鎂及鎂合金

鎂是最輕的結構金屬材料之一,又具有比強度和比剛度高、阻尼性和切削性好、易於回收等優點。國內外將鎂合金套用於汽車行業,以減重、節能、降低污染,改善環境。

鎂概述

鎂是地球上儲量最豐富的輕金屬元素之一,鎂的比重是1.74g/cm3,只有鋁的2/3、鈦的2/5、鋼的1/4;鎂合金比鋁合金輕36%、比鋅合金輕73%、比鋼輕77%。
鎂具有比強度、比剛度高,導熱導電性能好,並具有很好的電磁禁止阻尼性、減振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量僅為鋁合金的70%和易於回收等優點。

鎂的發現過程

1808年,英國的戴維,用鉀還原白鎂氧(即氧化鎂MgO),最早製得少量的鎂。
物理性質:銀白色的金屬,密度1.738克/厘米3,熔點648.9℃。沸點1090℃。化合價+2,電離能7.646電子伏特,是輕金屬之一,具有延展性,金屬鎂無磁性,且有良好的熱消散性。

鎂的化學性質

鎂的燃燒鎂的燃燒

鎂條燃燒生成氧化鎂具有比較強的還原性,能與熱水反應放出氫氣,燃燒時能產生眩目的白光,鎂與氟化物、氫氟酸和鉻酸不發生作用,也不受苛性鹼侵蝕,但極易溶解於有機和無機酸中,鎂能直接與氮、硫和鹵素等化合,包括醛、醇、酚、胺、脂和大多數油類在內的有機化學藥品與鎂僅僅輕微地或者根本不起作用。
1.與非金屬單質的反應: 2Mg+O2=2MgO 3Mg+N2=Mg3N2 (點燃)
2.與水的反應: Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑(加熱)
3.與酸的反應:Mg+2HCl=MgCl2+H2 ↑ Mg+H2SO4=MgSO4+H2 ↑
鎂與鹽酸反應4.與氧化物的反應:2Mg+CO2=2MgO+C(點燃)
5.與空氣反應:2Mg+O2=2MgO(點燃)
*2Mg+CO2=2MgO+C(點燃)
3Mg+N2=Mg3N2(點燃)
*註:該反應在氧氣充足時一般不發生或發生後又有 C+O2=CO2(點燃),因為在反應後不見有黑色固體生成。

鎂的工業製法

鎂存在於菱鎂礦(碳酸鎂)MgCO3白雲石碳酸鎂鈣CaMg(CO3)2光鹵石(水合氯化鎂鉀)KCl·MgCl2·H2O中。工業上利用電解熔融氯化鎂或在電爐中用矽鐵等使其還原而製得金屬鎂,前者叫做熔鹽電解法,後者叫做矽熱還原法。氯化鎂可以從海水中提取,每立方英裏海水含有約120億鎂。
Mg在海水中的提取
① CaCO3(s)= (高溫)CaO(s)+CO2(g)↑
CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s)
② Ca(OH)2(aq)+MgCl2(aq)=Mg(OH)2(s)↓+CaCl2(aq)
③ Mg(OH)2(s)+2HCl(l)+6H2O(l)=MgCl2·6H2O(s)+2H2O(l)
④ MgCl2·6H2O(s)=(HCl) MgCl2(s) +6H2O(l)
⑤ MgCl2(l)==通電== Mg(s)+Cl2(g)↑

