1、镁合金表面处理技术的研究进展摘要：主要介绍了镁合金表面处理技术，包括表面转化、金属与陶瓷层、表面调整等。 关键词：镁合金;耐腐蚀;表面处理 中图分类号：K826 文献标识码： A 引言 镁合金由于密度较小、消震性能好、承受冲击载荷能力强、散热好、比强度较高、比弹性模量大等特点被广泛应用于运输、化工、火箭技术等领域，易腐蚀成为制约镁合金应用的主要因素。镁合金表面形不成有效的保护膜及与其他金属材料接触时呈现阳极作用是镁合金腐蚀的主要原因。对镁合金进行表面处理是防止镁合金腐蚀简单有效的方法，机体和外界环境之间利用涂层作为保护层，致密均匀、附着良好的涂层可起到良好的保护作用，有效降低镁合金材料的腐蚀速
2、率。净化合金成分、减少熔炼过程的夹杂及避免电偶对等方法一定程度上可以起到降低镁合金构件腐蚀速率的作用。但表面处理技术在镁合金防护方面更加有效，而且简单、经济。经表面处理后，镁合金基体上可以形成均匀、致密的保护膜层，该膜层能起到抑制和减缓镁合金材料腐蚀的作用。目前，常用的镁合金表面处理技术有化学转化膜、电镀、化学镀、阳极氧化以及微弧氧化等。本文概述了镁合金表面处理技术的发展现状，并对各种表面处理技术的优缺点进行了评价。 一、化学转化膜 镁合金的化学转化膜包括有机转化膜和无机转化膜，其中又以无机转化膜居多。无机转化膜有铬酸盐转化膜、磷酸盐转化膜、稀土金属盐转化膜、锡酸盐转化膜以及高锰酸钾转化膜等。
3、有机转化膜有金属有机化合物转化膜，有机酸转化膜，自组装单分子膜等。由于镁合金化学转化膜薄而软，镁合金的化学转化膜一般用作底层的涂装处理和中间防护工序，很少单独使用。 （一） 、无机转化膜 铬酸盐转化是目前镁合金化学转化技术中最为成熟的一种。铬酸盐处理可以在镁合金表面形成铬基混合氧化物膜层。膜层中铬以三价铬和六价铬形式存在，其中三价铬作为骨架，而六价铬则具有自修复功能。铬酸盐转化膜能够延缓锈迹出现的时间，提高涂装材料的附着性，耐蚀性良好。 1、铬酸盐处理 铬酸盐处理是一种比较成熟的化学表面处理方法。铬酸盐处理使金属表面转化成以铬酸盐为主的氧化膜。Cr 元素以 Cr3+和 Cr()形式存在。Cr3
4、+作为骨架，而 Cr()具有自修复功能，所以该膜具有良好的耐腐蚀性能。美国的 DOW 公司开发了一系列的镁合金铬酸盐转化处理工艺。虽然含铬转化膜的防腐效果较好，可以在较高温度的环境中使用，但其中所含有的 Cr()具有毒性，并且污染环境，再加上废液的处理成本高，已逐渐被环保的无铬化学转化法所取代。 2、无铬化学转化处理 无铬化学转化处理主要包括:磷酸盐、锰酸盐、钼酸盐、锡酸盐、有机酸盐、稀土钝化及复合转化等方法。磷酸盐转化处理使用的要广泛一些。Jiang 和 Han 等研究了通过磷酸盐处理液在 AZ31D 镁合金基体表面得到了一层 Mn3(PO4)2 为主的化学转化膜。 （二） 、有机化合物转化
5、膜 镁合金有机物处理是一种新型无铬转化处理工艺，可以不同程度提高镁合金的耐蚀性。由于其转化膜的耐蚀性较好，环境友好，无毒无害，原料易得，成本较低等优点，将成为今后研究的热点。镁及镁合金的有机化合物转化膜可分为 3 类，即有机金属化合物转化膜，有机酸化合物转化膜和自组装单分子膜。 1、有机酸化合物转化膜。 草酸盐转化膜工艺具有低毒、环境污染小的特点。蒋永锋等18研究了镁合金表面草酸盐转化膜工艺，考察了工艺条件对草酸盐转化膜的微观形貌、结合力、导电性及抗蚀性的影响。结果表明，在优化工艺条件下，草酸盐转化膜由均匀细小、比较致密的颗粒构成，附着性好，擦拭实验超过 50 次无颜色变化；耐腐蚀性好，试样表
6、面的电阻率小于0.1cm2，盐雾实验超 24h 表面无明显变化，其性能达到使用标准。 2、有机金属化合物转化膜 有机化合物与金属原子发生反应后能形成复杂的金属有机螯合物，覆盖在镁合金基体上的金属有机螯合物具有良好的防护作用，可以显著提高镁合金的耐蚀性能。Kakizaki 等17利用 Zn，Al，Sr 和 Ti 等金属的有机化合物对镁合金基体进行表面处理，结果表明，经此溶液处理后金属基体上形成了有机-无机复合膜，该膜层可以提高镁合金基体的耐蚀性及漆膜附着性。 3、自组装单分子膜 自组装单分子膜(SAM)是将金属或金属氧化物浸入含活性分子的稀溶液中，通过化学键吸附在基片上形成具有高有序性和取向性、
