表面加工技術(shù)-鎂合金(共21頁)

1、表面加工技術(shù)課程(kchng)論文鎂合金表面處理國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用(yngyng)現(xiàn)狀(Magnesium alloy surface treatment study abroad application status)學(xué)院(xuyun)名稱： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 復(fù)合材料2345 學(xué)生姓名： 不知道 學(xué) 號(hào)： 311070623432 指導(dǎo)教師： 你你你 鎂合金表面處理(chl)國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀摘要(zhiyo)：鎂合金的防護(hù)通常采用氧化(ynghu)、預(yù)處理、涂裝等方法。其中，氧化處理包括化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化。化學(xué)氧化的氧化膜層薄，防腐性能差，需要通過多層油漆涂裝，才能達(dá)到防腐要

2、求；電化學(xué)氧化包括普通陽極氧化、微弧陽極氧化等。關(guān)鍵詞：鎂合金；表面處理；研究現(xiàn)狀；Magnesium alloy surface treatment study abroad application statusAbstract :Protection of magnesium alloys usually by oxidation, pretreatment, coating method. Among them, oxidation treatment including chemical and electrochemical oxidation. Oxidation chemical

3、 oxidation of thin, poor corrosion resistance, through layers of paint coating, in order to achieve the corrosion; electrochemical oxidation including conventional anodic oxidation, micro arc anodic oxidation.Key words :magnesium alloy;surface treatment;research status;前言 我國(guó)鎂礦豐富,儲(chǔ)藏量約31.45億噸,目前已是世界純鎂

4、出口的第一大國(guó)。大規(guī)模的鎂合金鑄件應(yīng)用和生產(chǎn)方興未艾,因而我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)鎂合金表面防護(hù)技術(shù)的研究1,這對(duì)深化我國(guó)特色資源的加工利用,改善目前我國(guó)靠原材料市場(chǎng)出口創(chuàng)匯,優(yōu)質(zhì)鎂合金制品幾乎依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面顯得尤為重要。特別是當(dāng)前石油價(jià)格攀升到歷史最高點(diǎn)75美元一桶,節(jié)能問題陡顯,要求減輕車的自重,采用鎂合金制造交通運(yùn)輸工具的零部件,可達(dá)到最大的減重效果2-6。另外,近10年來,3C(computer,communication,consumer electronics products)產(chǎn)品發(fā)展速度極快,該類產(chǎn)品常常要求便攜性,故需要輕質(zhì)量的材料。北美、歐洲、日本和臺(tái)灣地區(qū)已經(jīng)廣泛將鎂合金應(yīng)用于汽車

5、和3C產(chǎn)品上7-9。 鎂是金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的一種，純鎂的力學(xué)性能很差，但鎂合金因體積(tj)質(zhì)量小、比強(qiáng)度高、加工性能好、電磁屏蔽性好、具有良好的減振及導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能而備受關(guān)注10-12。因此,鎂合金在航空工業(yè),汽車工業(yè)和電子(dinz)通訊工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用13-15。但是,鎂的化學(xué)穩(wěn)定性低,電極電位很負(fù)(-2.34 V),耐蝕性較差。鎂及其合金在大多數(shù)介質(zhì)(jizh)中都不穩(wěn)定,不耐蝕,因此必須進(jìn)行表面處理才能適應(yīng)耐蝕耐磨的需求。其次對(duì)于外觀極其講究的電子產(chǎn)品外殼則更需要進(jìn)行合適的表面處理,以適應(yīng)市場(chǎng)的需要13,16。1鎂及鎂合金的性質(zhì)1.1鎂及鎂合金的基本性質(zhì) 鎂是工程用金屬材料中相

6、對(duì)密度最小的銀白色金屬(密度為:1.749g/cm3,)17,也是常用金屬中化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性最低的金屬,其電位很負(fù)V0=-2.34v,且PB比為0.79,不會(huì)象鋁那樣生成具有保護(hù)作用的氧化膜,所有這些都決定了鎂的耐蝕性較差,在大多數(shù)介質(zhì)中都不穩(wěn)定、不耐蝕。再加上純鎂的強(qiáng)度較低,不宜作為結(jié)構(gòu)材料。但是鎂合金相對(duì)密度小、比強(qiáng)度高、比剛度高,能承受較大的載荷。其比強(qiáng)度不僅高于大多數(shù)高強(qiáng)鋼,而且高于鋁合金,所以鎂合金特別受航空航天等尖端工業(yè)和汽車工業(yè)的青睞。1.2鎂的耐蝕性 鎂在絕大多數(shù)無機(jī)酸、有機(jī)酸中都不穩(wěn)定,在中性鹽介質(zhì)中,甚至在含一定量CO2的純蒸餾水中也會(huì)發(fā)生明顯的腐蝕,并釋放出氫氣。但在鉻配和