鎂元素用途

鎂套用在飛機製造鎂套用在飛機製造

常用做還原劑,去置換鈦、鋯、鈾、鈹等金屬。主要用於製造輕金屬合金、球墨鑄鐵、科學儀器脫硫劑脫氫和格氏試劑,也能用於制煙火、閃光粉、鎂鹽等。結構特性類似於鋁,具有輕金屬的各種用途,可作為飛機、飛彈的合金材料。但是鎂在汽油燃點可燃,這限制了它的套用。
日常用途:體操運動員常塗鎂粉來增加摩擦力. (是MgCO3)
醫療用途:治療缺鎂和痙攣。
金屬鎂能與大多數非金屬和酸反應;在高壓下能與氫直接合成氫化鎂;鎂能與鹵化烴或鹵化芳烴作用合成格利雅試劑,廣泛套用於有機合成。鎂具有生成配位化合物的明顯傾向。
鎂是航空工業的重要材料,鎂合金用於製造飛機機身、發動機零件等;鎂還用來製造照相和光學儀器等;鎂及其合金的非結構套用也很廣;鎂作為一種強還原劑,還用於鈦、鋯、鈹、鈾和鉿的生產中。
純鎂的強度小,但鎂合金是良好的輕型結構材料,廣泛用於空間技術、航空、汽車和儀表等工業部門。一架超音速飛機約有5%的鎂合金構件,一枚飛彈一般消耗100~200公斤鎂合金。鎂是其他合金(特別是鋁合金)的主要組元,它與其他元素配合能使鋁合金熱處理強化;球墨鑄鐵用鎂作球化劑;而有些金屬(如鈦和鋯)生產又用鎂作還原劑;鎂是燃燒彈彈和照明彈不能缺少的組成物;鎂粉是節日煙花必需的原料;鎂是核工業上的結構材料或包裝材料;鎂肥能促使植物對磷的吸收利用,缺鎂植物則生長趨於停滯。鎂在人民生活中占有重要地位的一種基礎材料。
金屬鎂是鋁合金中的主要合金元素,世界年需求量在15萬噸左右,2000年我國鋁合金生產290萬噸,用鎂作合金元素,每年約需1.01萬噸。
鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一,可廣泛用在地下鐵制管道、石油管道、儲罐、海上設施、裝備、民用等。

鎂加工性能

優點
1 溶化成本只有鋁的2/3
2 壓鑄生產效率比鋁高25%,金屬模鑄造比鋁高300—500K,消失模鑄造比鋁高200%
3 鎂鑄件的表面質量和外觀明顯比鋁好(因為模具的熱載荷減小,可降低檢查頻率)
4 模具壽命是鋁的2倍(或更多,根據模腔形狀)
5 鎂脫棋斜角可很小(可取消隨後的機加工),而且表面成形好(因為鎂的粘度低)
缺點
1 和鋁金屬模鑄造相比,鎂壓鑄生產有較高的殘餘廢料率(和鋁壓鑄廢料產出率相比)
2 鎂壓鑄的生產設備投資很高。和鋁重力/低壓/硝模等工藝比,鎂壓鑄機很貴(因為需要較高的鎖模力和充型射料速度),當然它的生產率也是前者的4倍
3 鎂壓鑄需要較高的試模成本和較長的試製時間,而鋼製部件(製造採用簡單的焊接技術按圖加工)或塑膠部件(可採用低成本原型工裝)則簡單得多
4 和鋁低壓或金屬模鑄造比,鎂壓鑄需要較高的模具成本。因為壓鑄模大並複雜,還要承受高鎖模力(當然高生產率也可降低單件產品的成本)
5 鎂壓鑄和鋁壓鑄相比,其燒損率要高50K,也就是4%比2%(因為鎂的較高的表面活性)
6 鎂壓鑄屑片的回收成本.比鋁高,乾燥的鎂屑片不容易回收,潮濕的就更不容易了,必須非常小心,防止著火

鎂合金物理性能

以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點是:密度小(1.8g/cm3左右),比強度高,彈性模量大,消震性好,承受衝擊載荷能力比鋁合金大,耐有機物和鹼的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量等。目前使用最廣的是鎂鋁合金,其次是鎂錳合金鎂鋅鋯合金。主要用於航空、航天、運輸、化工、火箭等工業部門。
在實用金屬中是最輕的金屬,鎂的比重大約是鋁的2/3,是鐵的1/4。它是實用金屬中的最輕的金屬,高強度、高剛性。

