镁合金磷化方法及其酸洗溶液[发明专利]

[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101463483A
[43]公开日2009年6月24日
[21]申请号200710203246.9[22]申请日2007.12.19
[21]申请号200710203246.9
[71]申请人鸿富锦精密工业（深圳）有限公司
地址518109广东省深圳市宝安区龙华镇油松第
十工业区东环二路2号
共同申请人鸿海精密工业股份有限公司
[72]发明人徐盛恩 刘勇 李飞翔 金召 [51]Int.CI.C23G 1/12 (2006.01)C23C 22/78 (2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页
[54]发明名称
镁合金磷化方法及其酸洗溶液
[57]摘要
一种酸洗溶液，其用于镁合金磷化工艺，该酸
洗溶液包括柠檬酸与无硅水溶性表面活性剂，其中
柠檬酸在该酸洗溶液的浓度为5至30克/升，无硅水
溶性表面活性剂在该酸洗溶液的浓度为1.5至6克/
升。

本发明还提供一种采用上述酸洗溶液的镁合金
磷化方法，该方法可避免或减少在镁合金工件表面
形成黑灰。

200710203246.9权 利 要 求 书第1/1页 【权利要求1】一种用于镁合金磷化工艺的酸洗溶液，其包括柠檬酸与无硅水溶性表面活性剂，其中，柠檬酸的浓度为5至30克/升，无硅水溶性表面活性剂的浓度为1.5至6克/升。

【权利要求2】如权利要求1所述的用于镁合金磷化工艺的酸洗溶液，其特征在于：该柠檬酸的浓度为8至15克/升。

【权利要求3】如权利要求1所述的用于镁合金磷化工艺的酸洗溶液，其特征在于：该无硅水溶性表面活性剂的浓度为3至4克/升。

【权利要求4】如权利要求1所述的用于镁合金磷化工艺的酸洗溶液，其特征在于：该无硅水溶性表面活性剂为多元醇。

【权利要求5】如权利要求4所述的用于镁合金磷化工艺的酸洗溶液，其特征在于：该多元醇为聚乙二醇、甘油、季戊四醇、蔗糖、葡萄糖及山梨醇之一或其组合物。

【权利要求6】一种镁合金磷化方法，依次包括酸洗、碱洗及化成形成磷化膜的工艺步骤，其中在酸洗步骤采用一酸洗溶液，该酸洗溶液包括柠檬酸与无硅水溶性表面活性剂，其中柠檬酸在该酸洗溶液的浓度为5至30克/升，无硅水溶性表面活性剂在该酸洗溶液的浓度为1.5至6克/升。

【权利要求7】如权利要求6所述的镁合金磷化方法，其特征在于：柠檬酸在该酸洗溶液的浓度为8至15克/升。

【权利要求8】如权利要求6所述的镁合金磷化方法，其特征在于：无硅水溶性表面活性剂在该酸洗溶液的浓度为3至4克/升。

【权利要求9】如权利要求6所述的镁合金磷化方法，其特征在于：无硅水溶性表面活性剂为多元醇。

【权利要求10】如权利要求9所述的镁合金磷化方法，其特征在于：该多元醇为聚乙二醇、甘油、季戊四醇、蔗糖、葡萄糖及山梨醇之一或其组合物。

200710203246.9说 明 书第1/4页
镁合金磷化方法及其酸洗溶液
技术领域
本发明涉及一种镁合金磷化方法及其酸洗溶液。

背景技术
镁合金轻材料因为比重低、强度高且适合回收使用而广泛应用于汽车及电器设备。

但是，由于镁合金化学性质较为活泼，耐腐蚀性能较差，因此镁合金工件在使用前一般需要在其表面形成抗腐蚀膜，该抗腐蚀膜需具有良好的耐盐雾性能、较高的附着力及较小的表面阻抗。

现有技术中，一般是通过磷化方法于镁合金工件表面形成一层致密的磷化膜，以提高其抗腐蚀性。

一种现有的镁合金磷化方法，包括酸洗的工艺步骤，酸洗的主要作用是除去镁合金工件表面的氧化物及压铸成型时喷涂的离型剂，增加镁合金工件表面粗糙度。

然而，现有的酸洗工艺中，在镁合金工件表面容易产生黑灰物质(主要成分为铝与锌)，而黑灰物质在后续碱洗工艺时不易全部去除，因此会导致后续生成的磷化膜出现颜色不均匀、局部颜色发黑甚至镁合金工件表面有浮灰等缺陷。