7、氫氟酸中卻相當(dāng)穩(wěn)定,這是因?yàn)樯闪吮Ｗo(hù)性的表面膜而進(jìn)入鈍態(tài)。鎂及鎂合金在不同的鹽溶液中腐蝕速率差異極大,這主要取決于鹽溶液的性質(zhì),此外還有溶液的HP值、活性離子等因數(shù)。當(dāng)溫度低于50-60時(shí),鎂在氨溶液或堿溶液中相對(duì)穩(wěn)定。另外鎂在液態(tài)碳?xì)浠衔?如無水乙醇、丙酮、苯等)中具有良好的耐蝕性,甚至不受任何腐蝕18。 鎂在大氣條件下與在溶液中的腐蝕特征不同,在水溶液中幾乎都是純粹的析氫腐蝕,而在大氣中同時(shí)有氧的去極化,大氣中相對(duì)濕度(xingdu shd)越低,氧去極化的成分就越大,反之氫去極化的過程越強(qiáng),輻射速度越大。大氣中的雜質(zhì)以氯化物和二氧化硫最為有害,因此在海洋大氣和工業(yè)大氣中,鎂及鎂合金都

8、不耐蝕。 由于鎂的電位很負(fù),且析氫腐蝕的傾向很大,因此與鋁相比,鎂中的雜質(zhì)元素或與其他金屬相接觸(jich)時(shí)加速腐蝕傾向更大,若鎂中含有微量的低析氫過電位元素如鐵、鉆、鎳、銅等,其耐蝕性顯著降低,而其他元素的影響并不顯著。1.3鎂合金的耐蝕性 從強(qiáng)化效果、合金相對(duì)密度等方面來考慮,鎂合金中一般采用鋁、鋅、錳等合金元素。就耐蝕性而言,變形鎂合金不及鑄造鎂合金。因?yàn)榍罢叱?ch le)一般耐蝕性較差外,應(yīng)力腐蝕的敏感性也較高。在常用變形鎂合金中,MB3對(duì)SCC最為敏感,MB1和MB8最不敏感,在綜合考慮其他性能的條件下,以MB8用的最多。變形鎂合金的應(yīng)力腐蝕傾向除與合金成分密切相關(guān)外,還與腐蝕

9、介質(zhì)、熱處理、冷加工及合金顆粒度等許多因素有關(guān),因此在使用中要綜合考慮各方面因素的影響。 總之,鎂合金的耐蝕性比其他合金差,對(duì)其進(jìn)行有效的保護(hù)具有更為重要的意義。鎂合金的保護(hù)一般是先進(jìn)行化學(xué)氧化或陽極氧化,得到與涂層結(jié)合良好的底層,然后涂有機(jī)涂料保護(hù)層。此外,在加工、轉(zhuǎn)運(yùn)及保管過程中,也必須加強(qiáng)對(duì)鎂合金的防護(hù),免遭明顯的腐蝕。 鎂錠是鎂合金電解精煉的最終產(chǎn)品,精煉后的鎂錠因自身的雜質(zhì)成分及其特殊的物化性質(zhì),易被氧化、腐蝕,因此需要對(duì)其表面進(jìn)行處理。目前國(guó)內(nèi)鎂錠防腐的方法主要有下面幾種:19 (l)清洗掉鎂錠表面的金屬雜質(zhì)(主要是鐵屑)和粘附在鎂錠表面的精練熔劑及50:等氣體膜,以提高(t go

10、)鎂錠自身的耐腐蝕能力； (2)人為(rnwi)地在鎂錠表面加上一層保護(hù)膜,用以避免鎂錠表面與大氣中有害物質(zhì)的直接接觸,減少腐蝕機(jī)會(huì),達(dá)到防腐的自的。 在工業(yè)上用作鎂錠防腐(fngf)的方法有:有機(jī)膜保護(hù)法,電化法,改良法,鉻酸鹽鈍化膜法。下面分別作一簡(jiǎn)介: (l)有機(jī)膜保護(hù)法(常用環(huán)氧樹脂) 一般要先進(jìn)行預(yù)處理,再經(jīng)三次涂膜,干燥。此法工藝繁雜,勞動(dòng)效率低,而且經(jīng)此法處理后的鎂錠在脫模時(shí),產(chǎn)生難聞氣味,污染勞動(dòng)環(huán)境。 (2)電化法 工藝復(fù)雜,氧化膜彈性差,一般在工業(yè)上很少采用。 (3)改良法 它具有工藝過程較簡(jiǎn)單,所需時(shí)間短,節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn),但存在存放時(shí)間短的缺點(diǎn)。若要較長(zhǎng)時(shí)間保存,還必須在

