鎂合金的一些知識(shí) (三)

1、鎂合金的一些知識(shí)(三防腐蝕方法化學(xué)轉(zhuǎn)化處理鎂合金的化學(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

2、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?；瘜W(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。陽極氧化陽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)良的耐蝕性來源于陽極氧化后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

3、蝕性能的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)通過向陽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,但基本上不影響膜層的X射線衍射相結(jié)構(gòu)。但陽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、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

4、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35m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

5、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熱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

6、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。其他表面處理技術(shù)離子注入是在高真空狀態(tài)下,在十至數(shù)百KV電壓的靜電場作用下,經(jīng)加速的高能離子(Al、Cr、Cu等以高速?zèng)_擊要處理的表面而注入樣品內(nèi)部的方法。注入的離子被中和并留在樣品固溶體的空位或間隙

7、位置,形成非平衡表面層。有研究認(rèn)為耐蝕性能的提高是由于自然氧化物的致密化、注入離子的輻射和形成鎂的氮化物的結(jié)果。所得改性層的性能與所注入離子的量和改性層的厚度有關(guān),而基體表面的MgO對(duì)改性層的耐蝕性能的提高也有一定的促進(jìn)作用。氣相沉積即蒸發(fā)沉積涂層,有物理氣相沉淀(PVD和化學(xué)氣相沉積(CVD兩種。它是利用能使鎂合金中的Fe、Mo、Ni等雜質(zhì)含量大幅度降低,同時(shí)利用涂層覆蓋基體的各種缺陷,避免形成局部腐蝕電池,從而達(dá)到改善防腐性能的目的。與鎂合金的其他表面處理技術(shù)相比,有機(jī)涂層保護(hù)技術(shù)具有品種和顏色多樣、適應(yīng)性廣、成本低、工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)。目前廣泛使用的主要是溶劑型的有機(jī)涂料。粉末型的有機(jī)涂層因

8、無溶劑,和具備污染少、厚度均勻以及較佳耐蝕性能等特點(diǎn),近幾年來在汽車、電腦殼體等鎂合金部件上的應(yīng)用較受歡迎。鎂合金壓鑄件由于鎖模力不足、合模不良、模具強(qiáng)度不足、熔湯溫度太高等問題會(huì)出現(xiàn)表面有毛刺的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象叫做產(chǎn)品披鋒,往往是企業(yè)必須要面對(duì)的后處理加工工序.目前主要是根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)運(yùn)用手工打磨,氫氧爆炸以及昭凌冷凍拋丸機(jī)去解決鎂合金生產(chǎn)火災(zāi)預(yù)防及撲救對(duì)策鎂合金切削工藝的火災(zāi)危險(xiǎn)性1.1 鎂屑性質(zhì)活潑,高溫下極易燃燒。鎂合金切削過程中,鎂屑切口處大部分是未氧化的鎂和鎂合金。由于金屬鎂屬一級(jí)遇濕易燃品,著火點(diǎn)及最小引燃能量低,加之切屑薄而小,比表面積大,因此高溫環(huán)境下在空氣中極易燃燒。1.2 高

9、速切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫,引燃鎂屑。機(jī)械加工時(shí),為充分發(fā)揮刀具的切削性能,提高生產(chǎn)效率和工件質(zhì)量,一般要求較高的切削速度。而高速度的切削往往會(huì)使金屬切屑的溫度高達(dá)700°C 1 000°C,當(dāng)缺乏冷卻液的有效供應(yīng)時(shí),高溫將足以引燃鎂屑起火。1.3 鎂屑燃燒溫度高,火災(zāi)蔓延速度快,撲救難度大。鎂一旦發(fā)生火災(zāi),其燃燒溫度可達(dá)3 000°C,燃燒熱值高達(dá)25 121 kJ/kg。當(dāng)鎂屑呈粉狀時(shí)與空氣混合遇火能發(fā)生爆炸。此外,由于鎂高溫時(shí)遇水可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出氫氣,故金屬鎂火災(zāi)中,水、泡沫、四氯化碳等滅火劑都受到限制,干粉、鹵代烷滅火劑的滅火效果亦不明顯,撲救難度大。金屬切削加

