一种锆合金表面处理工艺的制作方法

1.本发明涉及金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种锆合金表面处理工艺。


背景技术：

2.锆合金是锆或其他金属的固溶体。锆具有非常低的热中子吸收截面，高硬度，延展性和耐腐蚀性。目前锆合金与热逆性树脂的结合完全依赖锆合金构件的结构设计，当热塑性树脂注入通过各种倒扣等抓胶，形成一体化。
3.而现有技术对于体积比较小的产品，由于结构过于精密，这种抓胶结构加工难度相当大；同时由于锆合金表面无微孔结构，树脂也无法进入金属表面；锆合金与塑胶之间无法紧密结合，存在有缝隙，在有气密要求和防水要求的产品时无法满足需求。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种锆合金表面处理工艺，该处理工艺通过对锆合金表面的化学腐蚀，增加锆合金表面的粗糙度，以增加合金表面与塑胶结合的面积，再通过电化学处理，在金属表面产生微孔，热塑性树脂通过高温高压注入微孔中，通过这种物理结合，使得锆合金与热塑性树脂形成一体，同时在微孔形成后加入涂层，涂层通过高温烧烤后与金属紧密结合在一起，涂层存在于锆合金微孔的内部和表面，且涂层在注塑时也能与树脂很好的结合，最终形成金属表面-涂层-树脂相互结合，继续加强锆合金与树脂的结合力。
5.本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锆合金表面处理工艺，所述锆合金包括依次设置在锆合金表面的涂层和树脂层；所述工艺包括如下步骤：
6.s1、取待处理锆合金，用温度为60-80℃的清洗液对锆合金表面进行清洗处理8-10min，备用；
7.s2、将经步骤s1处理后的锆合金置于浓度100-120g/l的naoh溶液中处理1-2min，备用；
8.s3、将经步骤s2处理后的锆合金置于含有硫酸溶液和氟化氢铵组成的混合液中预处理，备用；预处理时的温度为20-30℃，处理时间为20-30s；
9.s4、将经步骤s3处理后的锆合金放入酸液中，以石墨板作为阴极、金属作为阳极通电流密度为0.03-0.5a/cm2的直流电进行电解氧化处理，得到表面含有微孔的锆合金，备用；电解时的温度为30-40℃，电解过程中电解槽液需一直保持循环；
10.s5、将经步骤s4处理后的锆合金将放入温度为20-40℃的涂层药水中浸泡3-5min，之后将处理过的锆合金置于150-180℃的烤箱中烘烤10-15min，再将热塑性树脂注入微孔，再将热塑性树脂注入微孔，得到表面设有涂层和树脂层的锆合金。
11.本发明中的处理工艺通过对锆合金表面的化学腐蚀，增加锆合金表面的粗糙度，以增加合金表面与塑胶结合的面积，再通过电化学处理，在金属表面产生微孔，热塑性树脂通过高温高压注入微孔中，通过这种物理结合，使得锆合金与热塑性树脂形成一体，同时在
微孔形成后加入涂层，涂层通过高温烧烤后与金属紧密结合在一起，涂层存在于锆合金微孔的内部和表面，且涂层在注塑时也能与树脂很好的结合，最终形成金属表面-涂层-树脂相互结合，继续加强锆合金与树脂的结合力。
12.优选的，步骤s1中，所述清洗液为浓度均为45-55g/l的磷酸钠溶液、碳酸钠溶液和焦磷酸钠溶液按照重量比为0.6-1.0:0.4-0.8组成的混合溶液。
13.本发明中清洗液采用上述具体组分按照上述比例组成的清洗液，其具有很好的去除表面油污的作用，很好的提升了除油的效果，可避免以往单纯酸洗除油时大量采用高浓度碱液进行长时间浸泡的弊端，可以有效减少酸性污水的产生，提高了环保性。
14.优选的，步骤s3中，所述硫酸溶液和氟化氢铵的体积混合比为0.8-1.2:0.6-1.0，所述硫酸溶液的浓度为50-100g/l，氟化氢铵浓度为40-60g/l。