11、F-35號(hào)和F-53號(hào)防銹油中進(jìn)行處理,這樣又增加了處理工序和處理成本,給使用前的去油膜帶來了困難。 (4)鉻酸鹽鈍化膜法 本法是國(guó)內(nèi)熱法鎂廠較普遍采用的方法,但是此方法工藝流程長(zhǎng),工藝要求嚴(yán)格,鎂錠存放時(shí)間短,鈍化膜耐磨性差,去膜困難,給使用帶來極大不便。為了克服以上幾種方法的不足之處,蔣和平研究了真空包裝的可能性,并設(shè)計(jì)了真空防腐的工藝流程,取得了工業(yè)成功。2 鎂合金的腐蝕 鎂合金的腐蝕方式(fngsh)通常有兩種: 一是化學(xué)腐蝕;二是電化學(xué)腐蝕。按形態(tài)等細(xì)分，又可分為電偶腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、氫脆、晶間腐蝕、絲狀腐蝕、高溫氧化(ynghu)腐蝕和腐蝕疲勞等。 (1) 電偶腐蝕。它屬于電化

12、學(xué)腐蝕一類，指的是鎂基體與陰極相鄰(xin ln)的局部區(qū)域常常出現(xiàn)的一種嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，其陰極可能是外部與之相接觸的其他金屬、內(nèi)部第二相或雜質(zhì)相，它們與鎂合金基體形成原電池，誘發(fā)電極反應(yīng)，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕20。 (2) 點(diǎn)蝕。由于晶界處的析氫及沿晶界處的基體優(yōu)先腐蝕脫落的現(xiàn)象即點(diǎn)蝕。當(dāng)Mg在非氧化性介質(zhì)中遇到Cl-時(shí)，鎂合金都有腐蝕開裂的傾向，在它的自腐蝕電位以上會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕20。通常是在中性或堿性鹽溶液中發(fā)生的。(3) 應(yīng)力腐蝕。它是由拉應(yīng)力與特定的介質(zhì)環(huán)境聯(lián)合作用引起的21。在含有Cl-的中性溶液甚至蒸餾水中都可能出現(xiàn)該種腐蝕現(xiàn)象。在Ph10.2的堿性介質(zhì)中或氟化物的溶液中，其抗應(yīng)力腐蝕的性能

13、較好。(4) 氫脆。又稱氫致開裂或氫損傷，是一種由于金屬材料中氫引起的材料塑性下降開裂或損傷的現(xiàn)象。鎂合金則是由于MgH2的形成而出現(xiàn)氫脆。(5) 晶間腐蝕。絕大多數(shù)金屬和合金是多晶體，在它們的表面上也顯露出許多晶界。在某些環(huán)境中，晶界的溶解速度遠(yuǎn)大于晶粒本身的溶解速度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沿晶界進(jìn)行的選擇性局部腐蝕，稱為晶間腐蝕。受熱、受力而引起晶界組織結(jié)構(gòu)的不均勻變化，對(duì)晶間腐蝕有很大影響。對(duì)鎂合金而言，如有晶間腐蝕，則是指基相的晶?？拷苓吿幍母g。(6) 絲狀腐蝕。它是由穿過晶界表面運(yùn)動(dòng)的活性腐蝕電池引起的。一般發(fā)生在保護(hù)性涂層(如有機(jī)硅涂層)和陽極氧化層下面，沒有涂層的純Mg不會(huì)遭受絲狀腐蝕。(

14、7) 腐蝕疲勞又稱為交變應(yīng)力腐蝕。在交變應(yīng)力，如熱應(yīng)力或彎曲應(yīng)力的作用下，金屬晶格間產(chǎn)生滑移，出現(xiàn)腐蝕疲勞，破壞了金屬表面的保護(hù)膜。其特征是，在宏觀上裂紋常常成群地、叢狀地垂直于應(yīng)力方向分布； 微觀上裂紋多是穿晶分布，不分枝(fn zh)或很少分枝。當(dāng)應(yīng)力較小以腐蝕作用為主時(shí)，裂紋端部多呈圓鈍狀； 反之則端部略尖。腐蝕性熱疲勞損壞，一般產(chǎn)生的裂紋不大，很少發(fā)生爆破；在斷口上既有腐蝕破壞特征，又有疲勞破壞特征。為了防止腐蝕疲勞，主要應(yīng)消除或減小附加應(yīng)力，采取合理的結(jié)構(gòu)，減小溫度劇變等。3鎂合金表面(biomin)處理技術(shù) 由于鎂合金易遭受環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，所以在作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)必須先經(jīng)過表面(b

