鎂合金表面處理技術(shù)的研究進展

1、<p>　　鎂合金表面處理技術(shù)的研究進展</p><p>　　摘要：主要介紹了鎂合金表面處理技術(shù)，包括表面轉(zhuǎn)化、金屬與陶瓷層、表面調(diào)整等。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：鎂合金;耐腐蝕;表面處理 </p><p>　　中圖分類號：K826文獻標識碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p

2、><p>　　鎂合金由于密度較小、消震性能好、承受沖擊載荷能力強、散熱好、比強度較高、比彈性模量大等特點被廣泛應(yīng)用于運輸、化工、火箭技術(shù)等領(lǐng)域，易腐蝕成為制約鎂合金應(yīng)用的主要因素。鎂合金表面形不成有效的保護膜及與其他金屬材料接觸時呈現(xiàn)陽極作用是鎂合金腐蝕的主要原因。對鎂合金進行表面處理是防止鎂合金腐蝕簡單有效的方法，機體和外界環(huán)境之間利用涂層作為保護層，致密均勻、附著良好的涂層可起到良好的保護作用，有效降低鎂合金材料

3、的腐蝕速率。凈化合金成分、減少熔煉過程的夾雜及避免電偶對等方法一定程度上可以起到降低鎂合金構(gòu)件腐蝕速率的作用。但表面處理技術(shù)在鎂合金防護方面更加有效，而且簡單、經(jīng)濟。經(jīng)表面處理后，鎂合金基體上可以形成均勻、致密的保護膜層，該膜層能起到抑制和減緩鎂合金材料腐蝕的作用。目前，常用的鎂合金表面處理技術(shù)有化學轉(zhuǎn)化膜、電鍍、化學鍍、陽極氧化以及微弧氧化等。本文概述了鎂合金表面處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對各種表面處理技術(shù)的優(yōu)缺點進行了評價。 </

4、p><p><b>　　一、化學轉(zhuǎn)化膜 </b></p><p>　　鎂合金的化學轉(zhuǎn)化膜包括有機轉(zhuǎn)化膜和無機轉(zhuǎn)化膜，其中又以無機轉(zhuǎn)化膜居多。無機轉(zhuǎn)化膜有鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜、稀土金屬鹽轉(zhuǎn)化膜、錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜以及高錳酸鉀轉(zhuǎn)化膜等。有機轉(zhuǎn)化膜有金屬有機化合物轉(zhuǎn)化膜，有機酸轉(zhuǎn)化膜，自組裝單分子膜等。由于鎂合金化學轉(zhuǎn)化膜薄而軟，鎂合金的化學轉(zhuǎn)化膜一般用作底層的涂裝處理和中間防

5、護工序，很少單獨使用。 </p><p>　?。ㄒ唬?、無機轉(zhuǎn)化膜 </p><p>　　鉻酸鹽轉(zhuǎn)化是目前鎂合金化學轉(zhuǎn)化技術(shù)中最為成熟的一種。鉻酸鹽處理可以在鎂合金表面形成鉻基混合氧化物膜層。膜層中鉻以三價鉻和六價鉻形式存在，其中三價鉻作為骨架，而六價鉻則具有自修復(fù)功能。鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜能夠延緩銹跡出現(xiàn)的時間，提高涂裝材料的附著性，耐蝕性良好。 </p><p><

6、b>　　1、鉻酸鹽處理 </b></p><p>　　鉻酸鹽處理是一種比較成熟的化學表面處理方法。鉻酸鹽處理使金屬表面轉(zhuǎn)化成以鉻酸鹽為主的氧化膜。Cr元素以Cr3+和Cr(Ⅵ)形式存在。Cr3+作為骨架，而Cr(Ⅵ)具有自修復(fù)功能，所以該膜具有良好的耐腐蝕性能。美國的DOW公司開發(fā)了一系列的鎂合金鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理工藝。雖然含鉻轉(zhuǎn)化膜的防腐效果較好，可以在較高溫度的環(huán)境中使用，但其中所含有的Cr(Ⅵ