鎂合金套用特點

鎂合金套用在汽車製造鎂合金套用在汽車製造

其加工過程及腐蝕和力學性能有許多特點:質量輕、剛性好、具有一定的耐蝕性和尺寸穩定性、抗衝擊、耐磨、衰減性能好及易於回收;另外還有高的導熱和導電性能、無磁性、禁止性好和無毒的特點。
套用範圍:鎂合金廣泛用於攜帶式的器械和汽車行業中,達到輕量化的目的。
鎂合金的比重雖然比塑膠重,但是,單位重量的強度彈性率比塑膠高,所以,在同樣的強度零部件的情況下,鎂合金的零部件能做得比塑膠的薄而且輕。另外,由於鎂合金的比強度也比鋁合金和鐵高,因此,在不減少零部件的強度下,可減輕鋁或鐵的零部件的重量。
鎂合金相對比強度(強度與質量之比)最高。比剛度(剛度與質量之比)接近鋁合金和鋼,遠高於工程塑膠。
在彈性範圍內,鎂合金受到衝擊載荷時,吸收的能量比鋁合金件大一半,所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。
鎂合金熔點比鋁合金熔點低,壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強度與鋁合金鑄件相當,一般可達250MPA,最高可達600多Mpa。屈服強度延伸率與鋁合金也相差不大。
鎂合金還個有良好的耐腐蝕性能,電磁禁止性能,防輻射性能,可做到100%回收再利用。
鎂合金件穩定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高,可進行高精度機械加工。
鎂合金具有良好的壓鑄成型性能,壓鑄件壁厚最小可達0.5mm。適應製造汽車各類壓鑄件。

鎂合金種類與特性

1.鎂合金材料分類
(1)鑄造用
AZ63 AZ81 AZ91 AM50 AM20 AS41 AS21 ZK51 ZK61
EZ33 HK31 HZ32 QE22 QH21 we54 WE43 ZM41 ZC63
(2)壓鑄用
AZ91D AM50B AM60B AS21X1 AS41XB
(3)擠型用
AZ31B AZ61A AZ80A ZK60A ZM21
(4)鍛造用
AZ31B AZ61A AZ80A HM21A HK31A LA141A LS141A LZ145A M1A TA54A ZK60A
(5)焊接用
AZ63A AZ81A AZ91C AZ92A AM100A AZ101A EK41A EZ33A HK31A
EZ41A ZH62A ZK51A ZK61A LA141A
2.鎂合金的特性
(1)鎂合金相對比強度(強度與質量之比)最高。比剛度(剛度與質量之比)接近鋁合金和鋼,遠高於工程塑膠。
在彈性範圍內,鎂合金受到衝擊載荷時,吸收的能量比鋁合金件大一半,所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。
(2)鎂合金熔點比鋁合金熔點低,壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強度與鋁合金鑄件相當,一般可達250Mpa,最高可達600多Mpa。屈服強度,延伸率與鋁合金也相差不大。
(3)鎂合金還個有良好的耐腐蝕性能,電磁禁止性能,防輻射性能,可做到100%回收再利用。
(4)鎂合金件穩定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高,可進行高精度機械加工。
(5)鎂合金具有良好的壓鑄成型性能,壓鑄件壁厚最小可達0.5mm。適應製造汽車各類壓鑄件。
鎂合金在汽車上最早的套用是三十年代英國倫敦城市公交的曲軸連桿箱體鑄造件。在那個時期, 生產出50多萬件拖拉機變速箱殼體,而且至今仍在生產。在汽車動力系中,鎂的套用數量最大的公司是大眾汽車公司(VW)。這些部件的重為17公斤,比它所替代的鑄鐵件要輕50斤。
隨著市場對鎂產品需求套用領域的不斷拓寬,從航空、航天、汽車零部件、鋼鐵脫硫、合金壓 鑄件、3C產品的廣泛套用,到民用產品的不斷研發,以及鎂合金技術的進一步研究,鎂產品的發展愈來愈顯現出它獨特的不可替代的優點。同時由於鎂合金較好的加工性能、較強的機械性 能、重量輕、韌性好禁止性好,特別是具有極強的回收性能,越來越受到人們的青睞。