15.本发明中采用上述浓度的硫酸溶液和氟化氢铵对锆合金表面进行化学腐蚀，增加锆合金表面的粗糙度，以增加合金表面与塑胶结合的面积。
16.优选的，步骤s4中，所述酸液为浓度为100-130g/l的硫酸溶液、100-130g/l的磷酸溶液和0.5-2g/l的偏硅酸钠溶液按照重量比为0.8-1.2:0.6-1.0:0.4-0.8组成的混合液。
17.本发明中采用酸液能进一步提高锆合金表面的耐腐蚀性、耐磨性、硬度以及耐刮性。
18.优选的，步骤s5中，所述涂层药水包括如下重量份的原料：乙烯基磷酸酯3-5份、水性聚氨脂5-6份、聚乙烯醇1-2份和磷酸二乙脂13-15份。
19.本发明中采用的上述涂层药水可通过高温烧烤后与锆合金紧密结合在一起，形成的涂层存在于锆合金微孔的内部和表面，可以进一步提提升与树脂的结合力。
20.本发明的有益效果在于：本发明中的处理工艺通过对锆合金表面的化学腐蚀，增加锆合金表面的粗糙度，以增加合金表面与塑胶结合的面积，再通过电化学处理，在金属表面产生微孔，热塑性树脂通过高温高压注入微孔中，通过这种物理结合，使得锆合金与热塑性树脂形成一体，同时在微孔形成后加入涂层，涂层通过高温烧烤后与金属紧密结合在一起，涂层存在于锆合金微孔的内部和表面，且涂层在注塑时也能与树脂很好的结合，最终形成金属表面-涂层-树脂相互结合，继续加强锆合金与树脂的结合力。
具体实施方式
21.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
22.实施例1
23.一种锆合金表面处理工艺，所述锆合金包括依次设置在锆合金表面的涂层和树脂层；所述工艺包括如下步骤：
24.s1、取待处理锆合金，用温度为60℃的清洗液对锆合金表面进行清洗处理8min，备用；
25.s2、将经步骤s1处理后的锆合金置于浓度100g/l的naoh溶液中处理1min，备用；
26.s3、将经步骤s2处理后的锆合金置于含有硫酸溶液和氟化氢铵组成的混合液中预处理，备用；预处理时的温度为20℃，处理时间为20s；
27.s4、将经步骤s3处理后的锆合金放入酸液中，以石墨板作为阴极、金属作为阳极通
电流密度为0.03a/cm2的直流电进行电解氧化处理，得到表面含有微孔的锆合金，备用；电解时的温度为30℃，电解过程中电解槽液需一直保持循环；
28.s5、将经步骤s4处理后的锆合金将放入温度为20℃的涂层药水中浸泡3min，之后将处理过的锆合金置于150℃的烤箱中烘烤10min，再将热塑性树脂注入微孔，得到表面设有涂层和树脂层的锆合金。
29.步骤s1中，所述清洗液为浓度均为45g/l的磷酸钠溶液、碳酸钠溶液和焦磷酸钠溶液按照重量比为0.6:0.4组成的混合溶液。
30.步骤s3中，所述硫酸溶液和氟化氢铵的体积混合比为0.8:0.6，所述硫酸溶液的浓度为50g/l，氟化氢铵浓度为40g/l。
31.步骤s4中，所述酸液为浓度为100g/l的硫酸溶液、100g/l的磷酸溶液和0.5g/l的偏硅酸钠溶液按照重量比为0.8:0.6:0.4组成的混合液。
32.步骤s5中，所述涂层药水包括如下重量份的原料：乙烯基磷酸酯3份、水性聚氨脂5份、聚乙烯醇1份和磷酸二乙脂13份。
33.实施例2
34.一种锆合金表面处理工艺，所述锆合金包括依次设置在锆合金表面的涂层和树脂层；所述工艺包括如下步骤：
35.s1、取待处理锆合金，用温度为65℃的清洗液对锆合金表面进行清洗处理8.5min，备用；
36.s2、将经步骤s1处理后的锆合金置于浓度1050g/l的naoh溶液中处理1.3min，备用；
37.s3、将经步骤s2处理后的锆合金置于含有硫酸溶液和氟化氢铵组成的混合液中预处理，备用；预处理时的温度为23℃，处理时间为23s；