15、iomin)處理來改善其耐蝕性22。鎂合金的防護(hù)通常采用氧化、預(yù)處理、涂裝等方法。其中，氧化處理包括化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化。化學(xué)氧化的氧化膜層薄，防腐性能差，需要通過多層油漆涂裝，才能達(dá)到防腐要求；電化學(xué)氧化包括普通陽極氧化、微弧陽極氧化等23-24。微弧陽極氧化所得膜層硬度高、防腐性能好，但是鎂合金試樣表面持續(xù)激烈的火花放電和氣泡析出，致使微弧氧化膜層中微孔和微裂紋的生成，導(dǎo)致耐蝕性下降25-26。因此，必須通過后續(xù)處理，彌補(bǔ)微弧氧化膜層的表面缺陷通過磷化處理工藝使鎂合金的耐蝕性滿足實(shí)際應(yīng)用要求，又可改變其外觀顏色，但磷化工藝還不成熟25通過合金化的方法來改善其性能，特別是期望發(fā)現(xiàn)“不銹鎂”的

16、努力至今還沒有取得進(jìn)展27。 既然各種單一工序處理鎂合金表面都存在一定缺陷，可以采用幾種工序組合處理方法達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果，將鎂合金表面的耐蝕性能達(dá)到最佳。3.1 鎂合金磷化后電泳(din yn)涂裝 鎂合金經(jīng)過磷化后雖然耐蝕性和附著力有一定程度的提高，但是(dnsh)由于一般的磷化所得到的膜層均存在結(jié)晶組織較大。不完整和有裂紋等缺點(diǎn)，加上鎂合金自身耐蝕性較差，所以磷化膜對(duì)鎂合金基體的保護(hù)將大大減弱。采用磷化后電泳可以彌補(bǔ)磷化的不足，封閉磷化膜的孔隙及裂紋，使鎂合金耐蝕性大大提高，而且磷化處理給電泳涂裝提供了較好的附著力。 Umehara等28-29在AZ91D鎂合金上采用磷酸(ln sun)

17、-高錳酸鉀溶液得到的以Mg3(PO3)2為主要成分的磷化膜，通過添加硼酸鈉和鹽酸調(diào)整磷化液pH至中性或堿性，獲得了耐腐蝕性與鉻酸鹽轉(zhuǎn)化涂層相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化膜，并對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。Han等30在AZ31D 鎂合金上制備了主要含Mn3( PO3)2的磷化膜。Kouisni等31對(duì)AM60鎂合金鋅系磷化膜的生長(zhǎng)核機(jī)理進(jìn)行了研究。目前對(duì)于鎂合金磷化和涂層存在的主要問題是磷化膜的顯微組織較粗大，膜層覆蓋不全，而且膜層內(nèi)部有裂紋。連建設(shè)等32-33在鎂合金表面制備了均勻細(xì)致無裂紋的磷化膜。磷化膜作為中間膜層，對(duì)鎂合金基體及電泳涂層起著承上啟下的作用，對(duì)于鎂合金磷化膜與電泳涂層的匹配性和涂層的性能進(jìn)行研究是

18、很有必要的。 陳亮朝等34研究AZ31變形鎂合金的表面磷化和電泳涂裝工藝，利用掃描電鏡。能譜儀等對(duì)磷化過渡層的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了分析，確定了合適的磷化工藝，即 pH為3-4，為25-40，t為3-10min，通過電泳得到了性能良好的涂層。研究表明，電泳涂層的結(jié)合力達(dá)到1級(jí)，耐3%鹽水360h不起泡，耐中性鹽霧試驗(yàn)140h無變化。因此，磷化后電泳的方法用于鎂合金的表面防護(hù)是可行的。 連建設(shè)等35在磷化液中添加Ce3（NO3)3及腐蝕抑制劑，在鎂合金表面制備了均勻致密的鋅系磷化膜，在磷化膜上進(jìn)行陰極電泳處理制備的涂層具有良好的附著力和耐蝕性。在磷化液中加入稀土添加劑可使鋅系磷化膜致密無裂紋，磷化膜在

19、陰極電泳和烘烤固化過程中的質(zhì)量損失率較低。當(dāng)磷化液中 Ce3（NO3)3為1.5g/L時(shí)，磷化膜的組織最致密，電泳漆膜的附著力和耐蝕性也最好。在鎂合金的鋅系磷化膜上沉積20m陰極電泳涂層，耐鹽霧腐蝕可達(dá) 720h以上，沉積35m陰極電泳涂層時(shí)，耐鹽霧腐蝕可達(dá)1000h以上，試驗(yàn)結(jié)果表明，稀土鋅系磷化后低溫陰極電泳工藝適合于鎂合金的表面防腐(fngf)處理。 張津等36在硅烷和磷化預(yù)處理后采用(ciyng)陰極電泳技術(shù)在AZ31B 鎂合金表面制備(zhbi)有機(jī)涂層，并與傳統(tǒng)噴漆性能進(jìn)行對(duì)比，指出硅烷和磷化預(yù)處理均有助于提高電泳涂層與基體的結(jié)合力，陰極電泳涂層的綜合機(jī)械性能優(yōu)于噴漆涂層。 高宇3

