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CN1745971B - Mg或Mg合金机壳及其制造方法 - Google Patents

Mg或Mg合金机壳及其制造方法 Download PDF

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Abstract

用含有化学转化处理剂和研磨剂的混合物湿式喷射研磨本发明的Mg或Mg合金机壳表面，由此，在该Mg或Mg合金机壳表面形成化学转化膜。故此，在由Mg或Mg合金制成的铸造产品的表面上简便地形成化学转化膜，无须用油灰补平，从而提供了一种Mg或Mg合金机壳，其中可以防止材料利用率的降低和成本的增加。

Description

Mg或Mg合金机壳及其制造方法
技术领域
本发明涉及Mg或Mg合金机壳和制造这种Mg或Mg合金机壳的方法。在这种机壳中，在Mg或Mg合金制成的铸造产品的表面上简便地形成化学转化膜，以便提高材料利用率。
背景技术
近来，将移动设备例如笔记本电脑和个人数字助理(PDA)带到户外使用的机会越来越多。对设备的小型化及减轻设备的厚度和重量的要求也随之增加，因此，这就需要减轻占设备总质量30％的机壳的厚度。然而，在减轻设备厚度的情况下，用树脂机壳很难保持足够的强度。而且，笔记本电脑中微处理器(MPU)的产热量会增加。用交流电驱动时产热量预计可达13W到16W，所以，急需开发出具有高散热性能的机壳。
为解决上述问题，具有低重量和高导热性的轻金属例如Al、Mg、Mg合金等成为用作机壳材料而被关注的焦点。特别地，Mg或Mg合金较轻，即，其重量为Al的约70％，而且还具有优异的再生性。作为Mg或Mg合金，已经投入实际应用的有Mg-Al-Zn体系、Mg-Al-Mn体系、Mg或Mg-Al-Si体系、Mg-Al-RE(稀土元素)体系等。将这些材料通过压铸、触变性铸模、板金加工等进行铸造，并进行化学转化处理，再对这样所得的化学转化产品进行覆膜处理。压铸是指在压力下将熔化的金属注入模具而得到铸造产品的方法。触变性铸模是指将半熔化或熔化的金属从大约600℃的压出机中挤入大约250℃的模具而得到铸造产品的方法。
化学转化处理是指在Mg或Mg合金表面形成一种具有抗腐蚀作用的化学转化覆膜的处理方法。按照这种处理方法，将Mg或Mg合金浸入主要含有六价铬的铬酸溶液或不含六价铬的非铬酸溶液等中，由此在Mg或Mg合金表面形成铬酸的铬复盐覆膜(通常是，xCrO3·yCr2O3·2H2O，Cr(OH)2·HCrO4·2H2O等)。在化学转化处理后，进行覆膜处理。日本特开平11(1999)-131255A和特开2000-96255A中提出了这些化学转化处理的方法。
用Mg或Mg合金作为材料来制造产品时存在以下问题。通过压铸、触变性铸模等制得的铸造产品有毛刺。目前，这种毛刺可以通过手工的或机械的在压力下冲压、切削等去除，这些操作都很麻烦。也可以用向铸造产品气喷颗粒的喷砂清理方法来清除这些毛刺。在此情况下还有以下问题。可能会有Mg或Mg合金的尘粒产生并飞散，从而导致较差的可操作性和粉尘爆炸的高危险性。
此外，进行上述化学转化处理时需要预处理。通常按如下方法进行化学转化处理。将上述铸造产品除油污，再酸洗。然后，对该铸造产品进行浸蚀以去除铸造过程中所使用的脱模剂。接着，进行以下表面调整处理：打磨铸造产品的表面，使之光洁，以便在铸造产品表面形成铬酸的铬复盐覆膜。上述处理即为预处理。随后，将铸造产品浸入上述铬酸溶液或非铬酸溶液中，进行化学转化处理。接着，用水冲洗所得的铸造产品，并在大约70℃干燥，由此使化学转化膜固化。因此，化学转化膜的预处理需要有诸如除油污、冲洗、通过浸蚀进行表面调整处理等多个步骤，这使得操作繁琐，处理设备复杂，而且增加了处理成本。