38.s4、将经步骤s3处理后的锆合金放入酸液中，以石墨板作为阴极、金属作为阳极通电流密度为0.2a/cm2的直流电进行电解氧化处理，得到表面含有微孔的锆合金，备用；电解时的温度为33℃，电解过程中电解槽液需一直保持循环；
39.s5、将经步骤s4处理后的锆合金将放入温度为25℃的涂层药水中浸泡3.5min，之后将处理过的锆合金置于158℃的烤箱中烘烤12min，再将热塑性树脂注入微孔，得到表面设有涂层和树脂层的锆合金。
40.步骤s1中，所述清洗液为浓度均为48g/l的磷酸钠溶液、碳酸钠溶液和焦磷酸钠溶液按照重量比为0.7:0.5组成的混合溶液。
41.步骤s3中，所述硫酸溶液和氟化氢铵的体积混合比为0.9:0.7，所述硫酸溶液的浓度为63g/l，氟化氢铵浓度为45g/l。
42.步骤s4中，所述酸液为浓度为107g/l的硫酸溶液、107g/l的磷酸溶液和0.8g/l的偏硅酸钠溶液按照重量比为0.9:0.7:0.5组成的混合液。
43.步骤s5中，所述涂层药水包括如下重量份的原料：乙烯基磷酸酯3.5份、水性聚氨脂5.3份、聚乙烯醇1.3份和磷酸二乙脂13.5份。
44.实施例3
45.一种锆合金表面处理工艺，所述锆合金包括依次设置在锆合金表面的涂层和树脂层；所述工艺包括如下步骤：
46.s1、取待处理锆合金，用温度为70℃的清洗液对锆合金表面进行清洗处理9min，备用；
47.s2、将经步骤s1处理后的锆合金置于浓度110g/l的naoh溶液中处理1.5min，备用；
48.s3、将经步骤s2处理后的锆合金置于含有硫酸溶液和氟化氢铵组成的混合液中预处理，备用；预处理时的温度为25℃，处理时间为25s；
49.s4、将经步骤s3处理后的锆合金放入酸液中，以石墨板作为阴极、金属作为阳极通电流密度为0.3a/cm2的直流电进行电解氧化处理，得到表面含有微孔的锆合金，备用；电解时的温度为35℃，电解过程中电解槽液需一直保持循环；
50.s5、将经步骤s4处理后的锆合金将放入温度为30℃的涂层药水中浸泡4min，之后将处理过的锆合金置于175℃的烤箱中烘烤13min，再将热塑性树脂注入微孔，得到表面设有涂层和树脂层的锆合金。
51.步骤s1中，所述清洗液为浓度均为50g/l的磷酸钠溶液、碳酸钠溶液和焦磷酸钠溶液按照重量比为0.8:0.6组成的混合溶液。
52.步骤s3中，所述硫酸溶液和氟化氢铵的体积混合比为1.0:0.8，所述硫酸溶液的浓度为75g/l，氟化氢铵浓度为50g/l。
53.步骤s4中，所述酸液为浓度为115g/l的硫酸溶液、115g/l的磷酸溶液和1.1g/l的偏硅酸钠溶液按照重量比为1.0:0.8:0.6组成的混合液。
54.步骤s5中，所述涂层药水包括如下重量份的原料：乙烯基磷酸酯4份、水性聚氨脂5.5份、聚乙烯醇1.5份和磷酸二乙脂14份。
55.实施例4
56.一种锆合金表面处理工艺，所述锆合金包括依次设置在锆合金表面的涂层和树脂层；所述工艺包括如下步骤：
57.s1、取待处理锆合金，用温度为75℃的清洗液对锆合金表面进行清洗处理9.5min，备用；
58.s2、将经步骤s1处理后的锆合金置于浓度115g/l的naoh溶液中处理1.8min，备用；
59.s3、将经步骤s2处理后的锆合金置于含有硫酸溶液和氟化氢铵组成的混合液中预处理，备用；预处理时的温度为28℃，处理时间为28s；
60.s4、将经步骤s3处理后的锆合金放入酸液中，以石墨板作为阴极、金属作为阳极通电流密度为0.4a/cm2的直流电进行电解氧化处理，得到表面含有微孔的锆合金，备用；电解时的温度为38℃，电解过程中电解槽液需一直保持循环；
61.s5、将经步骤s4处理后的锆合金将放入温度为35℃的涂层药水中浸泡4.5min，之后将处理过的锆合金置于182℃的烤箱中烘烤14min，再将热塑性树脂注入微孔，得到表面设有涂层和树脂层的锆合金。