20、7采用磷化及陰極電泳涂裝工藝相結(jié)合的方法改善AZ61鎂合金的耐蝕性能。在磷化工藝研究中，首先采用均勻試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在6因素24水平的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇較好的基礎(chǔ)磷化配方與工藝。然后在此基礎(chǔ)上分別改變磷化液的pH、氧化鋅質(zhì)量濃度及磷化溫度等，探討這些因素對(duì)磷化膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，最終得到的磷化工藝為:7.57ml/lH3PO4、2.0g/lZnO、磷化為40 、pH為2.5。利用金相顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析儀觀察和分析了磷化膜的表面形態(tài)和組成，采用渦流測(cè)厚儀測(cè)量磷化膜的厚度，并通過陽極極化曲線、交流阻抗譜(EIS) 和腐蝕質(zhì)量損失等方法評(píng)價(jià)了磷化膜的耐腐蝕性能。 類衍明等38通過AZ31B鎂

21、合金表面磷化預(yù)處理及電泳涂裝得到了復(fù)合電泳涂層，并對(duì)復(fù)合涂層的耐蝕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。磷化膜內(nèi)層連續(xù)致密，外層粗大的晶粒使表面粗糙，提高了與電泳涂層的結(jié)合力；復(fù)合涂層的附著力。硬度沖擊性能及耐蝕性能都有顯著提高。因此，磷化預(yù)處理的丁二烯陰極電泳涂層對(duì)鎂合金起到了良好的裝飾和防護(hù)作用。3.2 鎂合金微弧氧化后電泳涂裝 微弧氧化是基于陽極(yngj)氧化發(fā)展起來的新型表面處理技術(shù)，與陽極氧化相比，微弧氧化可以顯著提高金屬耐磨性、耐蝕性和后續(xù)膜層的黏合力等性能39-43。微弧氧化(ynghu)技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保及氧化產(chǎn)物具有陶瓷質(zhì)屬性等特點(diǎn)，但所得陶瓷膜多孔導(dǎo)致其耐蝕性能提高受到限制44-47，原因是

22、試樣表面持續(xù)激烈的火花放電和氣泡析出，致使微弧氧化膜層中微孔和微裂紋的生成，從而導(dǎo)致耐蝕性下降。電泳(din yn)涂料是以水溶性離子型聚合物為成膜基料，涂料的沉積伴隨著電化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行，涂料利用率高達(dá)95%，在凹陷處及結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位也能形成均勻的保護(hù)膜，但陽極電泳工藝對(duì)前處理要求很高，前處理直接影響到電泳的效果。 綜合以上各處理工序的缺點(diǎn)，采用電泳涂裝作為微弧氧化后處理工序，形成微弧氧化#電泳涂裝復(fù)合工藝，不僅簡(jiǎn)化了鎂合金電泳前處理工藝，而且復(fù)合膜層使鎂合金的耐蝕性能有大幅度提高，另外，微弧氧化工藝相對(duì)磷化工藝來說，在提高鎂合金耐蝕性的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了電泳前的處理工藝，避免了工業(yè)廢水排放，并且提

23、高了處理效率。 袁兵等48對(duì)AZ91D鎂合全進(jìn)行微弧氧化處理，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行不同的后續(xù)表面處理，通過中性鹽霧試驗(yàn)分析比較了幾組表面處理結(jié)合方法對(duì)鎂合金耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明: 微弧氧化陶瓷層與陽極電泳漆膜相結(jié)合的防護(hù)體系耐腐蝕性能最好。這與微弧氧化膜改善了鎂合金表面的顯微結(jié)構(gòu)，從而與有機(jī)涂層有良好的吸附和嵌合作用的特點(diǎn)有關(guān)。 另外，關(guān)于微弧氧化與陰極電泳復(fù)合處理鎂合金表面也取得一定的新進(jìn)展時(shí)惠英等49對(duì)AZ31鎂合金微弧氧化/陰極電泳復(fù)合膜層制備工藝及其耐蝕性進(jìn)行了研究，在酸性腐蝕條件下，鎂合金微弧氧化陶瓷層在1min內(nèi)已被破壞，而微弧電泳復(fù)合膜層在65min后才開始破壞，且耐酸性隨微弧

