1、汽车镁合金表面前处理研究1、前言 镁合金优异的物理和机械性能使其近年来得到广泛关注。镁合金具有较高的比强度和比刚度，较强的电磁屏蔽和抗辐射能力，以及良好的减震性、切削加工性能等特点，在汽车、摩托车等交通工具， 3C 产品、航空航天、兵器工业等领域的应用日趋广泛。但是镁是一种电负性极强的金属，标准电极电位为-2.73v，在潮湿，CO2，SO2，Cl 的环境里极易发生腐蚀。除此之外，镁合金由于杂质元素和合金元素的存在，还容易产生电偶腐蚀、应力腐蚀开裂以及腐蚀疲劳，大大限制了镁合金在工业、军工等领域的广泛应用。目前国内外都加大了对镁合金腐蚀问题的研究，以期通过有效的表面处理方法来提高镁合金表面的抗腐
2、蚀能力，使其能够在不同的领域得到更为广泛的应用。本文综述了镁合金表面处理的方法，并对各种表面处理方法的优缺点及今后的发展方向进行了分析。2、实验设备与材料喷砂、喷丸、抛丸、电动砂轮、电动圆盘式钢丝刷、除锈磨光片、磨光机、吸沾机用纱布、毛刷、破布等。3、工艺流程脱脂水洗表调磷化水洗4、镁合金表面处理的方法4.1 化学转化膜处理镁合金化学转化膜的防腐蚀效果优于自然氧化膜，并且化学转化膜可提供较好的涂装基底。传统的化学转化法是铬化处理，其机理是金属表面的原子溶于溶液后，引起金属表面的 pH 值上升，在金属表面沉积铬酸盐与金属胶状物的混合物的过程，这种混合物在未失去结晶水时具有自修复功能，因而耐蚀性好
3、。但由于铬酸盐处理工艺中含 Cr6+离子，对环境造成污染且废液的处理成本高，现已被其它的化学转化膜法所取代，如磷酸高锰酸钾转化膜、稀土转化膜等。磷酸高锰酸钾转化膜处理方法主要是在镁合金表面形成以 Mg3(PO4)2 为主的组成物，同时含有铝、锰等化合物的磷化膜。经过该处理所得的膜层为微孔结构且与基体结合牢固，并具有良好的吸附性、耐蚀性，因而可作为镁合金涂装中的底漆层使用。在对镁合金磷酸盐高锰酸盐化学转化处理工艺研究中，发现 pH 值为4，K2HPO4 的质量浓度为 150g/L，KMnO4 的质量浓度为 40g/L 的处理液能显著提高镁合金表面的耐腐蚀性能。在盐雾试验温度为 30，盐雾沉积率为
4、 0.0138 mL/（cm2h）的条件下，连续喷雾 24h 后，镁合金表面所得膜的腐蚀率为 8%，而铬酸盐处理工件表面腐蚀率为21%。这说明镁合金磷酸盐高锰酸盐化学转化处理能提高镁合金表面抗蚀能力。镁及镁合金在经过 pH 值为 8.5 的铈、镧和镨等稀土盐溶液浸泡处理后，可以显著提高镁及其合金的表面耐腐蚀性能。但随着浸泡时间过长，涂层的保护性能开始恶化，导致镁合金表面的耐腐蚀性能也随之降低。因此，为了得到较好的表面处理效果，在形成稀土转化膜后应立即进行封孔处理。4.2 有机涂层处理有机涂层也是一种镁合金防腐蚀的重要方法。有机涂层的种类很多，如油或油脂能在短时间内保护镁合金；环氧树脂涂层由于具
