鎂合金壓鑄件表面處理

1、鎂合金壓鑄件的表面處理摘要：按照表面成膜過(guò)程中有無(wú)外加電壓作用，將現(xiàn)有鎂合金壓鑄件的表面處理技術(shù)歸納為化學(xué)成膜技術(shù)和陽(yáng)極氧化成膜技術(shù)二大類(lèi)。分別介紹了化學(xué)成膜技術(shù)中的鉻化處理、磷化處理、鋅置換處理、化學(xué)腐蝕處理等4類(lèi)表面處理技術(shù)和陽(yáng)極氧化成膜技術(shù)中的常規(guī)陽(yáng)極氧化、等離子體微弧陽(yáng)極氧化等2類(lèi)表面處理技術(shù)，同時(shí)還簡(jiǎn)要地介紹了作者新近開(kāi)發(fā)的鎂合金壓鑄件交流等離子體微弧氧化處理技術(shù)，論述了上述各種技術(shù)的特點(diǎn)，總結(jié)了在各種表面處理過(guò)程中獲得高質(zhì)量膜層應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題，并明確了鎂合金壓鑄件表面處理技術(shù)今后的發(fā)展方向。能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題的日益突出，使得符合"符合性能優(yōu)良、可近終形加工、可回收&

2、quot;材料發(fā)展方向的鎂合金脫穎而出，成為本世紀(jì)最受親睞的一種應(yīng)用材料。在目前和今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，高效、節(jié)能的鎂合金壓鑄件仍將是鎂合金的主要應(yīng)用產(chǎn)品。由于鎂的負(fù)電性強(qiáng)（-2.36V SCE）,在大氣中的耐蝕性極差，所以在使用前必須對(duì)鎂合金壓鑄件根據(jù)具體要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?。在鎂合金壓鑄件的生產(chǎn)成本中，表面處理這部分就占40%左右，因此表面處理對(duì)鎂合金壓鑄件的生產(chǎn)和應(yīng)用至關(guān)重要。目前，鎂合金壓鑄件的表面處理研究不盡相同，不象鋁合金表面處理那樣成熟和規(guī)范，這在一定程度上制約了鎂合金壓鑄件的應(yīng)用，本文擬對(duì)現(xiàn)有的鎂合金壓鑄件的表面處理技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的歸納，并分析其關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題和發(fā)展方向。一鎂合

3、金壓鑄件的表面處理技術(shù)鎂合金壓鑄件的表面一般需要依次進(jìn)行預(yù)處理（清理、脫脂、酸洗等）、鍍膜、涂裝（噴漆、噴塑、鍍金屬等）等處理，通常所說(shuō)的鎂合金壓鑄件的表面處理指的是鍍膜這道工藝，其主要作用是在壓鑄件表面形成與油漆、塑料或金屬附著性能好的具有耐腐蝕性的保護(hù)膜層。目前，在鎂合金壓鑄領(lǐng)域中主要采用的是濕法表面處理方法，也就是，使用處理溶液進(jìn)行的表面處理方法。現(xiàn)有的表面處理技術(shù)不盡相同，我們根據(jù)成膜條件，將鎂合金壓鑄件的表面處理技術(shù)歸納為化學(xué)成膜和陽(yáng)極氧化成膜二大類(lèi)，下面分別予以介紹。表1 鉻化處理規(guī)范序號(hào)配方 工藝規(guī)范膜層顏色成分含量/g/LPH值溫度/時(shí)間/min1鉻酐（CrO3）氧化鎂（MgO

4、）硫酸(H2SO4)(=1.84)458-90.1-1室溫0.5-0.75黃色2重鉻酸鈉（NaCr2O7o2H2O）硫酸鎂（MgOS4o7H2O）硫酸錳（MgOS4o5H2O）鉻酐(CrO3)110-17040-7540-751-22-4用CrO3調(diào)85-沸騰10-20深黑色表2 磷化處理規(guī)范序號(hào)配方 工藝規(guī)范膜層顏色成分含量/g/LPH值溫度/時(shí)間/min1磷酸(H3PO4)(=1.75)磷酸二氫鋇（Ba(H2PO4)3）氟化鈉（NaF）5-8(ml/L)40-701-21.3-1.990-9810-30深灰色2硫酸鋅（ZnSO4oH2O）焦磷酸鈉（Na4P2O7）氟化鈉（NaF）或氟化鋰（