10、工過程中影響切削溫度的因素金屬切削過程中,99 %的切削變形與摩擦所消耗的功轉(zhuǎn)化為熱能,可用(1式表示:Q總=Q1+Q2+Q3(1式中:Q總切削過程產(chǎn)生的總熱量,又稱切削熱;Q1變形消耗的功轉(zhuǎn)變的熱量;Q2前刀面與切屑表面摩擦所消耗的熱量;Q3后刀面與切屑表面摩擦所消耗的熱量。切削熱主要通過切屑、刀具、工件、切削液(如冷卻液、潤滑液和周圍空氣傳導(dǎo)出去,當(dāng)不加切削液時(shí),則大部分熱由切屑傳出。鎂合金切削加工工藝火災(zāi)預(yù)防3.1 控制好切削速度。切削熱的產(chǎn)生與切削速度呈同比例增長,因此切削速度對(duì)切削溫度影響極大。在實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn),不同的切削速度產(chǎn)生的切削熱會(huì)使切屑的表面氧化膜顏色發(fā)生變化。因此,通

11、過不同切削速度下的鎂合金切削氧化膜顏色,便可估算出安全的車床主軸轉(zhuǎn)速。3.2 正確選擇切削液。除非機(jī)械構(gòu)造本身限制,在鎂合金切削加工時(shí)應(yīng)始終充分供應(yīng)切削液以及時(shí)降低切屑溫度。考慮到鎂的化學(xué)特性,切削液的選擇應(yīng)避免采用可燃、具有強(qiáng)氧化性及含水量較高的液體,從而防止冷卻液遇高溫鎂屑燃燒或反應(yīng)放熱起火。3.3 強(qiáng)化易燃、可燃物品的監(jiān)管。冷加工切削過程中使用的潤滑油及精密機(jī)床使用的液壓油、導(dǎo)軌油、主軸油等大多為可燃液體,而且一般儲(chǔ)油量都較大,如普通機(jī)床液壓油約有20 kg70 kg。所以日常工作中應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的檢修與維護(hù),保持機(jī)床完好,嚴(yán)防漏油。對(duì)清潔機(jī)床后遺留的油抹布、油棉紗等,應(yīng)及時(shí)清理,并與鎂屑相

12、隔離。鎂屑火災(zāi)的撲救4.1 嚴(yán)禁使用水、泡沫、四氯化碳、二氧化碳滅火器撲救。4.2 對(duì)已燃金屬鎂屑應(yīng)選用D級(jí)滅火器。如7150、D類干粉、干砂等,考慮到目前國內(nèi)市場上7150、D類干粉滅火器并不常見,而干砂對(duì)機(jī)床(特別是精密機(jī)床損壞大,根據(jù)實(shí)際可就地取材選用75 %80 %的覆蓋熔劑粉加20 %25 %硫磺粉經(jīng)混合制成的撒粉熔劑灌裝在手提干粉滅火器中進(jìn)行滅火,效果明顯。4.3 撲救鎂屑火災(zāi)時(shí),應(yīng)使滅火器噴嘴與起火鎂屑間保持一定距離,以盡量減少滅火器噴射過程中對(duì)鎂屑的沖擊作用,防止鎂屑擴(kuò)散形成爆炸性混合物。鎂合金板材用途鎂合金板材是航空、航天工業(yè)不可缺少的材料。航空材料減重帶來的經(jīng)濟(jì)效益和性能改

13、善十分顯著,商用飛機(jī)與汽車減重相同質(zhì)量帶來燃油費(fèi)用節(jié)省,前者是后者的近100倍,而戰(zhàn)斗機(jī)的燃油費(fèi)節(jié)省又是商用飛機(jī)的近10倍,更重要的是其機(jī)動(dòng)性能改善可以極大提高其戰(zhàn)斗力和生存能力。正因?yàn)槿绱?航空工業(yè)才會(huì)采取各種措施增加鎂合金應(yīng)用?，F(xiàn)在飛機(jī)所用的鋁材料約占飛機(jī)總重量的85%,高強(qiáng)度、耐腐蝕的鎂合金板比鋁板性能更好,在飛機(jī)上應(yīng)用更有優(yōu)勢(shì)。鎂合金是減輕武器裝備質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)武器裝備輕量化,提高武器裝備各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。軍工上應(yīng)用,如直升機(jī)、殲擊機(jī)都要大量使用;坦克、裝甲車、軍用吉普車、槍械武器等等,可使單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)降到6.37Kg。用鎂板制造子彈殼、炮彈殼,使單兵子彈負(fù)載增加一倍。交通工