鎂合金套用領域

B-52轟炸機B-52轟炸機

鎂合金是航空器、太空飛行器和火箭飛彈製造工業中使用的最輕金屬結構材料。鎂的重量比鋁輕,比重為1.8,強度也較低,只有200~300兆帕(20~30公斤/毫米2),主要用於製造低承力的零件。鎂合金在潮濕空氣中容易氧化和腐蝕,因此零件使用前,表面需要經過化學處理或塗漆。德國首先生產並在飛機上使用含鋁的鎂合金。鎂合金具有較高的抗振能力,在受衝擊載荷時能吸收較大的能量,還有良好的吸熱性能,因而是製造飛機輪轂的理想材料。鎂合金在汽油、煤油和潤滑油中很穩定,適於製造發動機齒輪機匣、油泵和油管,又因在鏇轉和往復運動中產生的慣性力較小而被用來製造搖臂、襟翼、艙門舵面等活動零件。民用機和軍用飛機、尤其是轟炸機廣泛使用鎂合金製品。例如,B-52轟炸機的機身部分就使用了鎂合金板材635公斤,擠壓件90公斤,鑄件超過200公斤。鎂合金也用於飛彈和衛星上的一些部件,如中國“紅旗”地空飛彈的儀表艙、尾艙和發動機支架等都使用了鎂合金。中國稀土資源豐富,已於70年代研製出加釔鎂合金,提高了室溫強度,能在300°C下長期使用,已在航空航天工業中推廣套用。
目前,鎂合金在汽車上的套用零部件可歸納為2類。
(1)殼體類。如離合器殼體、閥蓋、儀錶板、變速箱體、曲軸箱、發動機前蓋、氣缸蓋、空調機外殼等。
(2)支架類。如方向盤、轉向支架、剎車支架、座椅框架、車鏡支架、分配支架等。
根據有關研究,汽車所用燃料的60%是消耗於汽車自重,汽車自重每減輕10%,其燃油效率可提高5%以上;汽車自重每降低100 kg,每百公里油耗可減少0.7 L左右,每節約1 L燃料可減少CO2排放2.5 g,年排放量減少30%以上。所以減輕汽車重量對環境和能源的影響非常大,汽車的輕量化成必然趨勢。
手機電話,筆記本電腦上的液晶螢幕的尺寸年年增大,在它們的枝撐框架和背面的殼體上使用了鎂合金。
然鎂合金的導熱係數不及鋁合金,但是,比塑膠高出數十倍,因此,鎂合金用於電器產品上,可有效地將內部的熱散發到外面。
在內部產生高溫的電腦和投影儀等的外殼和散熱部件上使用鎂合金。電視機的外殼上使用鎂合金可做到無散熱孔。
電磁波禁止性:鎂合金的電磁波禁止性能比在塑膠上電鍍禁止膜的效果好,因此,使用鎂合金可省去電磁波禁止膜的電鍍工序。
硬碟驅動器的讀出裝置等的振動源附近的零件上使用鎂合金。若在風扇的風葉上使用鎂合金,可減小振動達到低騷音。此外,為了在汽車受到撞擊後提高吸收衝擊力和輕量化,在方向盤和坐椅上使用鎂合金。

鎂合金套用舉例

AZ91D 強度高且耐腐蝕性好 電器產品的殼體等
AM60B 延伸率和抗衝擊力大 汽車上的方向盤和坐椅等
AM50A 延伸率和抗衝擊力大 汽車上的方向盤和坐椅等
AS41B 抗蠕變性能好 汽車上的減速箱

鎂合金鑄造

1.鑄造鎂合金的發展
按成形工藝,鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金,兩者在成分、組織性能上存在很大差異。鑄造鎂合金主要用於汽車零件、機件殼罩和電氣構件等;變形鎂合金主要用於薄板、擠壓件和鍛件等。鑄造鎂合金比變形鎂合金的套用要廣泛得多。
鑄造鎂合金大致可以分為三個階段:
(1)第一個階段是一個基礎階段 主要在鎂中加入鋁和鋅,即Mg-A1-Zn系合金。這類合金可得到與鑄造鋁合金相近的抗拉強度。我國的ZM5、英國的L121及美國的AM80A都屬於這類合金,主要添加元素為鋁,而鋅的含量較低,主要是因為鋅含量增加時,容易出現顯微疏鬆。
(2)第二個階段是一個改進階段 在鎂中加入鋯,常見的含鋯合金系有Mg-Zn-Zr,Mg-RE-Zr等。鋯在鎂合金中的主要作用就是細化鎂合金晶粒,從而提高鎂合金的屈服強度,並使鎂合金具有良好的抗疲勞性能和較低的缺口敏感性。缺點仍然是因為結晶間隔較寬,容易出現顯微疏鬆和熱裂傾向。所以目前套用最多的是不含鋯壓鑄鎂合金Mg-Al。另外為了提高鎂合金高溫抗蠕變性能,產生了以稀土元素為主要組元的鎂合金。
(3)第三個階段是提高階段 在鎂合金中加入銀,銀合金化後能增強時效強化效應,大大提高了鎂合金的高溫強度和蠕變抗力,但會降低合金耐蝕性能。
2.鎂合金的液態成型方式
當前,鎂合金的液態成型仍然以壓力鑄造、重力鑄造為主,鎂合金採用其他鑄造方式,如低壓鑄造、熔模鑄造等形式較少,其中壓鑄為鎂合金最主要的成型方式。