在通过压铸、触变性铸模等制造的铸造产品中，会产生例如缩孔、砂眼、热液流动痕迹(hot water flow)等铸造缺陷。在检查铸造缺陷(缩孔、砂眼、流动等)的过程中，对铸造产品的局部进行手动擦光，以便使该铸造产品易于观察，随后进行目测检查。此时，擦光以手动进行，这使检查变得麻烦，而且在擦光过程中会产生尘粒。作为例如擦光等调整表面的方法，日本特开2003-284457A提出了湿式喷射研磨法。此外，特开2000-263442A提出了一种连续进行的湿喷射研磨法，以此作为化学转化处理的预处理手段。
上述常规技术(采用湿式喷射研磨法作为化学转化处理的预处理手段)及步骤的数目等均与常规化学处理中的相似，所以在成本等方面的改善效果较小。而且，在进行化学转化处理前，有缺陷的铸造产品需要用油灰填平来进行矫正，因而降低了材料利用率且增加了成本。
发明内容
所以，鉴于前面所述，本发明的一个目的是提供一种Mg或Mg合金机壳和制造这种Mg或Mg合金机壳的方法，在这种机壳中，在由Mg或Mg合金制成的铸造产品的表面上简便地形成化学转化膜，从而减少涂抹油灰的矫正工作，增加了材料利用率，并且降低了成本。
本发明的Mg或Mg合金机壳的特征在于，用含有化学转化处理剂和研磨剂的溶液对Mg或Mg合金机壳表面进行湿式喷射研磨，由此，在Mg或Mg合金机壳表面形成化学转化膜。
本发明的Mg或Mg合金机壳的制造方法的特征在于，用含有化学转化处理剂和研磨剂的溶液对Mg或Mg合金机壳表面进行湿式喷射研磨，由此，在Mg或Mg合金机壳表面因喷砂而变得不平整，同时形成化学转化膜。
参照附图，通过对以下详细描述进行阅读和理解，本发明的上述和其他优点对本领域的技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是本发明实施例1的工艺流程图。
图2是比较例1的工艺流程图。
图3是本发明实施例1中笔记本电脑机壳的表面观察照片。
图4是比较例1中笔记本电脑机壳的表面观察照片。
图5A到5C是本发明实施例1中的划格法附着力试验结果的表面观察照片。
图6A到6C是比较例1中的划格法附着力试验结果的表面观察照片。
图7A到7C是在本发明实施例1中，通过盐水喷雾实验(SST)评价抗腐蚀性所得的表面观察照片。
图8A到8C是在比较例1中，通过盐水喷雾实验(SST)评价抗腐蚀性所得的表面观察照片。
具体实施方式
根据本发明，用含有化学转化处理剂和研磨剂的混合溶液对Mg或Mg合金机壳表面进行湿式喷射研磨，以在Mg或Mg合金机壳表面形成一种化学转化膜，同时因喷砂使其变得不平整，这样就无须用油灰补平，从而防止材料利用率的降低和成本的增加.更具体来说，当通过湿式喷射研磨法将含有化学转化处理剂和研磨剂的混合溶液喷在Mg或Mg合金机壳表面时，研磨剂会打磨表面，同时，由于Mg与化学转化处理剂发生反应，从而形成适当厚度的致密的磷酸钙-磷酸锰复合覆膜.这样，Mg或Mg合金机壳表面就不会形成氧化物或氢氧化物膜，这种膜会降低裸露表面的耐腐蚀性、防锈性、涂膜的附着性和涂膜的耐腐蚀性；相反，其上会形成磷酸钙-磷酸锰复合覆膜，其中，钙和磷酸有助于增强化学转化膜的裸露表面的耐腐蚀性，锰有助于增强覆膜的附着性.此外，还消除了化学转化产品表面的缩孔、砂眼、流动等缺陷，这样，涂覆前就不必用油灰填平进行矫正，并且可降低成本.
