層中含有鎢，證 實(shí)了鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜的存在。通過與鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的極化曲線對比分析，說明酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn) 化膜的耐蝕性能遠(yuǎn)好于鉻酸鹽，鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位為-0. 967V，較之鉻酸鹽轉(zhuǎn)化 膜的自腐蝕電位(-1. 5392V)提高近572mV，自腐蝕電流密度為3. 292X IO^7A · cnT2，較鉻酸 鹽轉(zhuǎn)化膜自腐蝕電流密度(3. 577 X IO-5A-cm-2)下降了兩個(gè)數(shù)量級，較之基體自腐蝕電位 (-1.600V)提高633mV，較之基體自腐蝕電流密度(1. 418X 10_3Α ·αιΓ2)下降了四個(gè)數(shù)量級。本發(fā)明比其它方法工藝簡單，易于控制，成本低廉，對鎂鋰合金基體腐蝕程度小，膜層薄而致密完整，對基體的覆蓋度高，宏觀表面呈現(xiàn)灰白色，表面未見麻點(diǎn)，手摸不掉色，不掉灰。膜層在3. 5%氯化鈉溶液中的極化曲線出現(xiàn)明顯的較長的鈍化現(xiàn)象，腐蝕電流與基 體相比降低4個(gè)數(shù)量級，與傳統(tǒng)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜相比降低2個(gè)數(shù)量級。


圖1為鎂鋰合金的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜的SEM圖。圖2為鎂鋰合金的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜斷面的SEM圖，其中A)鎂鋰合金基體；B)鎢 酸鹽轉(zhuǎn)化膜；C)金相鑲嵌粉。圖3為鎂鋰合金基體、鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜、酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜在3. 5%氯化鈉溶液中的 極化曲線。圖4的表1為圖1酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜的能譜分析結(jié)果。圖5的表2為圖2酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜斷面的能譜線分析結(jié)果。(Mg、Al、Ca、Ti、Fe、 Ce等一些元素有些來自基體，因?yàn)檗D(zhuǎn)化膜很薄，EDS分析時(shí)會(huì)穿透基體，C、0來自鑲嵌樹脂)
具體實(shí)施例方式下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述A)試樣打磨，然后采用在丙酮中浸泡IOmin ；B)將經(jīng)過A)除油后的試樣用熱水清洗，再用流動(dòng)水清洗，熱風(fēng)吹干；C)將經(jīng)過B)后的試樣進(jìn)行堿性除油，采用的堿性除油工藝為氫氧化鈉20g/L，磷 酸三鈉10g/L，溫度50°C，時(shí)間lOmin，然后水洗，熱風(fēng)吹干；D)將經(jīng)過C)后的試樣放入酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液中進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理。酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液的配制方法及工藝規(guī)范如下(實(shí)驗(yàn)所用試劑及蒸餾水均為分 析純)1)用電子天平準(zhǔn)確稱量10g/L鎢酸鈉，鎢酸鈉在水中的溶解度比較小，用少量的 熱的蒸餾水或去離子水充分完全溶解；2)用電子天平準(zhǔn)確稱量40g/L焦磷酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，焦磷酸 鈉溶解度小，需加熱至一定溫度才能完全溶解；3)用電子天平準(zhǔn)確稱量2g/L氟化鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解；4)用電子天平準(zhǔn)確稱量15g/L醋酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解；5)將完全溶解的鎢酸鹽溶液，在不斷攪拌下倒入焦磷酸鈉的溶液中；6)將完全溶解的氟化鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入5)已配制好的溶液中；7)將完全溶解的醋酸鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入6)已配制好的溶液中；8)用蒸餾水或去離子水稀釋至計(jì)算體積；9)用冰乙酸調(diào)節(jié)pH至4. 0 ；10)用活性炭及濾紙過濾溶液；11)將鎂鋰合金試樣放入10)步驟所形成的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液中開始在室溫下進(jìn) 行化學(xué)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間為5min;12)將酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化后的試樣取出，水洗，吹干。
