專利名稱：提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法
技術領域：
本發明涉及一種提高金屬及其復合材料表面耐腐蝕性的方法，屬材料表面處理領域，具體涉及一種提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法。
背景技術：
輕金屬及其合金具有密度小、導電導熱能力強、力學性能優異及可二次加工等一系列優點，在國民經濟中得到了廣泛的應用。輕金屬基復合材料除了具有輕金屬的許多優點之外，還具有高的比強度、比剛度、耐磨性好等突出優點，因而在航天、航空及汽車工業等領域中被認為是最有前途的新型結構材料之一。然而輕金屬及輕金屬基復合材料的防腐蝕問題一直未能得到很好的解決。輕金屬表面由于存在晶界、夾雜物等多種缺陷，實質上是一個非均勻的表面，在復雜環境中使用也不可避免引起材料的腐蝕。在輕金屬基復合材料制備過程中，由于追求高的機械性能和其它方面的綜合性能而引入了大量的增強體，增強體的存在導致輕金屬基復合材料內部組織結構極不均勻，在使用環境中極易形成腐蝕電池，從而導致其抗腐蝕性能較差，其性能及壽命都將受到嚴重的影響。長期以來，人們對輕金屬及其輕金屬基復合材料的表面一直采用陽極氧化法和鉻酸鹽化學氧化法進行防腐處理。采用陽極氧化法，會造成輕金屬機械性能下降，而對于輕金屬基復合材料存在增強體增加，使得輕金屬基復合材料的表面導電性不好，成膜不均勻，防腐性差，并且還增加了加工成本；采用鉻酸鹽化學氧化法由于存在有毒的六價鉻離子，對人體有害，也對環境造成污染。由上述可知，以上兩種方法均不能對輕金屬及其復合材料起到有效的防腐作用。
發明內容
本發明的目的是為解決已有對輕金屬及其復合材料表面進行防腐處理，采用陽極氧化法，會造成輕金屬機械性能下降，而對于輕金屬基復合材料存在增強體增加，材料表面導電性不好，成膜不均勻，防腐性差，加工成本高問題及采用鉻酸鹽化學氧化法由于存在有毒的六價鉻離子，對環境易造成污染問題提供的一種提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法。它包括以下步驟a、對輕金屬材料或/和輕金屬基復合材料表面進行預磨處理，粗糙度為0.01～10μm；b、將經a步驟處理過的材料置于丙酮或乙醇溶液中對其表面進行超聲去污處理，處理時間為1～5min；c、將經b步驟處理過的材料置于堿性溶液中進行除油處理，溶液溫度為室溫～60℃，處理時間為1～5min；d、將經除油處理過的材料置于加有氧化劑的稀土鹽水溶液中，稀土鹽水溶液的濃度為0.01～0.05mol/L，氧化劑的加入量為20～120ml/L，混合溶液的溫度為20～100℃，處理時間為5～20min，混合溶液的pH值為1～5；e、將經d步驟處理過的材料在室溫下放置至少15天或在烘干箱內加熱1～24h，加熱溫度為40～80℃。
本發明具有以下有益效果一、本發明能在輕金屬及其復合材料表面形成具有優異腐蝕性能的表層，此表層與基體結合強度高，不脫落，防腐性好，方法簡單，容易操作，且具有環保性能。二、為確定表面稀土轉化膜對材料耐蝕性的影響，對處理前后不同材料的電化學腐蝕行為進行了測試，發現材料表面覆蓋轉化膜后，相應的極化曲線形狀及位置均發生了較大的變化，利用本發明得到的轉化膜可使輕金屬及其復合材料的腐蝕電位提高80～200mV，并可使點蝕電位與腐蝕電位的差值增加100～400mV，腐蝕電流密度降低1～2個數量級。三、采用本發明在輕金屬及其復合材料表面得到的表面轉化膜均勻，并且加工成本較低，是提高輕金屬及其復合材料抗腐性能首選方法。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法由以下步驟完成a、對輕金屬材料或/和輕金屬基復合材料表面進行預磨處理，粗糙度為0.01～10μm，材料經去離子水沖洗；b、將經a步驟處理過的材料置于丙酮或乙醇溶液中對其表面進行超聲去污處理，處理時間為1～5min，材料經去離子水沖洗；c、將經b步驟處理過的材料置于堿性溶液中進行除油處理，溶液溫度為室溫～60℃，處理時間為1～5min，材料經去離子水沖洗；d、將經除油處理過的材料置于加有氧化劑的稀土鹽水溶液中，稀土鹽水溶液的濃度為0.01～0.05mol/L，氧化劑的加入量為20～120ml/L，混合溶液的溫度為20～100℃，處理時間為5～20min，混合溶液的pH值為1～5，材料經去離子水沖洗；e、將經d步驟處理過的材料在室溫下放置15天或在烘干箱內加熱1～24h，加熱溫度為40～80℃。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的a步驟中，對6061鋁基復合材料表面進行預磨處理，粗糙度為5μm。采用該方法可使6061鋁基復合材料的腐蝕電位提高150mv左右，點蝕電位與腐蝕電位的差值增加300mV左右，腐蝕電流密度從6.6E-7A/cm2降低到3.2E-8A/cm2左右。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的c步驟中，材料進行除油處理的溫度為45℃，處理時間為3min。在此溫度下經過后續方法步驟處理后的材料具有較高的防腐性能。