62.步骤s1中，所述清洗液为浓度均为53g/l的磷酸钠溶液、碳酸钠溶液和焦磷酸钠溶液按照重量比为0.9:0.7组成的混合溶液。
63.步骤s3中，所述硫酸溶液和氟化氢铵的体积混合比为1.1:0.9，所述硫酸溶液的浓度为85g/l，氟化氢铵浓度为55g/l。
64.步骤s4中，所述酸液为浓度为123g/l的硫酸溶液、123g/l的磷酸溶液和1.4g/l的偏硅酸钠溶液按照重量比为1.1:0.9:0.7组成的混合液。
65.步骤s5中，所述涂层药水包括如下重量份的原料：乙烯基磷酸酯4.5份、水性聚氨脂5.8份、聚乙烯醇1.8份和磷酸二乙脂14.5份。
66.实施例5
67.一种锆合金表面处理工艺，所述锆合金包括依次设置在锆合金表面的涂层和树脂层；所述工艺包括如下步骤：
68.s1、取待处理锆合金，用温度为80℃的清洗液对锆合金表面进行清洗处理10min，备用；
69.s2、将经步骤s1处理后的锆合金置于浓度120g/l的naoh溶液中处理2min，备用；
70.s3、将经步骤s2处理后的锆合金置于含有硫酸溶液和氟化氢铵组成的混合液中预处理，备用；预处理时的温度为30℃，处理时间为30s；
71.s4、将经步骤s3处理后的锆合金放入酸液中，以石墨板作为阴极、金属作为阳极通电流密度为0.5a/cm2的直流电进行电解氧化处理，得到表面含有微孔的锆合金，备用；电解时的温度为40℃，电解过程中电解槽液需一直保持循环；
72.s5、将经步骤s4处理后的锆合金将放入温度为40℃的涂层药水中浸泡5min，之后将处理过的锆合金置于180℃的烤箱中烘烤15min，再将热塑性树脂注入微孔，得到表面设有涂层和树脂层的锆合金。
73.步骤s1中，所述清洗液为浓度均为55g/l的磷酸钠溶液、碳酸钠溶液和焦磷酸钠溶液按照重量比为1.0:0.8组成的混合溶液。
74.步骤s3中，所述硫酸溶液和氟化氢铵的体积混合比为1.2:1.0，所述硫酸溶液的浓度为100g/l，氟化氢铵浓度为60g/l。
75.步骤s4中，所述酸液为浓度为130g/l的硫酸溶液、130g/l的磷酸溶液和2g/l的偏硅酸钠溶液按照重量比为1.2:1.0:0.8组成的混合液。
76.步骤s5中，所述涂层药水包括如下重量份的原料：乙烯基磷酸酯5份、水性聚氨脂6份、聚乙烯醇2份和磷酸二乙脂15份。
77.对比例1
78.本对比例与上述实施例1的区别在于：本对比例工艺自欧冠没有设置步骤s3。本对比例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
79.对比例2
80.本对比例与上述实施例3的区别在于：本对比例工艺的步骤s5中采用中涂层药水中没有添加乙烯基磷酸酯。本对比例的其余内容与实施例3相同，这里不再赘述。
81.对实施例1和3、对比例1、2制得的锆合金表面树脂层的附着力：测试方法参照标准gb/t 38020.2-2019；试样尺寸：200mm*200mm。测试条件： 25℃，50％rh；以及对锆合金表面的粗糙度进行测试ra值进行测试。结果如表1所示：
82.表1
83.项目粗糙度ra值附着力(n/mm)实施例10.2399.99实施例30.24100对比例10.1289.2对比例20.2291.6
84.由表中数据可知，通过本发明实施例1、3中工艺处理后的锆合金表面具有很好的粗糙度ra值，以及与锆合金表面与树脂层之间具有很好的附着力，本发明通过化学处理使得锆合金表面形成微孔，热塑性树脂在高温高压条件可以注塑进入金属表面，迅速凝固后形成一体，利于锆合金工业化生产。
85.上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。