7、高密度堆积、低缺陷及结构稳定的膜层。由于其耐蚀性良好，SAM 近年来已成为界面科学、材料科学等许多领域的研究热点。王燕华等23采用自组装方法，在镁基体表面制备了一层超疏水硬脂酸分子层，并采用多种测试技术对获得的超疏水层进行了表征和分析。研究表明，经过大约 1h 的组装，硬脂酸分子成功的键合到镁基体上，形成了微米-纳米尺寸花瓣状结构的硬脂酸膜，接触角也快速增加至 154。电化学阻抗测试表明，超疏水膜可以提高镁基体的电荷传递电阻，在一定程度上抑制 Mg 的局部腐蚀。 二、金属与陶瓷层 通过各种不同的方法在镁合金表面上形成一层其它的金属层达到防腐蚀与装饰的目的。 （一） 、气相沉积 物理气相沉积(P
8、VD)和化学气相沉积(CVD)是目前主要的气相沉积方法。物理气相沉积法合金化主要用于具有特殊用途零件的处理。另外也可通过物理气相沉积法沉积纯镁及其合金，通过减少合金中杂质种类来减缓腐蚀。Nakatsugawal 通过化学气相沉积方法在 AZ91 镁合金表面得到的二氧化硅涂层在氯化钠溶液中浸泡 240h 后没有明显腐蚀点。 （二） 、离子溅射 将试样放置于一抽完真空再加惰性保护气氛中，惰性气体离子在磁电管电场的作用下轰击由涂层材料构成的靶材，被打出的涂层原子溅射到试样的表面而形成了一层膜层。用这种方法有可能在镁合金表面上形成一层耐腐蚀的涂层。 （三） 、热喷涂 金属、陶瓷或高分子涂料以一种熔化或
9、半熔化状态，借助焰留本身或压缩空气把涂料小液滴喷到基体表面，形成某种喷涂沉积层。通过在镁合金上基体上喷涂 AlSi 层，可以大大提高镁合金耐磨性能。有人研究了镁合金上的铝热喷涂层，发现热喷涂的铝层表面粗糙，多孔隙，防腐性能并不理想，但对铝层进行热压，则可有效减少铝涂层中的空隙，大大提高涂层的耐蚀性。 三、表面调整 表面调整的目的主要是改变镁合金表面层的成分、相组成或结构，使镁合金表面层的耐蚀性能得到提高，以达到提高镁合金耐蚀性的目的。表面调整方法有:离子注入、激光表面处理和热扩散等。 （一） 、激光表面合金化 激光表面合金改性是一种以激光表面热处理为基础的新技术。用于镁合金耐腐蚀性处理的激光表
10、面改性技术己有较多研究。AKolltsomichalis 等人用 KrF 激光照射打磨过的 Az31BH4 镁合金表面其耐蚀性有较大的提高。文献2介绍的工艺中，先将涂层热喷涂到基体上，随后通过 ZKwNd:YAG 激光将其熔化。 （二） 、离子注入 离子注入是在高真空状态下，在静电场作用下，经加速的高能离子注入材料的内部。注入的离子在固溶体中处于置换或间隙位置，形成平衡态组织的表面层。 （三） 、热扩散 镁合金与涂层粉末接触进行热处理而在镁合金表面获得涂层的方法即热扩散技术。shigemastu 等人进行了镁合金的 Al 热扩散涂层处理研究，在惰性气体氛围下，用 Al 粉覆盖镁合金后于 450
11、进行热扩散处理，在镁合金表面形成的 AlMg 金属间化合物厚度为 750m。在此基础上进行改进型实验，使用 70%Al+30%Zn 混合粉末可以有效降低热扩散的处理温度，并可有效降低合金层内产生热裂纹的可能性，而锌也能起到提高合金的硬度和降低腐蚀速度作用。 结束语 总而言之，随着技术的不断进步，镁合金的表面处理方法，会越来越符合时代发展的要求。近来相关的文献报道也越来越多，因此镁和镁合金的应用有着相当大的发展空间和良好的发展前景。 参考文献 1薛寿昌.镁合金黑色化学转化膜工艺J.电镀与精饰,2011,33(7):39. 2Yue T M ，Wang A H ， Man H C Corosion resistanceenhancementofmagnesiumZK60 / SiCcompositebyNd: YAGlaser claddingJ ScriptaMaterialia，1999，40( 3) : 303 310 3朱丹,丁毅,王娟.镁合金化学镀工艺的研究J.电镀与环保,2012,32(4):29.
