镁合金表面处理工艺

文章出处：乐发技术部责任编辑：工程技术刘勇人气：-发表时间：2020-05-11 18:08【大中小】

镁合金表面处理工艺

镁合金因其比重小，高的比强度和比刚度、优良的减震性和电磁屏蔽性、很好的回收性等优点，在航空航天、汽车工业、电子产品壳体等方面有着广泛的应用前景，被称为２１世纪最具有开发与应用潜力和发展前景的绿色工程材料。但镁合金具有很高的化学和电化学活性，在大气中特别是在潮湿和沿海地区很容易受到腐蚀，这限制了镁合金的广泛应用。控制镁合金的成分和形成均匀的组织可以提高镁合金的抗腐蚀性，但镁合金的最终腐蚀防护常常需要进行表面处理，要获得自我保护的钝化膜需要新发现和新技术的开发。目前多种表面处理技术应用于镁合金的表面防护上，以改变镁合金的性能，扩大镁合金的应用领域，提高镁合金材料的使用寿命，主要常见的镁合金材料表面处理方法有以下几种：

化学转化

镁合金的化学转化膜按溶液可分为：铬酸盐系、有机酸系、磷酸盐系、KMnO4系、稀土元素系和锡酸盐系等。
传统的铬酸盐膜以Cr为骨架的结构很致密，含结构水的Cr则具有很好的自修复功能，耐蚀性很强。但Cr具有较大的毒性，废水处理成本较高，开发无铬转化处理势在必行。镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜，耐蚀性与铬酸盐膜相当。碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀镍的前处理，取代传统的含Cr、F或CN等有害离子的工艺。化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性，并能改镀镍层的结合力与耐蚀性。
有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学、电子学等综合性能，在化学转化处理的新发展中占有很重要的地位。
化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。
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阳极氧化
阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。
传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铬、氟、磷等元素，不仅污染环境，也损害人类健康。近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较经典工艺Dow17和HAE有大程度的提高。优良的耐蚀性来源于阳极氧化后Al、Si等元素在其表面均匀分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。
一般认为氧化膜中存在的孔隙是影响镁合金耐蚀性能的主要因素。研究发现通过向阳极氧化溶液中加入适量的硅-铝溶胶成分，一定程度上能改善氧化膜层厚度、致密度，降低孔隙率。而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长，但基本上不影响膜层的X射线衍射相结构。
但阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层。
金属涂层
镁及镁合金是最难镀的金属，其原因如下：
（1）镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力；
（2）镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，或与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散；
（3）第二相（如稀土相、γ相等）具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀；
（4）镀层标准电位远高于镁合金基体，任何一处通孔都会增大腐蚀电流，引起严重的电化学腐蚀，而镁的电极电位很负，施镀时造成针孔的析氢很难避免；
（5）镁合金铸件的致密性都不是很高，表面存在杂质，可能成为镀层孔隙的来源。
因此，一般采用化学转化膜法先浸锌或锰等，再镀铜，然后再进行其它电镀或化学镀处理，以增加镀层的结合力。镁合金电镀层有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等涂层，化学镀层主要是Ni-P、Ni-W-P等镀层。
单一化学镀镍层有时不足以很好地保护镁合金。有研究通过将化学镀Ni层与碱性电镀Zn-Ni镀层组合，约35μm厚的镀层经钝化后可承受800-1000h的中性盐雾腐蚀。也有人采用化学镀镍作为底层，再用直流电镀镍能得到微晶镍镀层，平均结晶颗粒大小为40nm，因晶粒的细化而使镀层孔隙率大大降低，结构更致密。
电镀或化学镀是同时获得优越耐蚀性和电学、电磁学和装饰性能的表面处理方法。缺点是前处理中的Cr、F及镀液对环境污染严重；镀层中多数含有重金属元素，增加了回收的难度与成本。由于镁基体的特性，对结合力还需要改善。

激光处理

激光处理主要有激光表面处理和激光表面合金化两种
激光表面热处理又称为激光退火，实际上是一种表面快速凝固处理方式。而激光表面合金化是一种基于激光表面热处理的新技术。激光表面合金化能获得不同硬度的合金层，具有冶金结合的界面。利用激光辐照源的熔覆作用在高纯镁合金上还可制得单层和多层合金化层。
采用宽带激光在镁合金表面制备Cu-Zr-Al合金熔覆涂层时，由于涂层中形成的多种金属间化合物的增强作用，使合金涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。而由于稀土元素Nd的存在，在经过激光快速熔凝处理之后得到的激光多层涂敷，晶粒得到明显细化，能提高熔覆层的致密性和完整性。
激光处理能处理复杂几何形状的表面，但镁合金在激光处理时易发生氧化、蒸发和产生汽化、气孔以及热应力等问题，设计正确的处理工艺至关重要。
就目前镁合金行业而言，表面处理是一大难题，毕竟和铝合金相比，镁合金众多系列的产品做表面处理效果不够理想，仍处于不断研发、探索的阶段，这也是导致镁合金无法大规模应用于日常生活民用产品，而只有高强度镁合金能适用于高端产品及军工产品，造价不菲成为镁合金推广难题之一，据了解，由于新能源汽车的行业规模扩大和快速发展，已经同时带动了镁合金产业布局，给镁合金市场指出了一条光明大道，许多镁合金生产企业已经将镁合金表面处理当做重要项目去进行专题研究，新能源发展是历史必然，也赋予了镁合金行业别样的历史使命，相信随着技术的不断革新，镁合金行业发展会越来越顺畅，成为替代传统金属制品的中坚力量。

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