摘 要：镁及镁合金是一种极具发展潜力的轻质结构材料, 但镁合金的耐蚀性较差, 因此进行适当的表面处理以提高镁合金的耐蚀性能已成为目前研究的热点。镁合金已广泛应用于汽车、电子、航空、航天等领域，其表面强化处理新技术, 主要有等离子微弧阳极氧化、加弧辉光等离子表面处理、离子束增强辅助沉积表面技术、化学转化膜、阳极氧化以及化学镀等表面处理方法。这些方法都具有各自的优点但也都存在一些不足, 比如化学镀、阳极氧化、化学转化膜等表面涂膜均有涂镀层薄, 结合强度低, 容易剥落, 膜层不致密蛇油精, 不均匀, 处理液有污染等缺点, 等离子微弧氧化虽能获得较厚结合较好的渗镀层, 但镀层有表面疏松、表面粗糙等缺点; 离子束增强辅助沉积表面技术虽然能在表面形成结合好的渗镀层, 但设备昂贵, 处理面积小, 适用面小, 产业化较困难。最后展望了镁合金表面处理的发展趋势。 关键词:镁合金; 耐蚀性; 表面处理
1.引言
近年来，随着全球范围内能源紧张和环境污染的加剧，人们对工程材料的节能和环保要求
也越来越高。镁合金具有质量轻，比强度、比刚性高，阻尼吸振性能好，成型性优良及回用处理方便等优点，符合对材料轻量化和绿化的要求，在汽车、航天、航空等产业中应用广泛，被认为是21 世纪最有发展潜力的材料之一。但镁合金的电极电位低、耐蚀性较差，在实际
应用中必须采取有效的保护措施以提高镁合金的耐蚀性能，而对镁合金进行表面处理是最为有效的保护方法。
镁合金是最轻的金属结构材料之一， 密度仅为1.3g/cm3 ~ 1.9 g/cm3，约为怎么自制纳米胶Al的2/3，Fe 的1/4。镁合金具有比强度高，比刚度高，减震性、导电性、导热性好、电磁屏蔽性和尺寸稳定性好，易回收等优点。以质轻和综合性能优良而被称为21 世纪最有发展潜力的绿材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。但是镁合金的化学和电化学活性较高，严重制约了镁合金的应用，采用适当的表面处理能够提高镁合金的耐蚀性。
2.镁合金化其他表明处理（化学转化、有机涂层等）
镁合金被誉为世纪的绿金属材料。镁的密度很小镁合金的比强度高于铝合金和钢、比刚
度与铝合金和钢相近镁合金能承受较大的冲击振动负荷、减振性好、具有优良的切削加工和抛光性能、易于铸造。另外镁合金的导电性和导热性好、电磁屏蔽性能优良。因此,镁合金在航空航天工业、汽车工业、电子通讯业得到了较多应用。然而, 镁合金的硬度较小、耐磨性和耐高温性能较低、耐蚀性较差这在某种程度上制约了镁合金材料的广泛应用。
镁合金表面处理方法
2.1化学转化膜法
镁合金的化学转化膜处理方法常用的有两类: 一类是磷酸盐作成膜剂汽化炉, 另一类是铬酸盐作成膜剂。目前技术较成熟的化学转化膜处理方法是铬化处理, 以铬配酸和重铬酸盐为主要成分的水溶液进行化学处理获得保护膜。虽然含铬转化膜具有较好的防腐效果,与涂层相结合后可在较高温度的环境中使用,但铬酸盐处理工艺中含有六价的铬离子, 具有毒性, 污染环境, 且废液的处理成本高。因此中医推拿按摩床, 人们正在寻一种无铬化学转化膜处理工艺, 如磷酸盐膜、磷酸高锰酸盐膜、多聚磷酸盐膜、氟错酸盐膜等, 也具有较好的防护效果。
2.2阳极氧化膜
阳极氧化是利用电解作用使金属表面形成氧化膜的过程, 是一种特殊的化学转化膜。早期的阳极氧化处理是用含铬的有毒化合物的处理液后来逐渐发展了处理液以磷酸盐、高锰酸盐、可溶性硅酸盐、硫酸盐、氢氧化物和氟化物为主的无毒阳极氧化。镁合金的阳极氧化膜具有多孔的特点, 双层结构: 内层为较薄的致密层; 外层为较厚的多孔层。镁合金阳极氧化膜如果不被封闭,则其空隙大, 无规则, 分布不均匀, 且得到的氧化膜不透明。因此, 还要对其进行着与封闭等后处理,使其既美观又耐蚀。否则其耐蚀性比镁合金化学转化膜还差。进行封孔处理的封孔液根据工艺的不同有不同的配方, 也可采用有机物, 如乙烯树脂、环氧树脂、环氧酚醛等进行充填密封, 提高氧化膜的耐蚀性。
2.3等离子微弧氧化技术