5、LiF）碳酸鈉（Na2CO3）301203-55702-15 表3 鋅置換處理規(guī)范序號(hào)配方 工藝規(guī)范成分含量/g/LPH值溫度/時(shí)間/min1硫酸鋅（ZnSO4oH2O）焦磷酸鈉（Na4P2O7）氟化鈉（NaF）或氟化鋰（LiF）碳酸鈉（Na2CO3）301203-55702-15表4 化學(xué)腐蝕處理液序號(hào)配方成分含量/g/L1鉻酐硝酸（70%） 60-12090-110cc/l2氫氟酸（70%HF）54-220cc/l表5 常規(guī)陽(yáng)極氧化處理規(guī)范序號(hào)配方工藝規(guī)范組分含量/g/L溫度/起始電流密度最終電壓/V時(shí)間/min1鉻酸高錳酸鉀206020-300.61302苛性鈉純堿505020-302-

6、350303重鉻酸鉀磷酸二氫鈉1005050-551.5-25-630-404苛性鈉磷酸三鈉50-5530-3570-751.5-2430-40表6 等離子體微弧陽(yáng)極氧化處理規(guī)范序號(hào)配方 工藝規(guī)范組分含量/g/L溫度/電流密度/A/dm2時(shí)間/min1NaAlO21020-401530  1化學(xué)成膜化學(xué)成膜技術(shù)主要是指鎂合金壓鑄件通過(guò)在化學(xué)溶液中進(jìn)行一定時(shí)間的接觸、利用工件與化學(xué)處理液之間的化學(xué)反應(yīng)在工件表面形成保護(hù)膜層的一類(lèi)表面處理技術(shù)。主要包括鉻化、磷化、鋅置換和化學(xué)腐蝕等處理技術(shù)。1）鉻化處理鉻化處理就是工作在以鉻酸或重鉻酸鹽等為主體的處理溶液中進(jìn)行浸漬，使表面產(chǎn)生氧

7、化鎂、氧化鉻或鉻酸鹽保護(hù)膜層的表面處理技術(shù)。典型的處理規(guī)范如表1所示。通常含鉻離子處理液的成膜性較好，對(duì)工件的表面質(zhì)量要求不高，對(duì)厚、薄工件均適用。鉻化處理膜層均勻，厚度通常為0.5-3m，可使工件的耐腐蝕性可以提高數(shù)十倍。鎂合金的鉻化處理研究開(kāi)展得較多，較為成熟，但由于鉻離子對(duì)人體和環(huán)境的副作用較大，所以其應(yīng)用已在逐漸減少。 2）磷化處理磷化處理就是工件在以磷酸或磷酸鹽為主體的溶液中進(jìn)行浸漬或采用噴槍進(jìn)行噴淋，使表面產(chǎn)生完整的磷酸鹽保護(hù)膜層的表面處理技術(shù)。典型的處理規(guī)范如表2所示。磷化處理液的成膜性不如鉻化處理液的好，對(duì)工件的表面質(zhì)量要求較高，通常不太適合于表面質(zhì)量差的薄壁壓鑄件（壁厚小于2

8、mm）的表面處理。磷化處理膜層的厚度較大，作為油漆底層，可使漆膜的粘附力、耐潮濕性和耐蝕能力提高幾十倍至幾百倍。鎂合金磷化處理的研究較少，目前的應(yīng)用十分有限。3）鋅置換處理鋅置換處理就是工件在以鋅鹽為主體的溶液中（通常加入焦磷酸鹽）進(jìn)行浸漬，使表面進(jìn)行鋅置換，從而產(chǎn)生完整的保護(hù)膜層的表面處理技術(shù)。典型的處理規(guī)范如表3所示。鋅置換膜層不但有良好的耐腐蝕性，而且可以明顯提高金屬的附著性能，進(jìn)行鋅置換處理后，可進(jìn)行觸擊電鍍銅、鍍鎳、鍍鉻等處理，所以鋅置換處理主要用于鍍金屬前的壓鑄件的表面處理。4）化學(xué)腐蝕處理鎂合金壓鑄件的化學(xué)腐蝕處理分二步進(jìn)行，第一步采用鉻酸-硝酸系溶液進(jìn)行腐蝕；第二步在氫氟酸系溶