7、)具有毒性，并且污染環(huán)境，再加上廢液的處理成本高，已逐漸被環(huán)保的無鉻化學轉(zhuǎn)化法所取代。 </p><p>　　2、無鉻化學轉(zhuǎn)化處理 </p><p>　　無鉻化學轉(zhuǎn)化處理主要包括:磷酸鹽、錳酸鹽、鉬酸鹽、錫酸鹽、有機酸鹽、稀土鈍化及復(fù)合轉(zhuǎn)化等方法。磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理使用的要廣泛一些。Jiang和Han等研究了通過磷酸鹽處理液在AZ31D鎂合金基體表面得到了一層Mn3(PO4)2為主的化學轉(zhuǎn)化膜

8、。 </p><p>　?。ǘ⒂袡C化合物轉(zhuǎn)化膜 </p><p>　　鎂合金有機物處理是一種新型無鉻轉(zhuǎn)化處理工藝，可以不同程度提高鎂合金的耐蝕性。由于其轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性較好，環(huán)境友好，無毒無害，原料易得，成本較低等優(yōu)點，將成為今后研究的熱點。鎂及鎂合金的有機化合物轉(zhuǎn)化膜可分為3類，即有機金屬化合物轉(zhuǎn)化膜，有機酸化合物轉(zhuǎn)化膜和自組裝單分子膜。 </p><p>　　

9、1、有機酸化合物轉(zhuǎn)化膜。 </p><p>　　草酸鹽轉(zhuǎn)化膜工藝具有低毒、環(huán)境污染小的特點。蔣永鋒等[18]研究了鎂合金表面草酸鹽轉(zhuǎn)化膜工藝，考察了工藝條件對草酸鹽轉(zhuǎn)化膜的微觀形貌、結(jié)合力、導(dǎo)電性及抗蝕性的影響。結(jié)果表明，在優(yōu)化工藝條件下，草酸鹽轉(zhuǎn)化膜由均勻細小、比較致密的顆粒構(gòu)成，附著性好，擦拭實驗超過50次無顏色變化；耐腐蝕性好，試樣表面的電阻率小于0.1Ω·cm2，鹽霧實驗超24h表面無明顯變化，

10、其性能達到使用標準。 </p><p>　　2、有機金屬化合物轉(zhuǎn)化膜 </p><p>　　有機化合物與金屬原子發(fā)生反應(yīng)后能形成復(fù)雜的金屬有機螯合物，覆蓋在鎂合金基體上的金屬有機螯合物具有良好的防護作用，可以顯著提高鎂合金的耐蝕性能。Kakizaki等[17]利用Zn，Al，Sr和Ti等金屬的有機化合物對鎂合金基體進行表面處理，結(jié)果表明，經(jīng)此溶液處理后金屬基體上形成了有機-無機復(fù)合膜，該膜

11、層可以提高鎂合金基體的耐蝕性及漆膜附著性。 </p><p>　　3、自組裝單分子膜 </p><p>　　自組裝單分子膜(SAM)是將金屬或金屬氧化物浸入含活性分子的稀溶液中，通過化學鍵吸附在基片上形成具有高有序性和取向性、高密度堆積、低缺陷及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的膜層。由于其耐蝕性良好，SAM近年來已成為界面科學、材料科學等許多領(lǐng)域的研究熱點。王燕華等[23]采用自組裝方法，在鎂基體表面制備了一層

12、超疏水硬脂酸分子層，并采用多種測試技術(shù)對獲得的超疏水層進行了表征和分析。研究表明，經(jīng)過大約1h的組裝，硬脂酸分子成功的鍵合到鎂基體上，形成了微米-納米尺寸花瓣狀結(jié)構(gòu)的硬脂酸膜，接觸角也快速增加至154°。電化學阻抗測試表明，超疏水膜可以提高鎂基體的電荷傳遞電阻，在一定程度上抑制Mg的局部腐蝕。 </p><p><b>　　二、金屬與陶瓷層 </b></p><

13、p>　　通過各種不同的方法在鎂合金表面上形成一層其它的金屬層達到防腐蝕與裝飾的目的。 </p><p><b>　?。ㄒ唬?、氣相沉積 </b></p><p>　　物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)是目前主要的氣相沉積方法。物理氣相沉積法合金化主要用于具有特殊用途零件的處理。另外也可通過物理氣相沉積法沉積純鎂及其合金，通過減少合金中雜質(zhì)種類來減緩腐蝕