14、具上應(yīng)用,如汽車、火車、船舶等,減輕重量、節(jié)省能源、減少污染,國家正大力發(fā)展。在3C產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用。在電源上應(yīng)用,鎂電源類產(chǎn)品都是高能無污染電源,如制造鎂錳干電池、鎂空氣電池、鎂海水電池、魚雷電源以及動(dòng)力電池。高電位鎂合金犧牲陽極板用在金屬保護(hù)上。民用也很廣。如環(huán)保建筑裝飾板材、體育、醫(yī)療器械、工具、高級(jí)眼鏡架、手表殼、高級(jí)旅行用品等鎂合金焊絲鎂合金焊絲用于各種鍛壓鎂合金及鑄造鎂合金,廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器,航空航天,汽車配件及民用鎂制品和工藝品的焊接,是用于焊修鎂合金斷裂,裂紋,沙眼氣孔的專用鎂合金焊絲。鎂合金和鋁合金擠壓鑄造技術(shù)革新最近,日本宇部公司在擠壓鑄造機(jī)上進(jìn)行了鋁合金和鎂合金的半固態(tài)擠

15、壓鑄造方面的研發(fā)工作。其開發(fā)的半固態(tài)新工藝流程是:首先將金屬液在高精度控溫式熔化保溫爐中熔化,在稍高于合金熔點(diǎn)溫度下澆入用于保溫的中間容器中,然后通過控制氣流,將中間容器中的半液態(tài)金屬的溫度調(diào)節(jié)到所要求的溫度,并防止過冷,隨后將中間容器中的半固態(tài)漿料倒置注入傾斜杯中,這樣就可使氧化層保留在杯中擠壓頭的表面,以防進(jìn)入鑄件中;然后,擠壓頭將半固態(tài)漿料壓入型腔中成形,以實(shí)現(xiàn)壓力下凝固成鑄件。用此種工藝生產(chǎn)的鑄件,比常規(guī)擠壓鑄造有更致密的組織和更好的性能,并且可以成形更薄壁的鑄件。擠壓鑄造,又稱液態(tài)模鍛,是一種使液態(tài)或半固態(tài)金屬在高壓下充型和凝固的精確成形鑄造技術(shù)。這種工藝有效地提高了鑄件的補(bǔ)縮和成形

16、能力,具有避免或減少氣孔等鑄件缺陷,提高鑄件力學(xué)性能,適用范圍廣,節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。目前,這種工藝在國際上已經(jīng)廣泛用于汽車、摩托車等重要安全和高性能零件的生產(chǎn),在能源日趨緊張和力學(xué)性能要求日益提高的將來具有重要的應(yīng)用前景。擠壓鑄造設(shè)備的改進(jìn)是擠壓鑄造工藝得以推廣的重要條件。目前,世界各國進(jìn)行擠壓鑄造生產(chǎn)的各種液壓機(jī)大致有1000臺(tái),先進(jìn)的專用擠壓鑄造設(shè)備主要分布在日、美等發(fā)達(dá)國家,以日本最多。擠壓鑄造機(jī)大致發(fā)展成三類:垂直合模垂直擠壓式;水平合模水平擠壓式;水平合模垂直擠壓式。 擠壓鑄造設(shè)備的研發(fā)主要集中 在以下幾個(gè)方面： (1擠壓鑄造方式從傳統(tǒng)的直接擠壓和間接擠壓 單一方式走向復(fù)合化，兼有兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，形成適用范圍更廣 的新型擠壓鑄造工藝。又如，與壓鑄及半固態(tài)鑄造方式相融合， 形成擠壓壓鑄工藝和半固態(tài)擠壓鑄造。 (2澆注方式及澆注系統(tǒng)裝 置注重提高澆注的自動(dòng)化水平和改善澆注條件，開發(fā)出高精度的 液壓控制閥和閉環(huán)控制的壓射系統(tǒng)，建立專用高效的澆注系統(tǒng)。 (3合模力規(guī)格多樣化，對(duì)壓射系統(tǒng)的壓力控制方法進(jìn)行改進(jìn)，提 高其控制精度及穩(wěn)定性， 實(shí)現(xiàn)對(duì)擠壓過程的