24、氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)，在微弧氧化8-12min后施行電泳，所得復(fù)合膜層可耐酸130min。在堿性條件下腐蝕7d，兩種膜層表面無腐蝕跡象。 楊巍等50采用恒壓模式在硅酸鹽電解液中制備鎂合金微弧氧化陶瓷層，對(duì)比研究了微弧氧化#陰極電泳和直接陰極電泳鎂合金的截面形貌、結(jié)合力以及抗腐蝕性能差異。結(jié)果表明，在鎂合金微弧氧化陶瓷層的表面可制備電泳有機(jī)層，簡(jiǎn)化了電泳工藝；在微弧電泳復(fù)合膜層間形成機(jī)械咬合力和化學(xué)鍵力，與微弧氧化陶瓷層和直接電泳有機(jī)層相比(xin b)，微弧電泳復(fù)合膜層的附著力和耐蝕性都有顯著提高。 何毅等51采用微弧氧化-陰極電泳涂裝復(fù)合工藝，在MB8鎂合金表面形成防護(hù)性復(fù)合膜層。通過SEM

25、觀測(cè)表明，電泳漆膜與微弧氧化膜緊密結(jié)合，且均勻地覆蓋了表層動(dòng)電位(din wi)極化和浸泡試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合膜層的耐蝕性明顯優(yōu)于微弧氧化膜。3.3鎂合金表面(biomin)化學(xué)鍍鎳 鎂合金是電位較負(fù)的金屬52，所以在其表面進(jìn)行的任何鍍覆層，都只能是陰極保護(hù)鍍層。因此要求膜層密實(shí)，不能有間隙和針孔。只有當(dāng)保護(hù)膜呈非晶態(tài)合金結(jié)構(gòu)，其原子與近鄰原子之間的短程有序區(qū)距離約為1.5nm，且不存在晶體缺陷，如晶體錯(cuò)位、空穴、晶界和成分偏析等時(shí)，才能對(duì)基體進(jìn)行有效保護(hù)。 化學(xué)鍍鎳合金能達(dá)到該效果。高福麒等53采用重慶豐泰表面技術(shù)研究所發(fā)明的一種化學(xué)鍍鎳工藝，專利產(chǎn)品名稱為FG-20301其基本組成為含鎳主鹽

26、、還原劑、絡(luò)合劑、緩沖劑、加速劑、穩(wěn)定劑及表面活性劑等組成。用水按比例溶解后，對(duì)鎂合金進(jìn)行浸泡處理，在其表面催化沉積出非晶態(tài)Ni合金膜層，使鎂合金制件表面半光亮、耐磨、導(dǎo)電以及防腐蝕性能好，可以滿足一般防腐要求。但對(duì)易于腐蝕的鎂合金，僅通過表面合金化，尚不能完全解決防腐問題，經(jīng)過合金化預(yù)處理，再進(jìn)行電泳涂裝54，則可以取得優(yōu)良的防腐性能，為鎂合金的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。后期又用ML-20701型鎂鋰合金表面鎳磷合金化粉水溶液55，處理超輕型鎂鋰合金得到優(yōu)良的防腐合金膜層，為鎂鋰合金后期進(jìn)行電泳或電鍍提供較好的預(yù)處理工藝。為了獲得可以導(dǎo)電的鎂合金表面，張曉琳56先采用微弧氧化技術(shù)使鎂合金表面形

27、成陶瓷層，然后再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。3.4鎂合金表面(biomin)合金化 通過火花放電的作用，把作為電極的導(dǎo)電材料溶滲進(jìn)金屬(jnsh)鎂合金工件的表面，從而形成合金化的表面強(qiáng)化層由于電火花沉積能夠獲得平整的表面57，在鎂合金表面處理中具有(jyu)很好的應(yīng)用前景。近年來，我國(guó)引進(jìn)了俄羅斯的電火花強(qiáng)化設(shè)備P為1.5KW，放電 f為1200HZ，分擋可調(diào)，電極可變速轉(zhuǎn)動(dòng)。在高能量高頻率放電的微電弧作用下，電極轉(zhuǎn)換沉積效率高，溶滲能力強(qiáng)，采用此設(shè)備該技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于鎂合金表面修復(fù)，獲得了0.5-1.0mm的沉積層。 采用熱擴(kuò)滲合金化的方法，也可以在鎂合金表面形成結(jié)合強(qiáng)度很高的滲層.馬幼平等58采用傳