9、液里進(jìn)行處理，以除去第一步處理時(shí)生成的鉻酸膜，同時(shí)在工件表面形成氟化鎂膜層。典型的處理液如表4所示。由于化學(xué)腐蝕使工件表面凸凹不平，所以難于得到平滑光亮的膜層，但由于提高了膜層的附著性，所以經(jīng)化學(xué)腐蝕過(guò)的表面，可以直接進(jìn)行鍍鎳、鍍鉻等處理。2陽(yáng)極氧化成膜陽(yáng)極氧化成膜主要是指鎂合金壓鑄件作為陽(yáng)極、在外加電壓的作用下、通過(guò)在一定溫度的溶液中進(jìn)行一段時(shí)間的處理、利用工件與處理液之間的電化學(xué)反應(yīng)在工件表面形成保護(hù)氧化膜層的一類(lèi)表面處理技術(shù)。陰極通常為槽體或不銹鋼板。陽(yáng)極氧化成膜主要包括常規(guī)陽(yáng)極氧化和等離子體微弧陽(yáng)極氧化處理技術(shù)。1）常規(guī)陽(yáng)極氧化處理常規(guī)陽(yáng)極氧化處理也就是工件在低電壓作用下進(jìn)行的陽(yáng)極氧化

10、處理技術(shù)。典型的處理規(guī)范如表5所示。通常經(jīng)過(guò)常規(guī)陽(yáng)極氧化處理后，工件表面形成較為致密的氧化膜層，該膜層主要由氧化鎂與六方氫氧化鎂構(gòu)成，與基體結(jié)合良好。與化學(xué)成膜處理相比，常規(guī)陽(yáng)極氧化處理膜層的耐蝕性、耐磨性好、機(jī)械強(qiáng)度高，工件的尺寸精度幾乎不發(fā)生影響，在某些使用情況下可省去涂裝工藝，直接可作為最終處理，因此常規(guī)陽(yáng)極氧化處理技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。2）等離子體微弧陽(yáng)極氧化處理將常規(guī)陽(yáng)極氧化處理的電壓升高到一定值，在陽(yáng)極區(qū)將產(chǎn)生等離子體微弧放電，微弧直徑一般在幾微米至幾十微米之間，在工件表面的停留時(shí)間約為幾十毫秒，相應(yīng)的溫度可高達(dá)幾千度，可使周?chē)囊后w汽化，形成高溫高壓區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，在電場(chǎng)的作

11、用下，可產(chǎn)生大量的電子和正負(fù)離子，因此可產(chǎn)生特殊的物理化學(xué)作用，使生成的氧化膜成為陶瓷質(zhì)的有序結(jié)構(gòu)（主要由立方結(jié)構(gòu)的氧化鎂構(gòu)成），這種特殊的鎂合金壓鑄件表面處理技術(shù)就是等離子體微弧陽(yáng)極氧化處理技術(shù)。這是近年來(lái)剛剛探索出來(lái)的一種嶄新的處理方法，典型的處理規(guī)范如表6所示。因?yàn)槲⒒》烹姇?huì)使處理液的溫度不斷升高，所以為了保證處理液的溫度恒定，進(jìn)行表面處理時(shí)還需要采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)。由于得到了陶瓷膜層為基體原位生長(zhǎng)，因此完整、致密、與基體和油漆的附著性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性和電絕緣性。目前采用等離子體微弧陽(yáng)極氧化處理技術(shù)可根據(jù)具體要求，制備出裝飾型、保護(hù)型、功能型等陶瓷表面，已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，進(jìn)一

