镁合金表面处理

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1、镁合金的表面处理镁合金的表面处理刘祖明黎前虎摘要：综述了镁合金的腐蚀机理及腐蚀防护研究的现状、进展与问题。重点介绍了压铸镁合金制品的表面特性、表面处理原理、工艺、应用实例及未来发展方向。关键词：镁合金腐蚀与防护表面处理0前言以质轻和可回收为应用特点的镁合金，日益成为现代工业产品的理想材料，特别是汽车零部件的大量应用，电讯产品向轻、薄、短、小方向发展的需求，使得这种新兴材料的发展呈现极为乐观的前景。随着现代科技的发展，曾经困扰镁合金产业的相关技术问题如压铸问题、回收问题已经相继得到解决，镁合金产品后段工序—

2、—表面处理技术亦取得重大进展，这使得镁合金的应用范围不断扩大，使用量也迅速增大，镁产业正以几何级数高速增长。适当的表面处理能使产品具有保护性和装饰性，并可赋予某些特殊功能。对于活泼的镁来说，通过表面技术获得较高的装饰性和功能性肯定重要，而提高其防腐蚀性能则是现阶段最最重要的一面。１镁合金的腐蚀与防护1.1镁的性质镁元素符号Mg，原子序数为12，电子结构为2-8-2，标准电极电位很负（-2.36V），较易失电子而发生氧化反应，从而导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差，在腐蚀性介质中很容易发生严重的腐蚀。镁合金自然形

3、成的氧化膜疏松多孔，以MgO、Mg2+为主要成份的膜的致密度系数为0.8左右（<1），对基体的保护能力较差，不适用于大多数的腐蚀性环境。1.2镁合金的腐蚀方式镁合金的腐蚀方式通常有两种情况：一是在一般环境中的腐蚀，称“一般腐蚀”或“环境腐蚀”，也称“化学腐蚀”，二是在原电池环境下产生的“电化学腐蚀”。暴露在干燥的空气中时镁合金表面会形成一层很薄的膜，这层膜在没水接触的情况下很稳定，此时就不会发生腐蚀现象。但在实际操作环境中可能会与水或水气接触，这时就会导致膜（表面）的颜色变深（从浅灰到深灰）。如果进一步暴

4、露在液态水和空气中，就会继续跟空气中的CO2与H2O反应生成碳酸盐，使这层膜变厚。一般情况下这层膜足够稳定，具有一定的保护性，此时不需要作任何处理亦可使用。例如汽车自动（刹车）闸外壳，就不需要外加保护措施。当使用高纯度AZ91D时，也不需要保护措施。即使车与路面溅起的水接触，也不需要保护，因为这层膜在中性、碱性（或一般条件下）比较稳定，具有保护作用。但是，如果在设计上存在有水进入（或残留）的问题，或者在使用过程中遇到含盐的环境（如海水），就会形成一个微电池环境，产生较为严重的电化学腐蚀，包括在中性、碱性环

5、境中都会产生类似的腐蚀。此时就需要一个良好的表面处理保护措施。由上所知，电化学腐蚀是镁合金腐蚀的主要方式，在中性、碱性环境中，电化学腐蚀的原理如下（图一）：图一电化学腐蚀的原理图其化学反应原理如下：Mg-2e=Mg2+（阳极反应）2H2O+2e=H2+OH-（阴极反应）Mg2++2OH-=Mg(OH)2（腐蚀产物）总反应为Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2在上述反应中，镁作为阳极失去电子而腐蚀，在阴极释放电子产生氢气。通常情况下，阴极可能是外部与镁合金相接触的其它金属部件，也可能是合金元素或杂质元素，它

6、们与镁合金基体形成原电池，诱发电极反应，产生电化学腐蚀。1.3镁合金的腐蚀形态镁合金的腐蚀形态主要有以下几种：（一）、电偶腐蚀：这是镁合金最易发生的一种腐蚀形态，镁基体与阴极相邻的局部区域通常会发生严重的腐蚀。（二）、点蚀：在含有Cl—的非氧化性介质中，镁合金在自腐蚀电位下容易发生点蚀；在中性或碱性介质中，镁合金的腐蚀形态通常也是点蚀。（三）、应力腐蚀：在含有Cl—的中性溶液甚至蒸馏水中，镁合金都有腐蚀开裂的倾向；在碱性介质中，当PH>10.2时，镁合金表现出良好的抗应力腐蚀的性能；在氟化物的溶液中，镁合

7、金也有良好的抗应力腐蚀的性能。（四）、晶间腐蚀：镁合金一般对晶间腐蚀不敏感，腐蚀不能够沿着晶界发展。（五）、丝状腐蚀：在保护性有机涂层或阳极氧化膜下，由于腐蚀电池在镁合金基体表面的移动而产生丝状腐蚀。1.4镁合金与其它材料腐蚀性对比20世纪80年代，镁合金材料开发取得了长足进展。人们发现Fe、Ni、Cu等杂质元素以及Fe与Mn的比例对镁合金耐蚀性的影响非常之大，为此开发了高纯度的新一代的压铸镁合金AZ91D等。高纯度镁合金的耐蚀性能提高了100倍，使其超出了其它与之竞争的材料，在不经保护的状态下即可满足大

8、部分汽车应用的要求，甚至是暴露在冬季道路条件下。这一技术上的突破对后期压铸镁合金的发展至关重要，也是目前镁合金能够得到大量应用的重要原因。在耐盐雾腐蚀能力方面，大多数压铸镁合金牌号都已经超过了铝合金A380（如图二所示）。1.5镁合金腐蚀的防护技术针对镁合金发生腐蚀的机理，目前镁合金腐蚀防护技术的研究工作主要集中在以下几个方面1.5.1零件设计（如图三所示）一个好的保护措施要从一个好的设计开始。这是一个系统工程，从腐蚀防护的角