在我国是近几年才发展起来的一项高新表面技术。一般认为微弧氧化过程经过个阶段第一阶段表面生成氧化膜第二阶段氧化膜被击穿并发生等离子微弧放电第三阶段氧化进一步向深层渗透第四阶段为氧化、熔融, 凝固平稳阶段。在微弧氧化过程中, 当电压增大到某一值时镁合金表面微孔中产生火花放电使表面局部温度高达以上利用这种微弧区瞬间高温的烧结作用直接在铝、镁、钦等金属表面原位生成陶瓷膜。在微弧氧化过程中电压决定了微弧
氧化陶瓷层的生长厚度及表面粗糙度。对于微弧氧化陶瓷膜的生长规律, 人们发现在微弧氧化初始阶段氧化膜的向外生长速度大于向内生长速度达到一定厚度后氧化膜完全转向基体内部生长。在整个过程中热扩散和电迁移对膜的生长起较大作用。有人初步研究了镁合金微等离子体氧化膜的特征。与传统的阳极氧化相比较微弧氧化所形成的陶瓷膜与基体结合牢固、结构致密, 具有良好的耐磨性、耐蚀性、耐高温性和电绝缘性能其工艺对环境无污染具有广阔的应用前景。
2.4激光处理
激光表面重熔是利用能量密度高的激光束在金属表面进行连续扫描, 使表面迅速形成一层非常薄的熔化层。激光表面合金化是通过熔化基体表面预先涂敷的膜层和部分基体, 或者在表面熔化的同时注入某些粉末膜层和表面在熔池中液态混合后发生快速凝固, 从而在表面形成一层具有期望性能的合金薄层以提高基体性能。镁合金的表面合金化一般用铜、镍、硅等元素, 有时同时使用两种或两种以上合金元素。与激光表面重熔相比,激光合金化的扫描速度较慢辐照表面经历缓慢重熔从而有利于合金元素溶解在基体之中快速固化则在表面形成致密、均匀的组织结构。
2.5有机涂层及特殊涂层
镁合金采用环氧树脂、乙烯树脂、聚氨醋以及橡胶等材料获得有机涂层防护膜。在镁合金上涂覆油、油脂、油漆、蜡和沥青也可作为短时间防护处理的一种方法。DJB保护剂也可用来防止镁合金零件表面局部腐蚀, 它是一种人工合成的有机物质, 具有优良的三防性能和抗蚀防护, 能起到保护作用。但是有机涂层及特殊涂层只能用来起短时间地保护基体金属作用, 不能长期用作保护涂层。采用特殊涂层,如陶瓷涂层能对镁合金达到一定的防腐耐磨目的。
3.排石床镁合金表面处理的问题及发展趋势
镁合金铬化处理液中含有六价铬,毒性大寻求一种不含铬的无毒处理液将是以后发展的方向。磷化处理是镁合金防锈与涂层前处理中有发展前途的方法有取代铬化处理的趋势。
在镁合金涂装过程中由于树脂溶解性的不同注意不同的涂料必须选用不同的溶剂和稀释剂以和底漆、面漆相配合否则容易出现起皱、发涨、渗、橘皮等现象。尽管镁合金涂装工艺应用广泛但它属于重污染行业在前处理和涂漆过程中要产生大量的废水、废气和废渣。这些废弃物对环境污染极大必须对其进行有效的处理。
由于汽车、航空、航天等工业减重、节能、环保, 以及通讯电子器件高度集成化和轻薄小型化的迫切需求, 镁合金在这些领域得到了日益广泛的应用。目前,镁合金的主要应用有以下5 个方面
1. 冶金。镁是很重要的合金化元素, 在铝合金中有很好的固溶强化、弥散强化、加工强化作用; 也可加入锌合金中, 电线固定座使其有利于压力铸造; 此外还被用于生产球墨铸铁。
2. 牺牲阳极。镁牺牲阳极作为有效防止金属腐蚀的方法之一, 广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。
3. 型材。镁合金型材、管材主要用于航空、航天等尖端或国防领域, 如飞行器机身及其发动机、起落轮, 火箭、导弹及其发射架等的制造; 也用于民用领域,如自行车架、轮椅、医疗器械、健身器材等。
4. 汽车工业。汽车工业是最近十几年来推动镁工业发展的主要动力, 镁合金可用于汽车发动机、车身、车轮、座椅架、仪表盘、变速箱等部件。
5. 电子类产品的壳体。镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器、仪表行业, 在这些行业
的镁合金制品, 其单位质量和尺寸不如汽车零部件, 但数量大, 覆盖面大, 用量也是巨大的。目前, 已有大量电子产品采用镁合金作为外壳材料。
近年来, 镁合金的应用在世界范围内的年增长率高达20%。我国在攻关、8 63 计划中相继启动了镁合金材料的开发及产业化工作, 目前又启动了大飞机、绕月飞行器、高速轨道交通、电动汽车等大型工程项目,镁合金的应用前景十分可观。
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