鎂合金表面處理工藝
鎂合金表面處理工藝
鎂合金因其比重小，高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)良的減震性和電磁屏蔽性、很好的回收性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品殼體等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，被稱為２１世紀(jì)最具有開發(fā)與應(yīng)用潛力和發(fā)展前景的綠色工程材料。但鎂合金具有很高的化學(xué)和電化學(xué)活性，在大氣中特別是在潮濕和沿海地區(qū)很容易受到腐蝕，這限制了鎂合金的廣泛應(yīng)用。控制鎂合金的成分和形成均勻的組織可以提高鎂合金的抗腐蝕性，但鎂合金的最終腐蝕防護(hù)常常需要進(jìn)行表面處理，要獲得自我保護(hù)的鈍化膜需要新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的開發(fā)。目前多種表面處理技術(shù)應(yīng)用于鎂合金的表面防護(hù)上，以改變鎂合金的性能，擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，提高鎂合金材料的使用壽命，主要常見的鎂合金材料表面處理方法有以下幾種：
化學(xué)轉(zhuǎn)化
鎂合金的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜按溶液可分為：鉻酸鹽系、有機(jī)酸系、磷酸鹽系、KMnO4系、稀土元素系和錫酸鹽系等。
傳統(tǒng)的鉻酸鹽膜以Cr為骨架的結(jié)構(gòu)很致密，含結(jié)構(gòu)水的Cr則具有很好的自修復(fù)功能，耐蝕性很強(qiáng)。但Cr具有較大的毒性，廢水處理成本較高，開發(fā)無(wú)鉻轉(zhuǎn)化處理勢(shì)在必行。鎂合金在KMnO4溶液中處理可得到無(wú)定型組織的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，耐蝕性與鉻酸鹽膜相當(dāng)。堿性錫酸鹽的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理可作為鎂合金化學(xué)鍍鎳的前處理，取代傳統(tǒng)的含Cr、F或CN等有害離子的工藝?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜多孔的結(jié)構(gòu)在鍍前的活化中表現(xiàn)出很好的吸附性，并能改鍍鎳層的結(jié)合力與耐蝕性。
有機(jī)酸系處理所獲得的轉(zhuǎn)化膜能同時(shí)具備腐蝕保護(hù)和光學(xué)、電子學(xué)等綜合性能，在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的新發(fā)展中占有很重要的地位。
化學(xué)轉(zhuǎn)化膜較薄、軟，防護(hù)能力弱，一般只用作裝飾或防護(hù)層中間層。
陽(yáng)極氧化
陽(yáng)極氧化可得到比化學(xué)轉(zhuǎn)化更好的耐磨損、耐腐蝕的涂料基底涂層，并兼有良好的結(jié)合力、電絕緣性和耐熱沖擊等性能，是鎂合金常用的表面處理技術(shù)之一。
傳統(tǒng)鎂合金陽(yáng)極氧化的電解液一般都含鉻、氟、磷等元素，不僅污染環(huán)境，也損害人類健康。近年來(lái)研究開發(fā)的環(huán)保型工藝所獲得的氧化膜耐腐蝕等性能較經(jīng)典工藝Dow17和HAE有大程度的提高。優(yōu)良的耐蝕性來(lái)源于陽(yáng)極氧化后Al、Si等元素在其表面均勻分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。
一般認(rèn)為氧化膜中存在的孔隙是影響鎂合金耐蝕性能的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)通過向陽(yáng)極氧化溶液中加入適量的硅-鋁溶膠成分，一定程度上能改善氧化膜層厚度、致密度，降低孔隙率。而且溶膠成分會(huì)使成膜速度出現(xiàn)階段性快速和緩慢增長(zhǎng)，但基本上不影響膜層的X射線衍射相結(jié)構(gòu)。
但陽(yáng)極氧化膜的脆性較大、多孔，在復(fù)雜工件上難以得到均勻的氧化膜層。
金屬涂層
鎂及鎂合金是最難鍍的金屬，其原因如下：
（1）鎂合金表面極易形成的氧化鎂，不易清除干凈，嚴(yán)重影響鍍層結(jié)合力；