为解决上述问题，本发明的发明人进行了认真研究，并最终发现，例如，作为由Mg或Mg合金所制机壳的覆膜处理的预处理和防锈处理，对Mg或Mg合金同时进行化学转化处理和湿式喷射研磨，由此可以解决上述问题。在此，湿式喷射研磨是指这样一种处理，将液体与研磨剂混合，并在0.1到0.3MPa的压力下喷射这种混合物。
优选地，本发明所用的化学转化处理剂包含钙离子、锰离子和磷酸根离子，还优选采用一种溶液进行湿式喷射研磨，在该溶液中将含有氧化促进剂的水性液体与诸如氧化铝等研磨剂混合。在湿式喷射研磨中，机壳的表面打磨和化学转化涂覆是同时进行的。因此，所形成的涂膜也经过了打磨；然而，满足上述条件才能得到足够的覆膜。
优选地，至少有一种选自氧化铝、锆、玻璃和树脂的微粒材料被用作研磨剂。此外，作为树脂，可以使用三聚氰胺树脂、脲醛树脂、聚酯树脂、酚树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等。优选地，研磨剂的平均粒径为10μm～300μm。
作为喷射用的化学转化处理剂的钙离子源，可以是硝酸钙、亚硝酸钙、硫代硫酸钙、磷酸四钙等中的一种或至少两种的组合。此外，作为锰离子源，可以是碳酸锰、硝酸锰、磷酸氢锰、焦磷酸锰、氟硼酸锰等中的一种或至少两种的组合。另外，作为磷酸根离子源，可以是正磷酸、缩合磷酸、亚磷酸、次磷酸等中的一种或至少两种的组合。
此外，作为氧化促进剂，可以用氯酸钠、次氯酸钠等。在化学转化处理中，这种氧化促进剂可增强Mg或Mg合金与上述各种组分的离子之间的反应，由此，更易形成具有理想的裸露表面耐磨性的化学转化覆膜。此外，为了稳定地得到具有上述性能的化学转化覆膜，氧化促进剂组合物的量优选是0.02g/L到2g/L。
根据本发明，当通过湿式喷射将化学转化处理剂和研磨剂的混合溶液喷射在Mg或Mg合金机壳表面时，研磨剂打磨表面，并且由于Mg或Mg合金与化学转化处理剂发生反应而形成适当厚度的致密的磷酸钙-磷酸锰复合覆膜。这样，Mg或Mg合金机壳表面就不会形成氧化物或氢氧化物膜，相反，会形成磷酸钙-磷酸锰复合覆膜。优选地，通过化学转化处理形成的复合覆膜的附着量，以Ca的重量计为5mg/m2～50mg/m2，以Mn的重量计为3mg/m2～25mg/m2，以磷的重量计为30mg/m2～100mg/m2。
此外，优选地，化学转化处理剂的比例为70质量％～90质量％，研磨剂的比例为10质量％～30质量％。
在Mg或Mg合金表面形成一种化学转化覆膜，使之含有上述预定数量的钙、锰和磷，由此得到具有一定裸露表面耐腐蚀性、防锈性、涂膜附着性和涂膜耐腐蚀性的化学转化覆膜。特别地，钙和磷被认为有助于增强化学转化覆膜的裸露表面抗腐蚀性，锰有助于增强涂膜附着性。
此外，用研磨剂打磨Mg或Mg合金表面，由此可消除Mg或Mg合金机壳产品表面的缩孔、砂眼、流动等缺陷，而且，涂覆前不必用油灰补平，因而可降低成本。优选地，由于湿式喷射研磨溶液中所含研磨剂的打磨作用，Mg或Mg合金机壳的表面粗糙度为，其10个点的平均表面粗糙度为0.5μm到100μm。
上述处理之后，优选地，用水冲洗所述表面，接着进行干燥。而且，在湿式喷射研磨和用水冲洗后，如果将含有钙离子、锰离子和磷酸根离子(与湿式喷射研磨所用的化学转化处理剂中的类似)以及氧化促进剂的水性液体喷淋到表面上，则可增加该涂膜的厚度，从而增强了耐腐蚀性。
此后，进行涂装处理。在涂装处理中，可以通过喷涂、电镀等方式涂覆环氧树脂等涂料，然后在其上涂覆三聚氰胺树脂等涂料。选择性地，通过静电涂覆还可以涂覆各种树脂粉末涂料。
实施例
在下文中，将通过实施例和比较例对本发明进行更具体的描述。
实施例1
作为待处理的目标构件，采用由ASTM AZ91D的Mg或Mg合金经触变性铸模制造的笔记本电脑机壳(长：329mm，宽：274mm，厚：2mm)。触变性铸模的操作如下：将半熔化或熔化的Mg或Mg合金从大约600℃的压出机中挤入大约250℃的模具而得到铸造产品。图1显示了表面处理过程。