发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种可避免或减少在镁合金工件表面形成黑灰的镁合金磷化方法及其酸洗溶液。

一种用于镁合金磷化工艺的酸洗溶液，其包括柠檬酸与无硅水溶性表面活性剂，其中，柠檬酸的浓度为5至30克/升，无硅水溶性表面活性剂的浓度为1.5至6克/升。

一种镁合金磷化方法，依次包括酸洗、碱洗及化成形成磷化膜的工艺步骤，其中在酸洗步骤采用一酸洗溶液，该酸洗溶液包括柠檬酸与无硅水溶性表面活性剂，柠檬酸在该酸洗溶液的浓度为5至30克/升，无硅水溶性表面活性剂在该酸洗溶液的浓度为1.5至6克/升。

上述镁合金磷化方法中，通过控制酸洗溶液的组成，使得镁合金工件表面的氧化物及离型剂得以完全去除的同时，还可避免或减少在该镁合金工件表面形成黑灰。

附图说明
图1是本发明较佳实施方式的镁合金磷化方法的流程图。

图2镁合金磷化工艺流程及参数图。

图3磷化过程中脱脂、酸洗、碱洗及化成步骤的溶液配方。

图4样品测试结果图。

具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明镁合金磷化方法做进一步详细说明。

请参见图1，所示为本发明较佳实施方式的镁合金磷化方法的流程图，其包括以下步骤：
步骤10，提供一镁合金工件；
步骤20，脱脂，用除油溶液去除该镁合金工件表面的油污；
步骤30，酸洗，用酸洗溶液去除该镁合金工件表面的氧化物与离型剂； 步骤40，碱洗，用碱洗溶液去除该镁合金工件表面的黑灰；
步骤50，化成，用化成溶液在该镁合金表面形成磷化膜。

在步骤20中，脱脂时间可控制在4至8分钟，脱脂温度可控制在55至65℃。

该除油溶液可为氢氧化钠(NaOH)或磷酸钠(Na3PO4)的水溶液。

脱脂过程主要是用于去除该镁合金工件表面的机油、切削油等有机油。

可以理解，在该镁合金工件先经过喷砂等方式处理后，镁合金工件表面没有油污，则该步骤20可省略。

在步骤30中，酸洗时间可控制在3至5分钟，酸洗温度可控制在35至45℃。

本实施例中，该酸洗溶液包括浓度为5至30克/升的柠檬酸(工业级)(HOOCCH2C(OH)(COOH)CH2COOH)与浓度可为1.5至6克/升的无硅水溶性表面活性剂(工业级)。

柠檬酸可与镁合金工件表面的氧化物及压铸成型时喷涂的离型剂反应，以去除该氧化物及离型剂。

其可除去的氧化物包括氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)以及氧化锌(ZnO)等；其可除去的离型剂包括高硅脂有机物((CH2)m-CH(Si)n-COOR)，其中R为甲基等官能团。

柠檬酸在该酸洗溶液中可同时避免或减少在该镁合金工件表面形成黑灰物质(主要成分是铝、锌)。

柠檬酸在该酸洗溶液的浓度优选为8至15克/升。

在酸洗步骤中，柠檬酸主要发生以下化学反应：
MgO+2H+＝Mg2++H2O；
Al2O3+6H+＝2Al3++3H2O；
ZnO+2H+＝Zn2++H2O；
Mg+2H+＝Mg2++H2；
(CH2)m-CH(Si)n-COOR+H+＝R++(CH2)m-CH(Si)n-COOH。

无硅水溶性表面活性剂用于使镁合金工件表面反应更加均匀，同时降低反应速度，使柠檬酸发生的反应更易控制，从而进一步避免或减少酸洗过程中镁合金工件表面发生过度腐蚀
而生成黑灰。

该无硅水溶性表面活性剂为低泡无硅水溶性非离子型表面活性剂，其亲水基主要是羟基。

该无硅水溶性表面活性剂可为多元醇，例如聚乙二醇、甘油、季戊四醇、蔗糖、葡萄糖、山梨醇等。

为使反应更均匀及避免浪费，无硅水溶性表面活性剂在酸洗溶液中的浓度优选为3至4克/升。

在步骤40中，碱洗的时间可为3至5分钟，碱洗的温度可为60至80℃。

该碱洗溶液中的碱可为氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)。

碱洗用于与镁合金工件表面的黑灰物质(主要成分为铝与锌)反应，用以除去黑灰，使镁合金基材暴露出来。

若采用工业级的氢氧化钾，其在该碱洗溶液中的浓度可为60至180克/升；为使黑灰完全除去及避免后续磷化膜表面局部发黑及避免后续生成的磷化膜的表面阻抗偏大，氢氧化钾在该碱洗溶液中的浓度优选为100至150克/升。

