專利名稱：乙二醇型冷卻系統用鎂合金稀土轉化膜的制備方法
技術領域：
本發明屬于鎂合金表面處理技術，具體涉及一種乙二醇型冷卻系統用鎂合金表面
稀土轉化膜的制備方法。
背景技術：
汽車輕量化是降低油耗和減少排放的最有效措施之一，鎂合金被公認為是當今最 有前途的汽車輕量化材料。在汽車冷卻系統中采用鎂合金具有很好的減重潛力和應用前 景，但必須面對冷卻液對鎂合金的腐蝕問題。冷卻液是發動機冷卻系統中的不可或缺的傳 熱介質，目前商業冷卻液基本上都是乙二醇-水體系。發動機系統中常用的幾種材料如鋼、 鋁合金、銅等在普通商用冷卻液中都基本能滿足相應的壽命標準。 然而，鎂合金的標準電極電位低，化學和電化學活性高，在冷卻液中耐腐蝕性能非 常差，已成為制約其在冷卻系統中應用的重要瓶頸。例如，國外汽車公司制造的鎂合金發動 機，沒有進行鎂合金在冷卻液中的腐蝕性能的測試和防護，直接對鎂合金發動機進行動力 學模擬，數月試驗結果表明，鎂合金冷卻系統被嚴重腐蝕[宋光鈴.鎂合金腐蝕與防護.北 京化學工業出版社，2006]。對冷卻液中鎂合金緩蝕劑的研究表明[劉元剛.汽車發動機 冷卻液中鎂合金緩蝕劑的研究.腐蝕科學與防護技術，2005，17(2) :8]，對鎂合金在冷卻液 中具有明顯效果的特殊緩蝕劑很大程度上會對系統中的其他金屬產生嚴重的腐蝕。因此對 其進行表面處理是防止鎂合金在冷卻系統中腐蝕最有效的途徑。 由于發動機缸體冷卻系統主要為循環冷卻管道，其特殊的形狀和環境限制了微弧 氧化、氣相沉積、激光處理、噴涂處理等表面處理技術的應用，而化學轉化膜處理方法可以 克服以上技術不足。現有鎂合金轉化膜工藝成熟的是鉻酸鹽轉化膜、磷酸鹽和稀土轉化膜 等。專利公開號為CN1880503A制備的鉻酸鹽轉化膜性能優異，但對環境污染嚴重。公開號 為CN1236104C制備的磷酸鹽復合膜膜層不致密，需作封孔處理，且配方溶液成分復雜。然 而，目前還很少公開有適用于發動機冷卻系統用鎂合金的表面稀土轉化膜處理工藝。
發明內容
本發明的目的在于提供一種鎂合金表面環保型稀土轉化膜的制備方法，制備的轉 化膜膜層均勻致密，在乙二醇-水冷卻液系統中具有優異的耐腐蝕性能，可以解決發動機 冷卻系統用鎂合金在冷卻液中嚴重腐蝕的問題。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的 —種乙二醇型冷卻系統用鎂合金稀土轉化膜的制備方法，其特征在于該方法依次 包括以下步驟 A、預處理及活化采用機械打磨以及洗滌劑去除清洗鎂合金表面氧化膜及污物， 然后用蒸餾水沖洗干凈后放入醋酸或草酸溶液中進行活化處理。 B、化學轉化膜制備將活化后的鎂合金置于濃度為15 25g/L的硼酸銨和10 20g/L的硫酸鈰復合溶液中，溫度控制為80 IO(TC，處理時間為15 20分鐘，然后取出放入濃度為3. 5 5wt%的氟化銨溶液中浸泡15 20分鐘，取出清洗烘干后能夠在鎂合金 表面生成一層白色稀土轉化膜。通過本發明制備的鎂合金稀土轉化膜膜層厚度在3 4ym。
本發明制備的稀土轉化膜的性能評價方法如下 表面形貌與成分用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡和JSM-6701F冷場發射型掃描 電鏡觀察轉化膜的表面微觀形貌，測試結果轉化膜表面與鎂合金基體結合緊密，膜層致密 均勻，轉化膜顆粒粒徑在60 150nm。采用X射線衍射儀和X射線光電子能譜儀測試稀土 轉化膜的晶體結構和成分，膜層主要為鈰的氧化物和鎂的氧化物及其氫氧化物，這些顆粒 細小的復合氧化膜為鎂合金提供了更好的腐蝕保護。 耐腐蝕性能利用動電位極化測試的方法評價其耐蝕性能，采用標準三電極體系， 樣品為工作電極，鉑絲為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，在濃度為70Vol. %的乙二 醇-水模擬發動機冷卻液中測試。結果與純鎂合金相比，本發明工藝制備的稀土轉化膜腐 蝕電位提高了 400 600mV，腐蝕電流密度降低了近2個數量級。
采用本發明具有以下優點 1、制備轉化膜處理液成分簡單，且不含傳統化學轉化工藝中所用的六價鉻化合 物，為無鉻環保的稀土轉化膜。 2、稀土轉化膜厚度均勻、表面致密性好、與基體結合良好，在乙二醇-水冷卻液中 具有優異的耐腐蝕性能，可以解決發動機冷卻系統用鎂合金在冷卻液中嚴重腐蝕的問題。
具體實施方式