權(quán)利要求
一種酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液，其特征是是采用如下方法得到的混合液(1)8-10g鎢酸鈉，用少量的熱蒸餾水或去離子水充分完全溶解，得到鎢酸鈉溶液；(2)30-40g焦磷酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水加熱溶解，得到焦磷酸鈉溶液；(3)1-2g氟化鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，得到氟化鈉溶液；(4)10-15g醋酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，得到醋酸鈉溶液；(5)將鎢酸鈉溶液，在不斷攪拌下倒入焦磷酸鈉溶液中，得到混合液A；(6)將氟化鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入混合液A中，得到混合液B；(7)將醋酸鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入混合液B中；(8)用蒸餾水或去離子水稀釋至1升的體積；(9)用冰乙酸調(diào)節(jié)pH至4.0；(10)用活性炭及濾紙過濾溶液。
2.一種用酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液在鎂鋰合金上形成轉(zhuǎn)化膜的方法，其特征是(1)鎂鋰合金進(jìn)行打磨處理，然后進(jìn)行丙酮除油，除油的方法為在丙酮中浸泡IOmin；(2)將經(jīng)過丙酮除油后的鎂鋰合金用熱水清洗，再用流動(dòng)水清洗，熱風(fēng)吹干；(3)將經(jīng)過清洗的鎂鋰合金進(jìn)行堿性除油，堿性除油的工藝為堿性除油液組成氫氧 化鈉20g/L、磷酸三鈉10g/L，溫度50°C，時(shí)間lOmin，然后水洗，熱風(fēng)吹干；(4)將經(jīng)過堿性除油的鎂鋰合金放入酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液中進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，室溫下進(jìn)行 化學(xué)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間為5min ；(5)轉(zhuǎn)化處理后的鎂鋰合金水洗，吹干；所述的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液是采用如下方法得到的混合液1)8-lOg鎢酸鈉，用少量的熱蒸餾水或去離子水充分完全溶解，得到鎢酸鈉溶液；2)30-40g焦磷酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水加熱溶解，得到焦磷酸鈉溶液；3)l-2g氟化鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，得到氟化鈉溶液；4)10-15g醋酸鈉，用少量蒸餾水或去離子水溶解，得到醋酸鈉溶液；5)將鎢酸鈉溶液，在不斷攪拌下倒入焦磷酸鈉溶液中，得到混合液A；6)將氟化鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入混合液A中，得到混合液B；7)將醋酸鈉溶液，在劇烈攪拌下，倒入混合液B中；8)用蒸餾水或去離子水稀釋至1升的體積；9)用冰乙酸調(diào)節(jié)pH至4.0；10)用活性炭及濾紙過濾溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供的是酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液及在鎂鋰合金上形成轉(zhuǎn)化膜的方法。本發(fā)明的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化液采用鎢酸鈉作主鹽，氟化鈉作促進(jìn)劑，醋酸鈉做緩沖劑，焦磷酸鈉作配位劑，冰醋酸作pH調(diào)節(jié)劑配制而成。通過該發(fā)明制備得到的酸性鎢酸鹽轉(zhuǎn)化膜呈灰白色，比較均勻、連續(xù)、平整、致密，無明顯麻點(diǎn)無起皮，與鎂鋰合金基體結(jié)合力良好，但膜比較溥，轉(zhuǎn)化膜層的微觀形貌為片狀結(jié)構(gòu)，表面分布一些顆粒點(diǎn)。本發(fā)明具有配制成本低，配制步驟少，操作簡單，反應(yīng)條件溫和，環(huán)保節(jié)能，需要控制的條件少而且易于做到，耐蝕性能較之鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜有很大提高等優(yōu)點(diǎn)。非常有希望應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C23C22/36GK101805899SQ20101015357
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者周海霞, 黃曉梅 申請人:哈爾濱工程大學(xué)