作为化学转化处理剂，采用的是一种混合物，该混合物含有80质量％的“Grander-Finer MC1000”(由Million Chemical Co.，Ltd.生产：15质量％～25质量％的磷酸、10质量％～15质量％的锰化合物和10质量％～20质量％的钙化合物)和作为研磨剂的20质量％的平均颗粒尺寸为40μm的氧化铝(Macorundum A#320，由Macoho Co.，Ltd.生产)。湿式喷射研磨是用由Macoho Co.，Ltd.生产的WFB-2-2C在以下条件下进行的：压缩空气压力为0.2MPa，泵压为0.12MPa，机壳与喷嘴间距为30mm，机壳以40mm/s(毫米/秒)的速度向前推进。用水冲洗机壳以清除化学转化处理剂和研磨剂，进一步用去离子水冲洗，接着进行干燥。
比较例1
图2显示了比较例在浸蚀后进行化学转化处理的方法。图2中的表面调整1和2代表浸蚀处理。
采用“GFMG15SX”(由Million Chemical Co.，Ltd.生产)作为脱模剂，并将其温度保持在70℃。然后，将上述Mg或Mg合金机壳在脱脂剂中浸泡5分钟，以使机壳脱脂，接着用水冲洗。使作为浸蚀剂的“Grander-Finer MG104S”(由Million Chemical Co.，Ltd.生产：30质量％～40质量％的磷酸、少于0.1质量％的表面活性剂，其余为水)的浓度保持在5％，温度为60℃。然后将所述机壳在该浸蚀剂中浸泡60秒，进行浸蚀，接着用水冲洗。此后，将经过浸蚀处理的该构件浸入温度保持在60℃的上述“GFMG15SX”(由Million Chemical Co.，Ltd.生产)中7分钟，接着用水冲洗。采用“Grander-Finer MC1000”(由MillionChemical Co.，Ltd.生产：15质量％～25质量％的磷酸、10质量％～15质量％的锰化合物和10质量％～20质量％的钙化合物)作为化学转化处理剂，并将温度保持在35℃.然后，将经上述处理的Mg或Mg合金机壳在化学转化处理剂中浸泡40秒，用水冲洗，进一步用去离子水冲洗，接着进行干燥.
对实施例1和比较例1的外观进行评价。此外，用荧光X射线定量测定Mg或Mg合金机壳表面元素的附着量。在机壳表面上的选择五个部位，并检查其差异。用由Dia Instruments Co.，Ltd.生产的“Loresta MP”(4-端子双探针系统)检测电阻。表1和图3、4显示了其结果。图3是显示比较例1的外观的照片，图4是显示实施例1的外观的照片。实施例1的外观是平整的表面，而比较例1的外观是不平整的。
表1
注1：污点是指由于粉末附着所致的外观缺陷。
此外，在Mg或Mg合金机壳上，将环氧型2次涂覆涂层(150℃下烘烤)在高温高湿环境(60℃，相对湿度为95％)中保持100小时。此后，进行划格法附着力试验(在样品表面划出棋盘形图案，将该表面分成100份，剥离胶带后计算剩余方格的数量，根据以下标准进行判断：剩余方格数是100为成功，剩余方格数少于100为失败)。
图5A～5C是显示实施例1的结果的外观照片，图6A～6C是显示比较例1的结果的外观照片。在图5A～5C到图6A～6C中，“OH”代表“试验前”，“2mm”和“1mm”分别代表方格的大小。
另外，按照JIS Z 2371进行8小时和24小时的盐水喷雾实验(SST)，对耐腐蚀性进行评价。图7A～7C是显示实施例1的结果的外观照片，图8A～8C是显示比较例1的结果的外观照片。在图7A～7C到图8A～8C中，“OH”代表“试验前”，“8H”和“24H”分别代表试验处理的时间。
上述结果证实，与比较例1相比，实施例1中的机壳具有均匀的色调，而且光滑。此外，在实施例1中，不存在铸造产品表面的缩孔、砂眼和流动等缺陷。这样增加了处理后覆膜形成的材料利用率，而且在覆膜前不必用油灰补平，从而降低了成本。
在实施例1中，虽然覆膜的附着量小于比较例1中的附着量，但与比较例1相比，其附着量的变化较小。在实施例1和比较例1之间，覆膜的其他特性例如电阻、涂装性和耐腐蚀性具有相似的值。
另外，在实施例1中，由于步骤数目较少，所以覆膜处理容易进行，从而降低了成本。
本发明还可以表现为其他的形式而不背离本发明的精神或本质特征。无论从任何角度来看均应当认为，本申请所公开的实施方式均为解释性的，而非限制性的。本发明的范围由所附的权利要求来限定，而不是由以上描述来限定，本发明包括与权利要求的含义和范围相等同的范围内的所有变化。