具體實施例方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的c步驟中，將經b步驟處理過的材料置于NaOH溶液中進行除油處理，NaOH溶液的濃度為0.5～1.5mol/L，pH值為10～14，處理時間為1～5min，NaOH溶液的溫度為室溫～60℃。采用上述技術參數并經各方法步驟處理過的材料的表面獲得的轉化膜均勻，防腐性好。
具體實施例方式
五本實施方式與具體實施方式
四的不同點是本實施方式的c步驟中，NaOH溶液的溫度為室溫，處理時間為1min。采用上述技術參數在保證材料具有較好防腐性的前提下還可節約成本。
具體實施例方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的d步驟中，將經c步驟處理過的材料置于加有H2O2的CeCl3水溶液中，CeCl3水溶液的濃度為0.02～0.05mol/L，H2O2的加入量為20～120ml/L，混合溶液的溫度為20～100℃，處理時間為5～20min，混合溶液的pH值為1～5。將經c步驟處理過的材料置于加有H2O2的CeCl3水溶液中，并采用上述技術參數不僅可使材料表面與轉化膜牢固結合，還可提高材料的防腐性。
具體實施例方式
七本實施方式與具體實施方式
六的不同點是本實施方式的d步驟中，CeCl3水溶液的濃度為0.02mol/L，H2O2的加入量為100ml/L，混合溶液的溫度為室溫，處理時間為10min，混合溶液的pH值為2.8。采用上述技術參數，不僅可使材料表面與轉化膜牢固結合，還可大大提高材料的防腐性。
具體實施例方式
八本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的e步驟中，將經d步驟處理過的材料在室溫下放置20天或在烘干箱內加熱20h，加熱溫度為50℃。可保證材料表面和轉化膜牢固結合。
具體實施例方式
九本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式還增加有f步驟對經e步驟處理過的材料進行后續封閉處理，即將已經處理過的材料放在沸水中煮2～7min。該封閉處理的方法簡單，容易操作，可使材料表面與轉化膜牢固結合，可大大提高材料表面的防腐性，從而延長了材料的使用壽命。
具體實施例方式
十本實施方式與具體實施方式
九的不同點是本實施方式的f步驟中將經e步驟處理過的材料放在重量百分比濃度為1～4％的Na3PO4溶液中處理1～10min，Na3O4溶液的pH值為3～5。經該封閉處理過的材料，可保證材料表面與轉化膜更加牢固結合，大大提高材料的防腐性，從而延長了材料的使用壽命。
具體實施例方式
十一本實施方式與具體實施方式
九的不同點是本實施方式的f步驟中，將已經處理過的材料放在沸水中煮5min。采用此方法，簡單、容易操作。
具體實施例方式
十二本實施方式與具體實施方式
九的不同點是本實施方式的f步驟中，將已經處理過的材料放在重量百分比濃度為2.5％的Na3PO4溶液中處理5min，Na3PO4溶液的pH值為4.5。采用上述技術參數可保證材料表面與轉化膜更加牢固結合，大大提高材料的防腐性，最大限度地延長了材料的使用壽命。
具體實施例方式
十三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的a步驟中，所述的輕金屬材料是鋁或鎂或鋁合金或鎂合金；所述的輕金屬基復合材料的基體是鋁或鎂或鋁合金或鎂合金；所述的輕金屬基復合材料中的增強體包含晶須、顆粒及纖維；所述的晶須包括硼酸鹽、碳化硅、氧化鋁；所述的顆粒包括碳化硅、氧化鋁、碳化鈦、碳化硼；所述的纖維包括碳、硼、碳化硅、氧化鋁、氮化硼。
采用上述材料，不僅具有較廣的使用范圍，同時還具有與轉化膜較好的結合性，是航空及汽車工業領域使用較多的輕金屬材料。
權利要求