14、。Nakatsugawal通過化學氣相沉積方法在AZ91鎂合金表面得到的二氧化硅涂層在氯化鈉溶液中浸泡240h后沒有明顯腐蝕點。 </p><p><b>　　（二）、離子濺射 </b></p><p>　　將試樣放置于一抽完真空再加惰性保護氣氛中，惰性氣體離子在磁電管電場的作用下轟擊由涂層材料構(gòu)成的靶材，被打出的涂層原子濺射到試樣的表面而形成了一層膜層。用這種方法有

15、可能在鎂合金表面上形成一層耐腐蝕的涂層。 </p><p><b>　?。ㄈ釃娡?</b></p><p>　　金屬、陶瓷或高分子涂料以一種熔化或半熔化狀態(tài)，借助焰留本身或壓縮空氣把涂料小液滴噴到基體表面，形成某種噴涂沉積層。通過在鎂合金上基體上噴涂Al－Si層，可以大大提高鎂合金耐磨性能。有人研究了鎂合金上的鋁熱噴涂層，發(fā)現(xiàn)熱噴涂的鋁層表面粗糙，多孔隙，防腐性

16、能并不理想，但對鋁層進行熱壓，則可有效減少鋁涂層中的空隙，大大提高涂層的耐蝕性。 </p><p><b>　　三、表面調(diào)整 </b></p><p>　　表面調(diào)整的目的主要是改變鎂合金表面層的成分、相組成或結(jié)構(gòu)，使鎂合金表面層的耐蝕性能得到提高，以達到提高鎂合金耐蝕性的目的。表面調(diào)整方法有:離子注入、激光表面處理和熱擴散等。 </p><p>

17、;　?。ㄒ唬⒓す獗砻婧辖鸹?</p><p>　　激光表面合金改性是一種以激光表面熱處理為基礎(chǔ)的新技術(shù)。用于鎂合金耐腐蝕性處理的激光表面改性技術(shù)己有較多研究。A．Kolltsomichalis等人用KrF激光照射打磨過的Az31BH4鎂合金表面其耐蝕性有較大的提高。文獻［2］介紹的工藝中，先將涂層熱噴涂到基體上，隨后通過ZKwNd:YAG激光將其熔化。 </p><p><b>

18、;　　（二）、離子注入 </b></p><p>　　離子注入是在高真空狀態(tài)下，在靜電場作用下，經(jīng)加速的高能離子注入材料的內(nèi)部。注入的離子在固溶體中處于置換或間隙位置，形成平衡態(tài)組織的表面層。 </p><p><b>　?。ㄈ釘U散 </b></p><p>　　鎂合金與涂層粉末接觸進行熱處理而在鎂合金表面獲得涂層的方法即熱擴

19、散技術(shù)。shigemastu等人進行了鎂合金的Al熱擴散涂層處理研究，在惰性氣體氛圍下，用Al粉覆蓋鎂合金后于450℃進行熱擴散處理，在鎂合金表面形成的Al－Mg金屬間化合物厚度為750μm。在此基礎(chǔ)上進行改進型實驗，使用70%Al+30%Zn混合粉末可以有效降低熱擴散的處理溫度，并可有效降低合金層內(nèi)產(chǎn)生熱裂紋的可能性，而鋅也能起到提高合金的硬度和降低腐蝕速度作用。 </p><p><b>　　結(jié)束語

20、 </b></p><p>　　總而言之，隨著技術(shù)的不斷進步，鎂合金的表面處理方法，會越來越符合時代發(fā)展的要求。近來相關(guān)的文獻報道也越來越多，因此鎂和鎂合金的應(yīng)用有著相當大的發(fā)展空間和良好的發(fā)展前景。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]薛壽昌.鎂合金黑色化學轉(zhuǎn)化膜工藝[J].電鍍與精飾,20

21、11,33(7):39. </p><p>　　[2]Yue T M ，Wang A H ，Man H C ．Corosion resistanceenhancementofmagnesiumZK60 / SiCcompositebyNd: YAGlaser cladding［J］．ScriptaMaterialia，1999，40( 3) : 303 －310． </p><p>　　[