中国有色金属工业协会镁业分会
表面处理技术推动镁合金更广泛应用
2020-04-19 11:29:11

       镁合金有着体积质量小、比强度高、加工性能好、电磁屏蔽性好、良好的减振及导电、导热性能。早期被用于航天航空工业,现已逐步应用于汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等多个领域。
       由于镁的化学稳定性低、电极电位很负、镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差。刚起步时的镁合金应用受技术所限,成为拥有一定技术实力的企业炫技噱头。

                                          
                                                                                   图1:布加迪 TYPE 57SC采用了镁合金车身

                                                                                                 图2:镁合金现已逐步应用于汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等领域

                                       

                                                                                       图3: AZ91HP镁合金

       近年来,随着汽车轻量化进程,镁合金的应用迎来新一轮风口。随着众多先进表面处理技术的涌现和完善,镁合金的强度、硬度、耐磨、耐热及耐腐蚀等缺陷得到了有效的弥补改善。因此,以往只有在高端车系上才能见到的镁合金现已出现于平民化车身中,且越来越多的(或将会是)表面处理技术已应用上镁合金,如:
       1.微弧氧化技术
       又称微等离子体氧化或阳极火花沉积,是一种新型的金属表面处理技术。该工艺是在适当的脉冲电参数和电解液条件下,使阳极表面产生微区等离子弧光放电现象,进而在金属表面原位生长出陶瓷质氧化膜的过程。与以往的技术相比,这种膜的空隙率大大降低,从而使耐蚀性和耐磨性有了较大提高。微弧氧化技术生成的膜层综合性能优良,与基体结合牢固,且工艺简单,对环境污染小,是一种具有发展潜力的镁合金表面处理技术。
       2.化学转化膜技术
      化学转化是在化学处理液中在金属表面形成氧化物或金属化合物钝化膜。化学转化膜较薄,结合力较弱,只能减缓腐蚀速度,并不能有效地防止腐蚀,还需要进一步涂装。近年来开发了一系列新型的对环境和健康无害的转化工艺,这些转化工艺大体上又可以划分为两类:有机化合物溶液和无机盐溶液转化处理。前者包括植酸转化、硅烷衍生物转化、酸盐转化等,后者包括磷化、锡酸盐转化氟化物转化、磷酸盐—高锰酸盐转化、稀土转化膜和磷酸—碳酸锰—硝酸锰转化等。
      3.自组装单分子膜化技术
       自组装单分子膜(SAMs)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取向规整、排列紧密的有序单分子膜,制备方法简单且具有很高的稳定性。目前已经在Fe、Cu、Al等金属上成功地制备出了自组装单分子膜,由于Mg极易氧化,因而在Mg及其合金上制备自组装膜比较困难,但国内仍有学者对其进行了尝试性研究。
       4.阳极氧化技术
       阳极氧化是在金属表面通过电化学氧化形成一层厚且相对稳定的氧化物膜层,Mg的阳极氧化膜层比化学转化膜厚,强度大、硬度高、耐蚀性好。镁合金阳极氧化膜具有双层结构:薄的致密内层和厚的多孔外层,外膜层的孔并没有穿透内膜层,外层的孔隙经涂漆、染色、封孔或钝化处理后,耐蚀性进一步提高。
       目前常见的阳极氧化技术主要分:普通阳极氧化和等离子体氧化。后者是近些年来兴起的一种表面处理技术,作为环境友好型处理技术最先用于提高镁合金耐磨性和耐蚀性。采用自制的等离子体氧化装置处理AZ91HP镁合金,所得膜层的耐蚀性达到9级。
       5.喷涂及激光熔覆合金涂层
       镁合金涂装工艺也随着涂装技术的进步不断完善。比如热喷涂技术、冷喷技术、激光熔覆涂层技术等。这些技术在其它材料表面加工中都取得了不错的成绩,近年来也逐步出现在镁合金表面处理开发应用中,并取得了可喜的结果。
      总而言之,无论是哪种加工方式,改良工艺,提升镁合金的化学稳定性、耐磨性、硬度及耐高温性,是镁合金表面处理的重点也是难点。未来镁合金表面处理工艺的发展方向也将围绕这些重点,提升镁合金的适用性和经济效益。成熟的平民级镁合金应用,指日可期。(府谷镁协)