鎂合金壓鑄產品鎂合金壓鑄產品

(1) 鎂合金壓鑄
壓鑄是鎂合金最主要、套用最廣泛的成形工藝。因鎂合金熱流動性好,很適合於薄壁件的壓鑄生產。鎂合金壓鑄始於20世紀20年代中期的德國VolksWagen 汽車公司。之後,美國、前蘇聯、日本以及歐洲的一些國家相繼在汽車製造行業採用鎂合金壓鑄結構件,如曲軸箱、傳動軸外殼、空調機外殼變速箱殼體、駕駛艙儀錶板輪箍、汽缸體、汽缸蓋、分配支架、油泵殼體、過濾器外殼等。自20 世紀80 年代以來,隨著鎂合金成本的不斷降低,鎂合金開始在汽車、計算機、通訊設備上得到越來越多的套用,其中絕大部分為鎂合金壓鑄件。
雖然傳統的壓鑄方法生產的鎂合金壓鑄件得到廣泛利用,但其不能進行熱處理強化,也不能在較高的溫度下使用。為了消除這些缺陷,提高壓鑄件的內在質量,擴大壓鑄技術的使用範圍,專家們近些年來在傳統壓鑄工藝的基礎上研究開發了一些新的壓鑄技術:如半固態壓鑄、真空壓鑄、充氧壓鑄和超高速壓鑄法等。這些新技術在消除鎂合金壓鑄件的鑄造缺陷,提高其力學性能及表面和內在質量上均取得良好的效果。其中真空壓鑄以其極低的鑄件含氣量、較好的設備兼容性和優異的鑄件性能等優點得到了高度重視和大力發展。
(2)鎂合金重力鑄造
重力鑄造是鎂合金成型方法中比較傳統的,壁厚較厚的鑄件目前仍多採用這種方式。重力鑄造又包括砂型鑄造、金屬模鑄造、半金屬模鑄造、殼型鑄造、熔模鑄造。
鎂合金的砂型鑄造經歷了自然砂、二氧化碳砂、自硬樹脂砂的發展階段。它主要用於航天領域,因為它們與鋁和其他材料相比具有重量輕的優點。
熔模鑄造在鋁合金、鈦合金中套用很廣,但在鎂合金中採用的比較少,尚處於研發階段。
(3)鎂合金低壓鑄造
低壓鑄造是介於重力鑄造和高壓鑄造的一種鑄造方法,具有充型平穩,補縮效果良好的特點,同時密封充型可以防止鎂合金暴露在大氣中而引起氧化燃燒,是鎂合金成型方法中一種比較好的方式,但長期以來這種成型方式在鎂合金中套用很少,主要是人們對於鎂合金低壓鑄造的過程缺乏了解。
3.鎂合金鑄造時存在的問題
(1)鎂合金的熔體保護
由於鎂合金液很容易氧化,而且表面生成的氧化膜比較疏鬆,因此熔煉鎂合金時,防止氧化至關重要。鎂合金的熔體保護主要有兩種方法,即熔劑保護和氣體保護。
目前國內外常使用的保護熔劑是商品化的RJ系列熔劑。其中,用得最廣泛的RJ-2熔劑的組分主要為氯鹽和氟鹽。用保護熔劑熔煉通常會帶來以下問題:①氯鹽和氟鹽高溫下易揮發產生有毒氣體,如HCl,HF等。②由於熔劑的密度較大,部分熔劑會隨同鎂液混入鑄型造成“熔劑夾渣”。③熔劑揮發產生的氣體有可能滲入合金液中,成為材料使用過程中的腐蝕源,加速材料腐蝕,降低使用壽命。因此,尋找氯鹽氟鹽的代用材料或減少氯鹽和氟鹽的使用量,減少污染,提高保護效果,是開發鎂合金熔煉保護熔劑的努力目標。
自20世紀60年代以來,一些專家學者開始尋找氣體保護劑。通過大量實驗,發現了對鎂合金液有一定保護作用的氣體,如SF6,BF3,CF4,CClF2,CO2等。通過進一步研究,SF6的保護性能較好,使用SF6存在的問題主要是用量的控制問題,生產中如何根據熔煉保護狀態自動調節SF6的壓力、流量,達到既有利於保護,又減少SF6用量的目的,仍是SF6氣體保護正在有待深入研究的課題。
(2) 鎂合金鑄件的質量問題
在鑄造生產中,鑄件的質量是諸多因素的綜合反映,是多工藝流程配合的最終體現,與成形工藝、模具條件、環境狀況等密切相關。目前鎂合金鑄件在生產中會出現變形、欠鑄、留痕、冷隔、拉痕縮孔、裂紋等鑄造缺陷。有的缺陷會影響後續工序的加工質量,影響性能,降低使用壽命,甚至危及安全。為避免缺陷產生,需採取一定工藝對策,主要從鑄造設備、生產環境、原材料等方面提出改進意見和對策,為鑄造工藝指明改進方向,提高鑄件質量。