5、有很强的黏附力，与水不发生浸湿，并且强度高，从而应用较为广泛。尽管有机涂层的品种很多，操作简单，适应范围较广，是一种较为经济的镁合金表面处理方法。但是，一般比较薄（厚度小于 1 m） 、有孔隙、机械性能差，在强腐蚀介质、冲刷、冲击、腐蚀、高温下容易脱落，因此，只能在短时间内对镁合金进行保护。粉末涂层也是有机涂层的一种。该方法首先将添加颜料的树脂涂层粉末涂于基体表面，然后加热使其聚合熔合形成匀、无孔的膜层。由于环保，操作简单，并能在粗糙表面形成均匀的厚度的膜层，同时涂层材料损失很小，且可使用不溶于有机溶剂的树脂作为涂层粉末，故可作为涂漆工艺的理想替代涂层。镁基体上得到的环氧基粉末涂层在盐雾试验和
6、腐蚀循环试验中表现出良好的耐腐蚀性能。4.3 快速凝固和其它表面改性处理快速凝固技术是一种能够有效的提高镁合金耐蚀性的方法，其原因有 2 个方面：一是快速凝固合金的成分和组织均匀，能抑制局部腐蚀；二是快速凝固技术能提高合金的固溶度，使有害杂质固溶于合金基体中，不易使有害相析出，从而减轻了腐蚀倾向；同时还能形成非晶态的氧化膜，提高合金的耐蚀性。实验结果表明，快速凝固工艺可以将镁合金的腐蚀速率降低至少 2 个数量级，并且点蚀电位大大提高。发生应力腐蚀开裂时，快速凝固镁合金的再钝化速度和钝化膜的完整性也大大高于普通铸造镁合金。除此之外，离子注入、激光表面热处理和激光表面合金化等表面改性技术也能够显著
7、的提高镁合金的抗蚀性能。离子注入法是一种较新的表面改性方法，实验证明，通过往金属表面注入耐蚀性好的 Al，Cr，Cu 等元素，可大幅度的提高合金的耐蚀性。激光表面热处理是使用高能量密度的激光以高速对试样表面进行连续扫描，从而使扫描区表层产生一薄层与基体有陡峭温度梯度的熔区，再利用基体的吸热作用使熔化层急冷，从而改善表面的耐磨性和抗氧化性能。使用 100 W300W 的脉冲激光器（脉冲为 1 ms6 ms）以 3 mms-120 mms-1 的速度对 AZ91D 和 AM60B 表面进行处理，得到一层 100 m200 m 厚的熔化层，在熔化层中 Al 和 Zn 的含量远高于基体，直接导致 相M
8、g17Al12 体积百分比的上升，金属表面硬度的提高，且钝化行为也较好。但是耐蚀性的提高程度不大，其腐蚀行为表现为熔池交界处比熔池中心更耐腐蚀。镁表面激光合金化一般使用铜、镍、硅和其他几种合金元素,与激光表面热处理相比，激光合金化的扫描速度较慢，辐照表面经历缓慢重熔，从而有利合金元素溶解于基体之中，快速固化则在表面形成致密、均匀的组织结构。这种方法可使表面层合金质量分数高达 15%75%，从而使硬度、耐蚀性提高。5、结语镁合金腐蚀方面的研究已经取得了长足的进展，不同的处理方法对于其相对适用的环境而言是有效的。但是就目前研究而言，还没有任何一种单一的处理方法具有足够的能力来防止镁合金在环境比较苛刻的条件下的腐蚀。因而，现有的表面处理技术是一个复杂的、多层的体系，工艺过程的每一步都必须严格遵循规范操作，才能得到比较好的效果。因此，研究一种投资成本低，操作方便，以及表面处理的效果好和环境友好的表面处理方法，对于更好的提高镁合金的耐蚀性能和扩大镁合金的应用范围有着重要的意义。参考文献1 樊 昱 , 吴国华 , 高洪涛等. 铸造技术J, 2004, 25(12):2 王 维 青 , 潘 复 生 , 左 汝 林 . 兵 器 材 料 科 学 与 工 程 J,2006, 29(2): 733 赵明 , 吴树森 , 罗吉荣等 . 特种铸造及有色合金 J,2006, 25(6): 328
