我们身边镁合金表面工艺是来之不易的
 
发布时间:2018-11-26 | 发布类型:产品处理



镁合金从早期被用于航天航空工业到目前在汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等方面的应用有了很大发展。但是镁的化学稳定性低、电极电位很负、镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差,在某种程度上又制约了镁合金材料的广泛应用。因此,如何提高镁合金的强度、硬度、耐磨、耐热及耐腐蚀等综合性能,进行适当的表面强化,已成为当今材料发展的重要问题。镁合金是最轻的金属结构材料之一,具有比强度高,比刚度高,减震性、导电性、导热性好、电磁屏蔽性和尺寸稳定性好,易回收等优点。以质轻和综合性能优良而被称为21世纪最有发展潜力的绿色材料,广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。但是镁合金的化学和电化学活性较高,严重制约了镁合金的应用,采用适当的表面处理能够提高镁合金的耐蚀性。



1、微弧氧化处理

微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火花沉积,实质上是一种高压的阳极氧化,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,阳极上原有的氧化物瞬间熔化,同时又受电解液冷却作用,进而在金属表面原位生长出陶瓷质氧化膜的过程。与普通阳极氧化膜相比,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。



2、化学转化

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。镁合金化学转化的研究较多,最成熟的是铬酸盐转化,但是Cr6+ 有毒,危害人体健康且污染环境。

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。

(1)植酸转化植酸(C6H18O24P6)处理

植酸转化植酸是一种少见的金属多齿螯合剂,具有独特的结构,是一种全新的无毒环保型金属表面处理剂。植酸在金属表面发生化学吸附,形成一层致密的单分子有机保护膜,膜层能有效阻止侵蚀性阴离子等进入金属表面,抑制金属的腐蚀。

(2)磷化镁合金的磷化处理

磷化镁合金的磷化处理研究开展得较早,形成的磷化膜为微孔结构,与基体结合牢固,具有良好的吸附性,可以作为镁合金涂装前的底层。

研究表明,在磷化液中加入钼酸钠可使磷化膜组织更加细致,提高了基体与有机涂层的结合力及其防腐蚀能力,自腐蚀电位增加约500 mV其它的无铬转化处理也都提高了镁合金的耐蚀性。其中磷酸盐高锰酸盐转化膜耐蚀性与铬酸盐转化膜相当,可以取代铬酸盐转化膜,磷酸碳酸锰硝酸锰转化得到的复合膜层结合力好、均匀连续,耐蚀性比铬酸盐转化膜好。

3、自组装单分子膜

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。

4、阳极氧化

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。


(1) 普通阳极氧化

早期的阳极氧化处理是使用含Cr的有毒化合物,目前发展了可溶性硅酸盐、氢氧化物和偏铝酸盐的阳极氧化工艺。在镁合金阳极氧化过程中,处理液的成分强烈影响阳极氧化膜的结构和组成,不同的氧化液可得到不同性能的阳极氧化膜。

(2)等离子体氧化等离子氧化

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铝合金耐磨性和耐蚀性。它是利用高压放电产生热等离子体,利用等离子体区瞬间高温直接在金属表面原位生长陶瓷膜。等离子体氧化得到的膜层综合性能优良,与基体结合牢固,工艺简单,对环境污染小,是镁合金表面处理的一个重要发展方向。

5、电镀与化学镀

镁合金的电化学活性很高,镀液会对镁合金基体造成腐蚀,并且Mg与镀液中的阳离子发生置换,形成的镀层疏松多孔、结合力差,所以必须对镁合金进行适当的前处理,传统的前处理包括浸锌和直接化学镀,生成保护膜后再进行化学镀或电镀。

研究表明,合理的前处理工艺对整个化学镀技术能否实施、镀层质量以及镀层与基体间结合力等具有至关重要的作用。

6、液相沉积与溶胶凝胶涂层

通过液相沉积法(LPD)和溶胶凝胶方法在镁合金表面得到无机、有机以及无机-有机杂化膜层的研究还处于尝试阶段,一些研究者通过这些方法获得了纳米氧化物膜层,是镁合金表面处理的一个新方向。

(1)液相沉积(LPD)

液相沉积是从金属氟化物中的水溶液中生成氧化物薄膜的方法,通过添加水、硼酸或金属Al使金属氟化物缓慢水解成金属氧化物沉积到基体表面。

(2)溶胶凝胶涂层

近年来,关于溶胶凝胶方法制备有机—无机杂化材料以及无机复合材料的研究非常活跃,溶胶凝胶涂层能够提高金属的耐蚀性,但是在镁合金表面直接涂覆却很难实现,原因是镁合金与溶胶中的某些成分发生反应,导致结合性变差。提高膜层结合力的方法有3种:有机—无机杂化,无机复合薄膜,以及多层复合膜。

7、气相沉积

(1)物理气相沉积(PVD

物理气相沉积是把固(液)体镀料通过高温蒸发、溅射、电子束、等离子体、离子束、激光束、电弧等能量形式产生气体原子、分子、离子(气态,等离子态)进行输运,在固态表面上沉积凝聚和生成固态薄膜的过程。PVD沉积速度较快、无污染,缺点是膜层的结合力和均匀性较差,所以在沉积前后必须加以适当的处理,Ti离子注入是一种有效的表面改性方法。

(2)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。

PECVD是依靠冷等离子体中电子的动能去激活气相的化学反应,具有沉积温度低和沉积速率高等优点,特别适用于镁合金。

8、喷涂

(1)热喷涂热喷涂技术

采用气(液)体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源,将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态,高速气流使其雾化,然后喷射沉积,从而形成附着牢固的涂层。近年来热喷涂技术在镁合金表面修饰中有较好的应用前景,是一种较好的长效保护方法,但是喷涂过程中会引起镁基体的强烈氧化。

(2)冷喷涂冷喷技术

冷喷涂冷喷技术近年来出现的新型喷涂工艺,它是利用电能把高压气流(N2或He等保护性气体)加热到一定的温度,该气流再经拉瓦尔管加速产生超音速的束流,用该束流加速粉末粒子,以超音速撞击到基体的表面,通过固体的塑性变形形成涂层。冷喷涂层是形变组织,经特殊条件下的处理后,可得到纳米结构的组织。对镁合金表面进行冷喷涂,可以防止喷涂过程中镁合金表面的氧化。

9、激光熔覆合金涂层

国内外一些学者研究镁合金激光熔覆材料和性能表明,激光熔覆可以细化镁合金的表面组织,改变镁合金的结构,是提高镁合金表面性能的有效方法,具有良好的前景。


作为一种新型的结构材料,镁合金将会获得越来越广泛的应用,而其相应的表面处理方法也将得到迅速发展。并且,加强镁合金表面处理技术的发展、深入研究保护膜形成的机理、进一步改善表面防护膜的性能以提高镁合金的耐蚀性,对推进镁合金材料的应用具有十分重要的现实意义和经济效益。



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