28、統(tǒng)的固態(tài)擴(kuò)滲方法，將鎂合金試樣包埋于Zn、AL 混合粉中，在390保溫8h的處理?xiàng)l件下，經(jīng)水加石英砂介質(zhì)腐蝕磨損試驗(yàn)，在試樣表面形成冶金結(jié)合的表面合金層，其耐蝕性和耐磨性比相應(yīng)的化學(xué)氧化試樣提高了兩倍。3.5鎂合金表面疏水組合膜層 為了獲得超疏水組合膜層，康志新等59采用微弧氧化和有機(jī)鍍膜技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合處理方法，實(shí)現(xiàn)Mg-Mn-Ce鎂合金表面改性。第一步，微弧氧化工藝采用交流步增恒壓。兩電極同時(shí)成膜模式，f為50Hz，U為 120-180V，每隔 1min步增10V電壓至 180V時(shí)，保持5min，反應(yīng)過程不斷攪拌和冷卻，控制電解液 在30-50，微弧氧化處理t為 11min；微弧氧化結(jié)束后

29、用自來水、蒸餾水和無水乙醇依次清洗。第二步，利用電化學(xué)工作站（IM6ex，德國(guó)Zahner) 以三電極方式采用恒電流法進(jìn)行有機(jī)鍍膜，工作電極為微弧氧化后的鎂合金試樣( 無需再處理(chl) ，對(duì)電極為兩個(gè)不銹鋼片(SUS304) ，參比電極為飽和(boh)甘汞電極，電流密度為0.1A/dm2(，有機(jī)(yuj)鍍膜t為20min ，為25；有機(jī)鍍膜后將鎂合金試樣放入干燥箱中干燥(80、1h) ，則在微弧氧化膜上生成了有機(jī)薄膜，即獲得組合膜層。3.6鎂合金表面激光熔覆處理 YaliGao60-61在AZ91HP鎂合金表面分別激光熔覆AL-Si及AL-Cu合金，其耐蝕性及耐磨性得到了改善?？疾炝随V合

30、金激光熔覆處理前后的組織及性能。結(jié)果表明，激光熔覆處理前，鎂合金表面硬度較低; 激光熔覆后，鎂合金表面組織致密、均勻，元素?cái)U(kuò)散劇烈，界面呈冶金結(jié)合，熔覆層硬度可達(dá)270HV，可能與其成分所對(duì)應(yīng)的合金具有很窄的凝固溫度范圍即具有很好的鑄造性能有關(guān)。 陳長(zhǎng)軍等62為提高鎂合金的表面耐磨性，采用激光熔覆AL2O3納米顆粒對(duì)ZM5鎂合金進(jìn)行表面改性處理激光改性采用500W脈沖 Nd: YAG 熔化預(yù)置在ZM5表面的AL2O3納米微粒進(jìn)行處理的。激光熔覆后，對(duì)改性層的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)顯微硬度與激光加工參數(shù)之間的關(guān)系以及耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。改性層的顯微硬度可達(dá)350HV，而基材的顯微硬度只有100

31、HV。激光改性處理層的耐磨性有顯著的提高。 劉紅賓等63-64采用激光熔覆技術(shù)在鎂合金表面制備Cu-Zr-AL非晶復(fù)合涂層，該非晶復(fù)合涂層主要是由非晶及Cu10Zr7和Cu8Zr3相構(gòu)成，其中非晶相的摩爾分?jǐn)?shù)約為60%。涂層結(jié)合區(qū)與基體之間的結(jié)合形態(tài)為非平直晶面型；熱影響區(qū)由細(xì)小的-Mg+-Mg17AL12過飽和固溶體構(gòu)成；由于高的鋁含量增加了熱影響區(qū)應(yīng)力腐蝕敏感性，致使在金相腐蝕時(shí)其內(nèi)部局部區(qū)域及與熔覆層結(jié)合處產(chǎn)生裂紋。在非晶相和金屬間化合物復(fù)合作用下，復(fù)合涂層具有高的硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性。4鎂合金表面(biomin)處理發(fā)展方向 作為綠色環(huán)保材料的鎂合金將大量應(yīng)用(yngyng)

32、于航空航天、武器裝備、汽車、電子等領(lǐng)域,同時(shí)鎂合金的表面處理也將得到迅猛發(fā)展。 1)微弧氧化膜具有更優(yōu)異的耐蝕、耐磨等綜合性能,它將是陽極氧化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)鎂合金的微弧氧化的氧化液、工藝參數(shù)、微弧氧化設(shè)備的研究取得了許多進(jìn)展,但對(duì)微弧氧化工藝得到的保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)以及成膜機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠成熟,還有待進(jìn)一步研究。在含鹽的腐蝕性電解液和含2氣體的惡劣條件下腐蝕仍然嚴(yán)重。完全解決該工藝的防護(hù)效果還需要(xyo)人們進(jìn)一步深入研究65。 微弧電泳復(fù)合表面處理技術(shù)將微弧氧化技術(shù)與電泳技術(shù)的特點(diǎn)相結(jié)合,簡(jiǎn)化電泳工藝,大幅度提高鎂合金的耐蝕性,經(jīng)處理后的鎂合金可用在武器裝備上,在這方面的研