氢氧化钾主要发生以下化学反应：
6KOH+2Al＝2K3AlO3+3H2；
2KOH+Zn＝K2ZnO2+H2。

在步骤50中，化成的时间可为30至50秒，化成的温度可为35至45℃。

化成形成于该镁合金工件表面的磷化膜厚度可为5至30微米，该镁合金工件的表面阻抗可小于2欧姆。

该化成溶液包括2.89至8.67克/升的磷酸(H3PO4)(工业级)、0.3至1克/升的尿素(分析纯)、0.39至1.56克/升的硝酸(HNO3)(工业级)、6至30克/升的磷酸二氢锰(Mn(H2PO4)2)(工业级)及0.2至0.6克/升的单宁酸(C76H52O46)。

磷酸的主要作用是提供形成磷化膜所需要的磷酸根离子。

磷酸在该化成溶液中的浓度优选为4.34至6.5克/升。

尿素的主要作用是使形成的磷化膜更均匀。

尿素在该化成溶液中浓度可优选为0.4至0.6克/升。

硝酸的主要作用是提供游离氢离子，以调整化成溶液的PH值，使该化成溶液的PH值在6.5至9.5之间。

为使磷化膜具有较佳的抗盐雾性能及较低的表面阻抗，硝酸在该化成溶液中浓度优选为0.62至0.94克/升。

磷酸二氢锰的主要作用是提供锰离子、磷酸根离子及游离氢离子。

磷酸二氢锰在该化成溶液中浓度优选为10至18克/升。

单宁酸的主要作用是增加磷化膜与后续形成于磷化膜上的涂层之间的附着力。

采用分析纯的单宁酸，其在该化成溶液中浓度可为0.2至0.6克/升，优选为0.4至0.55克/升。

形成磷化膜的时间可为30秒至50秒。

形成的磷化膜的主要成分为磷酸镁(Mg3(PO4)2)、磷
酸锰(Mn3(PO4)2)等复合磷酸盐，其中主要化学反应方程式如下：
Mg+2H+＝Mg2++H2；
3Mg2++2PO43-＝Mg3(PO4)2；
3Mn2++2PO43-＝Mn3(PO4)2。

复合磷酸盐其化学代表式可为：(M g2+)A(M n2+)B(N O3-)C(Z n2+)D(P O43-)E…。

可以理解，在步骤20、步骤30、步骤40及步骤50后还可分别进行水洗步骤，以及在步骤50后还可还进一步对该镁合金工件进行烘烤处理，其中烘烤的时间为30至70分钟，烘烤的温度为110至150℃。

为进一步对上述镁合金磷化方法进行说明，以下将以具体实施例说明。

提供三组(第一组、第二组与第三组)镁合金工件，该镁合金工件的材质均为AZ91D型镁合金，采用如图2所示的工艺流程及参数，对该三组镁合金工件进行磷化处理；且在磷化处理过程中，第一组、第二组与第三组镁合金工件在脱脂、酸洗、碱洗及化成工艺中所采用的溶液相应的组分浓度分别如图3中的A组、B组、C组所在列所示。

磷化处理后的三组镁合金工件，各抽样检测三个样品，测试结果如图4所示。

其中，盐雾测试在盐雾箱中进行，使用5％的氯化钠溶液；表面阻抗测试使用微欧姆计与探针；附着力是在镁合金工件表面涂装油漆层后，使用百格刀测试。

从图4中可以看出，三组样品的盐雾测试均超过8级，表面阻抗均小于2欧姆，附着力均大于3B。

可见，采用本发明的镁合金磷化方法处理的镁合金工件具有良好的耐盐雾性能、较高的附着力及较小的表面阻抗。

当该镁合金工件应用于便携式电子装置时，可确保该便携式电子装置具有较强的电磁波屏蔽能力。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

200710203246.9说 明 书 附 图第1/3页
图1
图2
图3
图4。