鎂合金防腐蝕方法

1.化學轉化處理
鎂合金的化學轉化膜按溶液可分為:鉻酸鹽系、有機酸系、磷酸鹽系、KMnO4系、稀土元素系和錫酸鹽系等。
傳統的鉻酸鹽膜以Cr為骨架的結構很緻密,含結構水的Cr則具有很好的自修復功能,耐蝕性很強。但Cr具有較大的毒性,廢水處理成本較高,開發無鉻轉化處理勢在必行。鎂合金在KMnO4溶液中處理可得到無定型組織的化學轉化膜,耐蝕性與鉻酸鹽膜相當。鹼性錫酸鹽的化學轉化處理可作為鎂合金化學鍍鎳的前處理,取代傳統的含Cr、F或CN等有害離子的工藝。化學轉化膜多孔的結構在鍍前的活化中表現出很好的吸附性,並能改鍍鎳層的結合力與耐蝕性。
有機酸系處理所獲得的轉化膜能同時具備腐蝕保護和光學、電子學等綜合性能,在化學轉化處理的新發展中占有很重要的地位。
化學轉化膜較薄、軟,防護能力弱,一般只用作裝飾或防護層中間層。

鎂合金陽極氧化鎂合金陽極氧化

2.陽極氧化
陽極氧化可得到比化學轉化更好的耐磨損、耐腐蝕的塗料基底塗層,併兼有良好的結合力、電絕緣性和耐熱衝擊等性能,是鎂合金常用的表面處理技術之一。
傳統鎂合金陽極氧化的電解液一般都含鉻、氟、磷等元素,不僅污染環境,也損害人類健康。近年來研究開發的環保型工藝所獲得的氧化膜耐腐蝕等性能較經典工藝Dow17HAE有大程度的提高。優良的耐蝕性來源於陽極氧化後Al、Si等元素在其表面均勻分布,使形成的氧化膜有很好的緻密性和完整性。
一般認為氧化膜中存在的孔隙是影響鎂合金耐蝕性能的主要因素。研究發現通過向陽極氧化溶液中加入適量的矽-鋁溶膠成分,一定程度上能改善氧化膜層厚度、緻密度,降低孔隙率。而且溶膠成分會使成膜速度出現階段性快速和緩慢增長,但基本上不影響膜層的X射線衍射相結構。
但陽極氧化膜的脆性較大、多孔,在複雜工件上難以得到均勻的氧化膜層。