（2）鎂的電化學(xué)活性太高，所有酸性鍍液都會(huì)造成鎂基體的迅速腐蝕，或與其它金屬離子的置換反應(yīng)十分強(qiáng)烈，置換后的鍍層結(jié)合十分松散；
（3）第二相（如稀土相、γ相等）具有不同的電化學(xué)特性，可能導(dǎo)致沉積不均勻；
（4）鍍層標(biāo)準(zhǔn)電位遠(yuǎn)高于鎂合金基體，任何一處通孔都會(huì)增大腐蝕電流，引起嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，而鎂的電極電位很負(fù)，施鍍時(shí)造成針孔的析氫很難避免；
（5）鎂合金鑄件的致密性都不是很高，表面存在雜質(zhì)，可能成為鍍層孔隙的來(lái)源。
因此，一般采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜法先浸鋅或錳等，再鍍銅，然后再進(jìn)行其它電鍍或化學(xué)鍍處理，以增加鍍層的結(jié)合力。鎂合金電鍍層有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等涂層，化學(xué)鍍層主要是Ni-P、Ni-W-P等鍍層。
單一化學(xué)鍍鎳層有時(shí)不足以很好地保護(hù)鎂合金。有研究通過將化學(xué)鍍Ni層與堿性電鍍Zn-Ni鍍層組合，約35μm厚的鍍層經(jīng)鈍化后可承受800-1000h的中性鹽霧腐蝕。也有人采用化學(xué)鍍鎳作為底層，再用直流電鍍鎳能得到微晶鎳鍍層，平均結(jié)晶顆粒大小為40nm，因晶粒的細(xì)化而使鍍層孔隙率大大降低，結(jié)構(gòu)更致密。
電鍍或化學(xué)鍍是同時(shí)獲得優(yōu)越耐蝕性和電學(xué)、電磁學(xué)和裝飾性能的表面處理方法。缺點(diǎn)是前處理中的Cr、F及鍍液對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重；鍍層中多數(shù)含有重金屬元素，增加了回收的難度與成本。由于鎂基體的特性，對(duì)結(jié)合力還需要改善。
激光處理
激光處理主要有激光表面處理和激光表面合金化兩種
激光表面熱處理又稱為激光退火，實(shí)際上是一種表面快速凝固處理方式。而激光表面合金化是一種基于激光表面熱處理的新技術(shù)。激光表面合金化能獲得不同硬度的合金層，具有冶金結(jié)合的界面。利用激光輻照源的熔覆作用在高純鎂合金上還可制得單層和多層合金化層。
采用寬帶激光在鎂合金表面制備Cu-Zr-Al合金熔覆涂層時(shí)，由于涂層中形成的多種金屬間化合物的增強(qiáng)作用，使合金涂層具有高的硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性。而由于稀土元素Nd的存在，在經(jīng)過激光快速熔凝處理之后得到的激光多層涂敷，晶粒得到明顯細(xì)化，能提高熔覆層的致密性和完整性。
激光處理能處理復(fù)雜幾何形狀的表面，但鎂合金在激光處理時(shí)易發(fā)生氧化、蒸發(fā)和產(chǎn)生汽化、氣孔以及熱應(yīng)力等問題，設(shè)計(jì)正確的處理工藝至關(guān)重要。
就目前鎂合金行業(yè)而言，表面處理是一大難題，畢竟和鋁合金相比，鎂合金眾多系列的產(chǎn)品做表面處理效果不夠理想，仍處于不斷研發(fā)、探索的階段，這也是導(dǎo)致鎂合金無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用于日常生活民用產(chǎn)品，而只有高強(qiáng)度鎂合金能適用于高端產(chǎn)品及軍工產(chǎn)品，造價(jià)不菲成為鎂合金推廣難題之一，據(jù)了解，由于新能源汽車的行業(yè)規(guī)模擴(kuò)大和快速發(fā)展，已經(jīng)同時(shí)帶動(dòng)了鎂合金產(chǎn)業(yè)布局，給鎂合金市場(chǎng)指出了一條光明大道，許多鎂合金生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)將鎂合金表面處理當(dāng)做重要項(xiàng)目去進(jìn)行專題研究，新能源發(fā)展是歷史必然，也賦予了鎂合金行業(yè)別樣的歷史使命，相信隨著技術(shù)的不斷革新，鎂合金行業(yè)發(fā)展會(huì)越來(lái)越順暢，成為替代傳統(tǒng)金屬制品的中堅(jiān)力量。
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