33、究和應(yīng)用還處在初步階段。 2)激光處理也是鎂合金表面處理的發(fā)展方向之一,激光處理具有工藝簡(jiǎn)單、污染小等優(yōu)點(diǎn),有很重要的研究應(yīng)用價(jià)值。激光熔覆技術(shù)在材料表面改性和提高材料綜合力學(xué)性能方面效果顯著,且對(duì)環(huán)境污染小得多,多層熔覆不但能增加涂層厚度,而且細(xì)化了晶粒,大幅度提高了耐磨性和耐蝕性,但在鎂合金表面進(jìn)行熔覆的研究還尚屬鮮見,有待于進(jìn)一步開展研究。 3)鎂合金表面滲層處理也是對(duì)環(huán)境無害的綠色工業(yè),如能開發(fā)實(shí)際應(yīng)用的工藝,表面滲層處理法尤其是真空氮離子植入,明顯改善耐蝕和耐磨性,并可處理形狀復(fù)雜的工件,將會(huì)是鎂合金表面處理很有前途的發(fā)展方向之一66。 4)表面(biomin)協(xié)合涂層技術(shù)是鎂合金表

34、面處理的發(fā)展方向之一,鎂合金表面協(xié)合涂層具有高硬度、高耐蝕性,經(jīng)處理后鎂合金可在武器裝備方面得到更進(jìn)一步應(yīng)用。 5)熱噴涂技術(shù)對(duì)鎂合金表面處理可提高其硬度、耐磨性和耐熱性方面的研究報(bào)道很少,因此,研究改善鎂合金的表面強(qiáng)度,提高其耐磨和耐蝕等綜合性能的涂層(t cn)具有實(shí)際意義。噴涂具有隔熱性能的熱障涂層防止過熱,提高鎂合金的高溫抗氧化性能,也將成為鎂合金表面處理新的研究方向。 6)高能束技術(shù)在進(jìn)行鎂合金表面(biomin)改性具有對(duì)基體影響小、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn),若開發(fā)出可應(yīng)用的表面處理工藝,鎂合金會(huì)在工業(yè)中得到進(jìn)一步應(yīng)用。 7)新型環(huán)保處理液的開發(fā)研究以及新近開發(fā)的尖端高技術(shù)的應(yīng)用嘗試。

35、8)各種表面處理技術(shù)的研發(fā)還必須要考慮到技術(shù)的可操作性、涂層的性價(jià)比以及環(huán)保問題等因素67。5展望 鎂合金作為輕質(zhì)綠色工程材料，在汽車和電子產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大!鎂合金的腐蝕問題是其進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用的技術(shù)瓶頸之一。為了使鎂合金在工程上獲得更多的實(shí)際應(yīng)用，不論在腐蝕基礎(chǔ)理論研究，還是實(shí)際工程應(yīng)用方面，需要開展大量的研究工作。目前的表面處理方法在一定程度上提高了鎂合金的耐蝕性能，但仍存在一定的不足。考慮到這些不足并綜合各工藝的發(fā)展進(jìn)程，表面防護(hù)的發(fā)展方向大致有如下幾點(diǎn):（1）向著不含鉻、磷、氟、氰化物等有害物質(zhì)的環(huán)保型方向發(fā)展；（2)加強(qiáng)多層復(fù)合疊加對(duì)鎂合金進(jìn)行表面處理的研究；（3）對(duì)于陽極氧化、

36、微弧氧化、噴涂等所形成的多孔保護(hù)層來說，加強(qiáng)對(duì)密封材料的研究及后處理工藝的開發(fā)將是發(fā)展方向之一；(4）加強(qiáng)表面處理材料的研究開發(fā)，如稀土元素。目前稀土在鎂合金中的應(yīng)用比較廣泛，它們不僅可以添加到電解液中，也可以作為噴涂材料的添加劑或熔覆材料的成分，它們的加入大多提高了基體材料的使用性能68。參考文獻(xiàn)1 材料科學(xué)與技術(shù)(jsh)叢書第八卷非鐵合金的結(jié)構(gòu)與性能.卡恩,哈森,克雷默,等譯.北京:科學(xué)出版社,1999.347-351.2 白木,周潔.車用材料(cilio)鎂合金.金屬世界,2002,(2):4-5.3 袁序弟.鎂合金在汽車工業(yè)(gngy)的應(yīng)用前景.汽車科技,2002,(3):1-3,

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