實施例l 處理樣品為壓鑄AZ91D鎂合金，大小分別為100mmX100mmX2mm的片狀平面工件， 其具體操作步驟為 1、樣品預處理及活化機械打磨樣品表面至其粗糙度Ra " 0. 18iim，采用普通洗 滌劑對打磨后樣品表面進行清洗去掉油污，用蒸餾水沖洗，然后放入濃度為3 5%的醋酸 溶液中活化l 2分鐘。 2、化學轉化膜制備將活化后的鎂合金置于濃度為25g/L的硼酸銨和12g/L的硫 酸鈰復合溶液中，溫度控制為8(TC，處理時間為20分鐘，然后放入濃度為3. 5wt^的氟化銨 溶液中浸泡20分鐘，取出沖洗表面一層黑色反應殘余物后，即可在鎂合金表面獲得一層均 勻致密，色澤白亮的稀土轉化膜。用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡和JSM-6701F冷場發射型掃描電鏡觀察轉化膜 的表面微觀形貌，測試結果轉化膜表面與鎂合金基體結合緊密，膜層致密均勻，轉化膜顆 粒粒徑在60 150nm。電位極化測試結果腐蝕電位結果與純鎂合金相比，腐蝕電位提高了 近600mV，腐蝕電流密度降低了近2個數量級。
實施例2 處理樣品為壓鑄AZ91D鎂合金，大小分別為100mmX100mmX2mm的片狀平面工件， 其具體操作步驟為 1、樣品預處理及活化機械打磨樣品表面至其粗糙度Ra " 0. 18 ii m，采用普通洗 滌劑對打磨后樣品表面進行清洗去掉油污，用蒸餾水沖洗，然后放入濃度為3 5%的醋酸
4溶液中活化l 2分鐘。 2、化學轉化膜制備將活化后的鎂合金置于濃度為15g/L的硼酸銨和15g/L的硫 酸鈰復合溶液中，溫度控制為IO(TC，處理時間為30分鐘，然后放入濃度為4wt^的氟化銨 溶液中浸泡15分鐘，取出沖洗表面一層黑色反應殘余物后，即可在鎂合金表面獲得一層均 勻致密，色澤白亮的稀土轉化膜。 用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡和JSM-6701F冷場發射型掃描電鏡觀察轉化膜 的表面微觀形貌，轉化膜表面與鎂合金基體結合緊密，膜層致密均勻，轉化膜顆粒粒徑在 60 150nm。電位極化測試結果腐蝕電位結果與純鎂合金相比，腐蝕電位提高了 400mV左
右，腐蝕電流密度降低了 1個多數量級。
實施例3 處理樣品為壓鑄AZ91D鎂合金為長400mm直徑為2mm的管狀工件(內管壁處理)， 其具體操作步驟為 1、樣品預處理及活化機械打磨樣品表面至其粗糙度Ra " 0. 18iim，采用普通洗 滌劑對打磨后樣品表面進行清洗去掉油污，用蒸餾水沖洗，然后放入濃度為3 5%的醋酸 溶液中活化l 2分鐘。 2、化學轉化膜制備將活化后的鎂合金置于濃度為20g/L的硼酸銨和10g/L的硫 酸鈰復合溶液中，溫度控制為8(TC，處理時間為15分鐘，然后放入濃度為4wt^的氟化銨溶 液中浸泡20分鐘，取出沖洗表面一層黑色反應殘余物后，即可在鎂合金表面獲得一層均勻 致密，色澤白亮的稀土轉化膜。 用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡和JSM-6701F冷場發射型掃描電鏡觀察轉化 膜的表面微觀形貌，轉化膜表面與鎂合金基體結合校緊密，膜層致密，轉化膜顆粒粒徑在 60 150nm。電位極化測試結果腐蝕電位結果與純鎂合金相比，腐蝕電位提高了 500mV左 右，腐蝕電流密度降低了 1個多數量級。
權利要求
一種乙二醇型冷卻系統用鎂合金稀土轉化膜的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟A、預處理及活化采用機械打磨以及洗滌劑去除清洗鎂合金表面氧化膜及污物，然后用蒸餾水沖洗干凈后放入醋酸或草酸溶液中進行活化處理；B、化學轉化膜制備將活化后的鎂合金置于濃度為15～25g/L的硼酸銨和10～20g/L的硫酸鈰復合溶液中，溫度控制為80～100℃，處理時間為15～20分鐘，然后取出放入濃度為3.5～5wt％的氟化銨溶液中浸泡15～20分鐘，取出清洗烘干后能夠在鎂合金表面生成一層白色稀土轉化膜。
全文摘要
本發明公開了一種乙二醇型冷卻系統用鎂合金稀土轉化膜的制備方法。本發明包括預處理及活化、化學轉化膜步驟。制備的稀土轉化膜厚度均勻、表面致密性好，在乙二醇-水冷卻液中具有優異的耐腐蝕性能，可以解決發動機冷卻系統用鎂合金在冷卻液中嚴重腐蝕的問題。
文檔編號C23C22/05GK101748396SQ200810183390
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月2日 優先權日2008年12月2日
發明者周添紅, 王立平, 薛群基, 雷自強 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所