[发明专利]一种有机无机复合镁合金无铬钝化处理液

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及金属材料表面处理问题，尤其涉及一种提高镁合金表面耐蚀性能并且不含六价铬的钝化处理液。

背景技术

镁及镁合金是一种极具发展潜力的轻质结构材料，但镁合金的耐蚀性较差，因此进行适当的表面处理以提高镁合金的耐蚀性能已成为目前研究的热点。微弧氧化、激光表面处理、离子注入、物理气相沉积(PVD)及等离子体注入沉积(IBAD)是近年来兴起的镁合金表面耐蚀强化新技术，这几种技术在处理镁合金耐蚀性方面已取得了一定的成果。

众所周知，镁合金表面主要为化学转化处理，无铬转化处理国内外有铬酸盐转化膜、磷酸盐转化膜、重金属含氧酸化合物转化膜、稀土转化膜和有机化合物等工艺，镁合金化学转化膜的发展趋势为无铬化学转化处理，相关研究将越来越得到重视。传统的镁合金表面防护处理工艺主要是铬酸盐钝化，该钝化工艺简单、成本低、抗蚀性能好，但铬酸盐钝化液含六价铬，毒性大，环境污染严重，镀件在生产和回收过程中易对人体健康产生危害，并且废液的处理成本高。随着欧盟RoHS环保指令的实施，所有在欧盟市场上出售的电子电气设备必须禁止使用铅、水银、镉、六价铬等重金属，与此同时国内相应的环保措施也逐步严格，因此研究开发经济、环保、高效并可适用于大规模工业生产的无铬钝化处理技术来代替现行的铬酸盐钝化处理技术，具有十分重要的科学意义和实用价值。

分析传统的铬酸盐钝化机制不难发现，铬酸盐钝化液通常是由六价铬化合物、三价铬化合物、导电盐、络合剂等组成。在钝化膜形成的过程中发生镁的溶解、铬酸根还原以及三价铬凝胶的析出，这些反应形成了钝化膜的骨架，随后铬酸盐以碱式盐的形式吸附于凝胶上形成面层，至此生成了完整的六价铬钝化层。当钝化层因外力而刮伤后，在潮湿的空气中六价铬化合物溶于水并与露出的铝层起反应，即再次进行钝化处理，从而使钝化膜得到修复，铬酸盐的上述作用亦被称作六价铬钝化的“自愈”。概括的讲，铬酸盐的钝化机制为：三价铬形成钝化膜的骨架材料，六价铬产生钝化膜的“自愈”功能。基于目前的研究现状，借鉴铬酸盐的钝化机制，我们提出一种无铬钝化的新机制，即采用有机成膜剂与无机添加剂组成复合钝化体系，有机成膜剂作为骨架材料发挥作用，无机添加剂在成膜过程中不参加反应，或部分未参加反应，而是包裹在有机膜中，在有机膜发生破损时，无机添加剂通过破损处潮湿的液膜产生二次钝化效应，产生类似六价铬的“自愈”功能。申请号为200820115662.8的发明利用有机无机复合钝化技术，采用水性聚氨酯等有机成分作为主要成膜剂，添加高锰酸盐为辅助成膜剂和腐蚀抑制剂，使得钝化膜的耐蚀性能得到了明显提高。但高锰酸钾有很多缺点：首先，其结晶物及高浓度溶液因其很强的腐蚀性不可直接与皮肤接触；其次，当用于水的净化时，虽其杀菌力极强，但极易为有机物所减弱，因此耐蚀性能持久性稍短。

发明内容

本发明的目的在于克服传统铬酸盐钝化的污染性，以及锰酸盐钝化的局限性，采用无毒的水性聚氨酯或丙烯酸树脂以及有机硅等与高铁酸钾等无机盐成分复合，由于高铁酸钾可以作为绿色的净水剂，因此本钝化液达到了环保要求。此复合钝化液作用于镁合金表面后，使成膜具有“自愈”功能，从而获得耐蚀性能优良的钝化膜，并实现环保型钝化膜的制备。

一种有机无机复合镁合金无铬钝化处理液，其特征是在pH值为8-10的范围内，采用水性丙烯酸树脂或聚氨酯以及有机硅作为成膜剂，添加高铁酸盐无机钝化剂、稳定剂和固化剂组成有机无机复合钝化液，钝化液成分浓度重量百分比为：

水性有机硅          2.5-5％

水性聚氨酯          10-25％

高铁酸钾            0.01～2％

高碘酸钾            0.05～5％

间苯二胺            0～5％

余量为去离子水

利用水性的丙烯酸树脂或聚氨酯以及有机硅等有机树脂作为成膜剂，经过一系列无机盐与有机溶剂的复合钝化处理探索后，在1000g钝化液中，水性有机硅的量为25g-50g，占总重量的百分比浓度为2.5-5％水性聚氨酯为100g-250g，占总重量的百分比浓度为10～25％。水性聚氨酯浓度低于10％时不能形成良好的有机骨架，耐蚀性不好；而浓度高时涂料比较粘稠，成本高且钝化膜较厚。