鎂合金金屬塗層鎂合金塗層

3.金屬塗層
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,不易清除乾淨,嚴重影響鍍層結合力;
(2)鎂的電化學活性太高,所有酸性鍍液都會造成鎂基體的迅速腐蝕,或與其它金屬離子的置換反應十分強烈,置換後的鍍層結合十分鬆散;
(3)第二相(如稀土相、γ相等)具有不同的電化學特性,可能導致沉積不均勻;
(4)鍍層標準電位遠高於鎂合金基體,任何一處通孔都會增大腐蝕電流,引起嚴重的電化學腐蝕,而鎂的電極電位很負,施鍍時造成針孔的析氫很難避免;
(5)鎂合金鑄件的緻密性都不是很高,表面存在雜質,可能成為鍍層孔隙的來源。
因此,一般採用化學轉化膜法先浸鋅或錳等,再鍍銅,然後再進行其它電鍍或化學鍍處理,以增加鍍層的結合力。鎂合金電鍍層有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等塗層,化學鍍層主要是Ni-P、Ni-W-P等鍍層。
單一化學鍍鎳層有時不足以很好地保護鎂合金。有研究通過將化學鍍Ni層與鹼性電鍍Zn-Ni鍍層組合,約35μm厚的鍍層經鈍化後可承受800-1000h的中性鹽霧腐蝕。也有人採用化學鍍鎳作為底層,再用直流電鍍鎳能得到微晶鎳鍍層,平均結晶顆粒大小為40nm,因晶粒的細化而使鍍層孔隙率大大降低,結構更緻密。
電鍍或化學鍍是同時獲得優越耐蝕性和電學、電磁學和裝飾性能的表面處理方法。缺點是前處理中的Cr、F及鍍液對環境污染嚴重;鍍層中多數含有重金屬元素,增加了回收的難度與成本。由於鎂基體的特性,對結合力還需要改善。
4. 雷射處理
雷射處理主要有雷射表面熱處理和雷射表面合金化兩種。
雷射表面熱處理又稱為雷射退火,實際上是一種表面快速凝固處理方式。而雷射表面合金化是一種基於雷射表面熱處理的新技術。雷射表面合金化能獲得不同硬度的合金層,具有冶金結合的界面。利用雷射輻照源的熔覆作用在高純鎂合金上還可製得單層和多層合金化層。
採用寬頻雷射在鎂合金表面製備Cu-Zr-Al合金熔覆塗層時,由於塗層中形成的多種金屬間化合物的增強作用,使合金塗層具有高的硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性。而由於稀土元素Nd的存在,在經過雷射快速熔凝處理之後得到的雷射多層塗敷,晶粒得到明顯細化,能提高熔覆層的緻密性和完整性。
雷射處理能處理複雜幾何形狀的表面,但鎂合金在雷射處理時易發生氧化、蒸發和產生汽化、氣孔以及熱應力等問題,設計正確的處理工藝至關重要。

5 .其他表面處理技術
離子注入是在高真空狀態下,在十至數百KV電壓的靜電場作用下,經加速的高能離子(Al、Cr、Cu等)以高速衝擊要處理的表面而注入樣品內部的方法。注入的離子被中和並留在樣品固溶體的空位或間隙位置,形成非平衡表面層。
有研究認為耐蝕性能的提高是由於自然氧化物的緻密化、注入離子的輻射和形成鎂的氮化物的結果。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,而基體表面的MgO對改性層的耐蝕性能的提高也有一定的促進作用。
氣相沉積即蒸發沉積塗層,有物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)兩種。它是利用能使鎂合金中的Fe、Mo、Ni等雜質含量大幅度降低,同時利用塗層覆蓋基體的各種缺陷,避免形成局部腐蝕電池,從而達到改善防腐性能的目的。
與鎂合金的其他表面處理技術相比,有機塗層保護技術具有品種和顏色多樣、適應性廣、成本低、工藝簡單的優點。目前廣泛使用的主要是溶劑型的有機塗料。粉末型的有機塗層因無溶劑,和具備污染少、厚度均勻以及較佳耐蝕性能等特點,近幾年來在汽車、電腦殼體等鎂合金部件上的套用較受歡迎。

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