12、步的研究正處在不斷的探索中。3交流等離子體微弧氧化處理技術(shù)作者近半年來(lái)針對(duì)鎂合金壓鑄件的表面處理進(jìn)行了研究，開(kāi)發(fā)出了交流等離子體微弧氧化處理技術(shù)及相應(yīng)的處理溶液。該技術(shù)采用工頻交流電對(duì)鎂合金壓鑄件進(jìn)行等離子體微弧氧化處理，與前述的陽(yáng)極氧化處理相比，該技術(shù)不需用直流電源、設(shè)備簡(jiǎn)單，工件的表面處理時(shí)間大大縮短，其處理效率較其它方法提高了20倍以上，在處理鎂合金壓鑄手機(jī)外殼時(shí)，一般在1分鐘處理時(shí)間之內(nèi)就可達(dá)到表面處理的全部要求。在實(shí)際生產(chǎn)中的初步應(yīng)用已經(jīng)證明交流等離子體微弧氧化處理技術(shù)是一種非常實(shí)用、有前途的鎂合金壓鑄件表面處理技術(shù)。目前，該技術(shù)在其它方面的應(yīng)用正在研究當(dāng)中，相信不久將會(huì)取得可喜的成

13、果。二表面處理的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題鎂合金壓鑄件表面處理的目的，就是根據(jù)具體要求，采用合適的技術(shù)，得到滿足要求的高質(zhì)量的膜層。由于目前現(xiàn)有的各種表面處理技術(shù)還分別存在各自的問(wèn)題，所以要達(dá)到此目的，應(yīng)該對(duì)不同處理技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題有所了解。1化學(xué)成膜中的關(guān)鍵技術(shù)由于化學(xué)成膜是完全依靠處理液與工件之間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行的，不象陽(yáng)極氧化成膜那樣有外加電壓的作用，所以要形成高質(zhì)量的膜層，除了要嚴(yán)格遵守各個(gè)環(huán)節(jié)的操作規(guī)程以外，應(yīng)對(duì)壓鑄件表面萬(wàn)分的均勻性予以充分的重視。只有成分均勻的表面才能形成均勻的處理膜層，所以應(yīng)確保鎂合金液的成分均勻、壓鑄件的成分均勻、壓鑄件表面充分的清潔，尤其是采用成膜性能較低的無(wú)鉻處理液對(duì)薄

14、壁（小于2mm）壓鑄件進(jìn)行處理時(shí)，對(duì)影響壓鑄件表面成分均勻性的合金液成分設(shè)計(jì)、壓射速度、型模條件等要進(jìn)行嚴(yán)格控制，力保壓鑄件表面成分的均勻、穩(wěn)定。2陽(yáng)極氧化成膜中的關(guān)鍵技術(shù)由于陽(yáng)極氧化成膜是在外加電壓的作用下進(jìn)行的，所以該技術(shù)對(duì)壓鑄件的表面質(zhì)量要求不象化學(xué)成膜那樣苛刻，對(duì)于某一表有時(shí)甚至不進(jìn)行預(yù)處理面的壓鑄件，總能夠找到合適的處理電壓和處理時(shí)間來(lái)得到高質(zhì)量的膜層。對(duì)于陽(yáng)極氧化成膜，最關(guān)鍵的問(wèn)題就是處理液的有效性問(wèn)題。對(duì)壓鑄件表面質(zhì)量要求的降低，使脫模劑有機(jī)會(huì)進(jìn)入處理液，如果脫模劑和處理液的選擇不匹配，將導(dǎo)致處理液的迅速失效，另外，在等離子體微弧氧化成膜中，處理液的溫度會(huì)迅速升高，這種溫升將導(dǎo)致某些處理液的失效，影響表面處理效果。因此合理選擇脫模劑和處理液、保持處理液溫度的恒定是陽(yáng)極氧化成膜的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。 三今后的發(fā)展方向目前的鎂合金壓鑄件表面處理技術(shù)各有千秋，化學(xué)成膜設(shè)備簡(jiǎn)單、操作污染小，與涂裝處理相結(jié)合極有優(yōu)勢(shì)；陽(yáng)極氧化成膜包括交流等離子體微弧氧化處理技術(shù)在內(nèi)，可根據(jù)具體要求實(shí)現(xiàn)多種不同的處理目的，但這些技術(shù)還存在各自的問(wèn)題，今后有待逐步完善和發(fā)展。從提高表面處理質(zhì)量、滿足各類(lèi)產(chǎn)品需求角度來(lái)講，盡快開(kāi)發(fā)短時(shí)、多功能而高質(zhì)量成膜、可實(shí)現(xiàn)最終處理的新技