1.一種提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于它包括以下步驟a、對輕金屬材料或/和輕金屬基復合材料表面進行預磨處理，粗糙度為0.01～10μm；b、將經a步驟處理過的材料置于丙酮或乙醇溶液中對其表面進行超聲去污處理，處理時間為1～5min；c、將經b步驟處理過的材料置于堿性溶液中進行除油處理，溶液溫度為室溫～60℃，處理時間為1～5min；d、將經除油處理過的材料置于加有氧化劑的稀土鹽水溶液中，稀土鹽水溶液的濃度為0.01～0.05mol/L，氧化劑的加入量為20～120ml/L，混合溶液的溫度為20～100℃，處理時間為5～20min，混合溶液的pH值為1～5；e、將經d步驟處理過的材料在室溫下放置至少15天或在烘干箱內加熱1～24h，加熱溫度為40～80℃。
2.根據權利要求1所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于在a步驟、b步驟、c步驟及d步驟中的最后，材料均經去離子水沖洗。
3.根據權利要求1所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于c步驟中，將經b步驟處理過的材料置于NaOH溶液中進行除油處理，NaOH溶液的濃度為0.08～0.8mol/L，pH值為10～14，處理時間為1～5min，NaOH溶液的溫度為室溫～60℃。
4.根據權利要求3所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于c步驟中，NaOH溶液的溫度為室溫，處理時間為1min。
5.根據權利要求1所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于d步驟中，將經c步驟處理過的材料置于加有H2O2的CeCl3水溶液中，CeCl3水溶液的濃度為0.02～0.05mol/L，H2O2的加入量為20～120ml/L，混合溶液的溫度為20～100℃，處理時間為5～20min，混合溶液的pH值為1～5。
6.根據權利要求5所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于d步驟中，CeCl3水溶液的濃度為0.02mol/L，H2O2的加入量為100ml/L，混合溶液的溫度為室溫，處理時間為10min，混合溶液的pH值為2.8。
7.根據權利要求1所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于它還包括f步驟對經e步驟處理過的材料進行后續封閉處理，即將已經處理過的材料放在沸水中煮2～7min或在重量百分比濃度為1～4％的Na3PO4溶液中處理1～10min，Na3PO4溶液的pH值為3～5。
8.根據權利要求7所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于f步驟中，將已經處理過的材料放在沸水中煮5min。
9.根據權利要求7所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于f步驟中，將已經處理過的材料放在重量百分比濃度為2.5％的Na3PO4溶液中處理5min，Na3PO4溶液的pH值為4.5。
10.根據權利要求1所述的提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，其特征在于所述的輕金屬材料是鋁或鎂或鋁合金或鎂合金；所述的輕金屬基復合材料的基體是鋁或鎂或鋁合金或鎂合金；所述的輕金屬基復合材料中的增強體包含晶須、顆粒及纖維；所述的晶須包括硼酸鹽、碳化硅、氧化鋁；所述的顆粒包括碳化硅、氧化鋁、碳化鈦、碳化硼；所述的纖維包括碳、硼、碳化硅、氧化鋁、氮化硼。
全文摘要
提高輕金屬及其復合材料表面耐蝕性的稀土轉化膜方法，它涉及一種提高金屬及其復合材料表面耐蝕性的方法。本發明解決了采用陽極氧化法，存在輕金屬機械性能下降，輕金屬基復合材料增強體增加，成膜不均勻，防腐性差及采用鉻酸鹽化學氧化法存在對環境污染問題。它包括以下步驟a.對輕金屬或/和輕金屬基復合材料表面進行預磨處理；b.將材料置于丙酮或乙醇溶液中進行超聲去污處理；c.將材料置于堿性溶液中進行除油處理；d.將材料置于加有氧化劑的稀土鹽水溶液中，混合溶液溫度為20～100℃，處理5～20min；e.將材料在室溫下放置至少15天或加熱1～24h，溫度為40～80℃。本發明的方法簡單，采用該方法材料的防腐性好。
文檔編號C23G5/00GK1752287SQ20051001044
公開日2006年3月29日 申請日期2005年10月19日 優先權日2005年10月19日
發明者胡津, 趙雪會 申請人:哈爾濱工業大學