[发明专利]用于镁合金的电瓷涂料

说明书

本发明涉及具有含镁金属表面的制品，其中电瓷涂层化学键合到所述金属表面上，还涉及具有复合涂层的制品，其中所述复合涂层包含电瓷涂层的第一部分和包含不同于电瓷涂层的有机和/或无机组分的第二部分。本发明还涉及制造和使用所述制品的方法。

技术领域

本发明涉及具有含镁金属表面的制品，其中电瓷涂层化学键合到金属表面上，还涉及具有复合涂层的制品，其中所述复合涂层包含电瓷涂层的第一部分和包含不同于电瓷涂层的有机和/或无机组分的第二部分。本发明还涉及制造和使用所述制品的方法。

背景技术

镁和镁合金的轻量(～1.74gm/cm³密度)和强度使得由其制成的产品非常适用于制造部件，例如电子设备，包括手持电子设备；机动车；飞机和其它需要低密度的产品。

镁和镁合金的最显著的缺点之一是易腐蚀。暴露于氧气、水分和其它环境因素，例如人类指纹成分，导致镁和镁合金表面受腐蚀。这种腐蚀既不美观，又降低了强度。

用于提高金属表面耐腐蚀性的方法之一是阳极化，参见例如美国专利号4,978,432，美国专利号4,978,432和美国专利号5,264,113。在阳极化中，金属(M)表面被电化学氧化，由该金属表面形成金属氧化物(MO_x)，从而形成涂层。尽管镁和镁合金的阳极化产生的MgO提供了一些抗腐蚀的保护，仍期望改善防腐蚀性能。如美国专利号5,683,522中所讨论的，常规的阳极化通常无法在复杂工件的整个表面上形成保护层。已发现阳极化涂层在尖角处包含裂纹，一些裂纹深入到金属表面。此外，涂料对阳极化的镁表面的粘附力通常不足，需要改进。

等离子体电解氧化(PEO)，也称为微弧氧化(MAO)、火花阳极化和微等离子体氧化，本文中统一称作“PEO”，是一种方法，其中某些金属例如铝和镁的表面，通过施加到浸入电解浴中的金属部件的高压交流电而转化为氧化物涂层。PEO的特征在于在该过程中发生微电弧放电导致的强烈火花，从而破坏最初沉积的氧化物层。放电会在增长的涂层表面上留下“坑洞”，其在1分钟后平均直径大于1微米，在30分钟后平均直径大于2微米。表面粗糙度也随着PEO涂层的厚度增加而增加。由于等离子体放电区域附近产生的极高温度和压力而产生熔融氧化物。

根据PEO浴的用量，镁及其合金的PEO方法将镁氧化而生成含有结晶氧化镁(60-80体积％)和少量硅酸镁和/或磷酸镁的涂层。PEO方法具有的缺点包括较弱的布散能力，这可导致基材内部或不易接近的表面区域的涂层薄。由于产生PEO需要的“辉光”或“火花”所需的电压和电流，该方法的耗电量大于不需要微弧放电的方法。使用PEO产生的氧化物层由两个子层组成，外层是具有大于15％孔隙率的脆性子层，其通过额外的抛光步骤除去。外层的去除具有的缺点是需要额外处理，并且通常是体力劳动，以及制品尺寸完整性受损，以及由于PEO布散能力的限制带来的对均匀抛光复杂制品或那些具有不均匀涂层的制品的挑战。

涂覆镁的显示表面例如电子设备的外壳的缺点是它们易于损坏、划伤和擦伤。这个缺点由于升高的废品率和解决差的表面耐磨性的付出，例如不同的和/或额外的涂层，一些需要抛光或其它额外的工艺步骤，而导致制造商的成本增加。

当使用具有较高含量的合金金属和/或表面污染物的更经济的工业镁材料替代镁测试基材时，在含镁制品上连续生产耐腐蚀、均匀沉积的耐腐蚀涂层会出现困难。Mg合金例如AZ91上的涂层缺陷和涂层失效通常是由于不均匀的涂层生长，这是由基底的微结构异质性导致的。形成均匀涂层以提供稳定的耐腐蚀性的涂覆工艺在异质的和富含合金的Mg合金例如AZ91上是复杂的，其具有宽的显微结构异质性和在不同相内Al的不等分布。例如AZ91(标称具有9重量％Al-1重量％Zn的Mg)具有三个主相，即初生α(即基质)、共晶α(即富铝α)和β相(Mg17Al12金属间化合物)，由于基底是电化学不均匀的，每种组分在电解镀槽中反应不同，导致不均匀的涂层生长，这容易降低涂层的耐腐蚀性。对AZ91D合金的阳极化的研究表明，由于合金基底的不均匀组成和微观结构，导致得到不均匀的涂层。α相上的阳极化涂层具有较少的孔并且更连续，而在β相上，涂层具有很多孔和大的延长的缺陷。