Claims (17)

1.一种Mg或Mg合金机壳，其中，对该Mg或Mg合金机壳的表面用含有化学转化处理剂和由氧化锆或玻璃构成的研磨剂的混合物进行湿式喷射研磨，由此，研磨剂打磨机壳的表面，同时，Mg与化学转化处理剂发生反应，在所述Mg或Mg合金机壳表面形成化学转化膜，而Mg或Mg合金机壳表面不形成氧化物或氢氧化物膜。
2.如权利要求1所述的Mg或Mg合金机壳，其中，通过化学转化处理形成的复合覆膜的附着量，以Ca的重量计为5mg/m2～50mg/m2，以Mn的重量计为3mg/m2～25mg/m2，以磷的重量计为30mg/m2～100mg/m2。
3.如权利要求1所述的Mg或Mg合金机壳，其中，所述化学转化膜含有钙、锰和磷。
4.如权利要求1所述的Mg或Mg合金机壳，其中，按照其10个点的平均表面粗糙度，所述机壳的表面粗糙度在0.5μm～100μm的范围内。
5.如权利要求1所述的Mg或Mg合金机壳，其中，在所述湿式喷射研磨处理所使用的溶液中，化学转化处理剂的比例为70质量％～90质量％，研磨剂的比例为10质量％～30质量％。
6.如权利要求1所述的Mg或Mg合金机壳，其中，所述湿式喷射研磨处理包括在0.1MPa到0.3MPa的压力下，喷射含有液体和研磨剂的混合物的步骤。
7.如权利要求1所述的Mg或Mg合金机壳，其中，所述研磨剂的平均粒径为10μm～300μm。
8.一种制造Mg或Mg合金机壳的方法，该方法包括以下步骤：用含有化学转化处理剂和由氧化锆或玻璃构成的研磨剂的混合物湿式喷射研磨Mg或Mg合金表面，由此，研磨剂打磨机壳的表面，同时，Mg与化学转化处理剂发生反应，在所述Mg或Mg合金机壳表面形成化学转化膜，而Mg或Mg合金机壳表面不形成氧化物或氢氧化物膜。
9.如权利要求8所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中按照其10个点的平均表面粗糙度，所述机壳的表面粗糙度在0.5μm～100μm的范围内。
10.如权利要求8所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中，所述湿式喷射研磨处理包括在0.1MPa到0.3MPa的压力下，喷射含有液体和研磨剂的混合物的步骤。
11.如权利要求8所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中，所述研磨剂的平均粒径为10μm～300μm。
12.如权利要求8所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中，湿式喷射研磨处理的溶液中所使用的钙是选自由硝酸钙、亚硝酸钙、硫代硫酸钙和磷酸四钙组成的组中的至少一种物质。
13.如权利要求8所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中，湿式喷射研磨处理的溶液中所使用的锰是选自由碳酸锰、硝酸锰、磷酸氢锰、焦磷酸锰和氟硼酸锰组成的组中的至少一种物质。
14.如权利要求8所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中，用于湿式喷射研磨处理的溶液中的磷酸是选自由正磷酸、缩合磷酸、亚磷酸和次磷酸组成的组中的至少一种物质。
15.如权利要求8所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中，在湿式喷射研磨处理所使用的溶液中还加入选自氯酸钠和次氯酸钠中的至少一种物质作为氧化促进剂。
16.如权利要求15所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中，所加的氧化促进剂的量为0.02g/L～2g/L。
17.如权利要求8所述的制造Mg或Mg合金机壳的方法，其中，在所述湿式喷射研磨处理所使用的溶液中，化学转化处理剂的比例为70质量％～90质量％，研磨剂的比例为10质量％～30质量％。
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