鎂合金的表面處理
2 鎂合金的表面處理
2.1 鎂制品主要表面性能要求
通常用于取代鋁、鐵或塑膠的鎂合金，表面處理時的原則之一是保持材料本身的優(yōu)越性能，而更重要的一點是要把一些差于其它材料的性能提升上來，以達到產(chǎn)品的性能要求，如耐腐蝕性。下面列出一些鎂合金制品的主要表面性能要求。
2.1.1 汽車、摩托車、工具類性能要求
（一）、一般機械性能：硬度、強度、抗沖擊性、抗疲勞性等。
（二）、保護性：耐腐蝕性、耐化學性、耐候性、防污染性。
（三）、裝飾性：著色性、光澤性等。
（四）、可加工性：如焊接性、粘接性等
2.1.2 3C制品類性能要求
（一）、一般機械性能：硬度、強度、抗沖擊性、抗疲勞性等。
（二）、保護性：耐腐蝕性、耐化學性、耐候性、防污染性。
（三）、熱傳導性
（四）、導電性
（五）、電磁屏蔽性
（六）、可加工性：如焊接性、粘接性等
（七）、裝飾性：著色性、光澤性等。
大多數(shù)產(chǎn)品零件不會對全部性能提出較高要求，通常只針對其產(chǎn)品的部分性能提出高要求，以便降低技術門檻，降低產(chǎn)品綜合成本。
2.2 壓鑄鎂合金制品素材表面分析
要開發(fā)出一個完善的表面處理技術與工藝，必須要充分掌握原材料表面的物理化學特性的影響，現(xiàn)僅對鎂合金壓鑄件的表面狀況對處理工藝的影響進行分析。
2.2.1 表面原始疏松膜的影響
在通常的大氣環(huán)境中，鎂合金制品表面會形成以Mg(OH)2和MgCO3為主的不動態(tài)被膜，這層膜防腐蝕性能不好，不適合作長期的防護，處理前應先想法除去。
2.2.2 脫模劑附著的影響
在目前最實用的壓鑄法中，成型時脫模劑粘著在原材料表面上，在時還會卷入原材料內(nèi)部，這導致制品表面化學性質不均勻，給處理工作帶來困難。
2.2.3 合金表面偏析濃化的影響
在成型過程中，某些合金元素會偏析富集于工件表面，如AZ91系列的Al、Zn會在壓鑄件表面偏析濃化，造成表面化學性質與基體內(nèi)部不一致，從而導致處理難度的增加。
2.2.4 成型不均勻的影響
一指脫模劑的殘留與合金成份的偏析濃化不均勻，每一件都不一樣，對同一工件，各部分也完全不同； 二指成型過程中，各部分的結晶結構不均勻。如澆口部和溢出部一處致密精細，一處粗糙多孔，另有一些部位致密部分和粗糙部分混在一起，這些都會影響處理工藝與處理效果。
2.3 鎂合金表面處理技術
不同產(chǎn)品及其應用環(huán)境的差異，以及同一產(chǎn)品不同部位的零件，其表面處理工藝、方法都有所不同。
下面簡要的介紹一下各處理工藝。
2.3.1 化學轉化膜
化學轉化膜主要針對涂裝前處理，目前應用較多的有下列幾種：
（一）、鉻系無機鹽轉化膜。以鉻酸和重鉻酸為主要成份的水溶液化學處理工藝，生成的鉻酸鹽復合膜耐蝕性好，涂裝附著力強，具有自動修復能力。目前相關工藝已比較成熟，但其生產(chǎn)過程對環(huán)保不利，已逐漸被其它非鉻系處理工藝所取代。
（二）、非鉻系無機鹽轉化膜。目前以磷酸鹽、錳酸鹽系列為主，皮膜耐蝕性已接近鉻化膜，其它各項性能指標也都達到要求。由于環(huán)保要求所至，逐漸成為當前研究和生產(chǎn)所采用的主流工藝。
（三）、非鉻系有機轉化膜。最早研發(fā)于日本，國內(nèi)部分外資企業(yè)已開始引進運用于生產(chǎn)，主要針對既要求高耐蝕性又須具備良好導電性能的3C制品。
2.3 鎂合金表面處理技術
不同產(chǎn)品及其應用環(huán)境的差異，以及同一產(chǎn)品不同部位的零件，其表面處理工藝、方法都有所不同。
下面簡要的介紹一下各處理工藝。
2.3.1 化學轉化膜
化學轉化膜主要針對涂裝前處理，目前應用較多的有下列幾種：
（一）、鉻系無機鹽轉化膜。以鉻酸和重鉻酸為主要成份的水溶液化學處理工藝，生成的鉻酸鹽復合膜耐蝕性好，涂裝附著力強，具有自動修復能力。目前相關工藝已比較成熟，但其生產(chǎn)過程對環(huán)保不利，已逐漸被其它非鉻系處理工藝所取代。
（二）、非鉻系無機鹽轉化膜。目前以磷酸鹽、錳酸鹽系列為主，皮膜耐蝕性已接近鉻化膜，其它各項性能指標也都達到要求。由于環(huán)保要求所至，逐漸成為當前研究和生產(chǎn)所采用的主流工藝。
（三）、非鉻系有機轉化膜。最早研發(fā)于日本，國內(nèi)部分外資企業(yè)已開始引進運用于生產(chǎn)，主要針對既要求高耐蝕性又須具備良好導電性能的3C制品。
（四）、化學氧化膜。通過各種化學氧化方法獲得的轉化膜，主要應用于要求不高的低端產(chǎn)品的涂裝前處理及工序間臨時防護處理。國內(nèi)航天航空、軍工企業(yè)早在60年代已有比較成熟的處理工藝。
（五）、化學轉化膜的比較。幾種常用化學轉化膜的性能比較見表二。
2.3.2 陽極氧化膜
一種電化學轉化膜，比化學轉化膜厚，強度高、硬度大、耐磨耐蝕性好，膜層具有多孔性，可作為涂裝前的良好基底。經(jīng)過封閉處理后的工件防腐性能更好，可直接作為最終涂層使用。
2.3.3 微弧氧化
也稱作表面陶瓷化，是陽極氧化技術的發(fā)展，其原理是在陽極區(qū)產(chǎn)生等離子微弧電火花，使工件表面（陽極區(qū)）局部溫度升高到2000℃以上，從而使陽極氧化物熔覆在工件表面，并與基體金屬產(chǎn)生冶金結合，形成一層附著緊密的致密陶瓷質氧化膜（如圖五、圖六），其耐磨耐蝕性、強度、硬度、附著力都比普通的陽極氧化膜要好許多。
國內(nèi)航天航空工業(yè)早在80年代就已頻布了鎂及鎂合金鍍金工藝規(guī)范，成熟的鍍金技術廣泛應用于航天航空及軍工工業(yè)，但在民間目前還沒有開發(fā)出成熟的電鍍工藝。在鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早的歐洲、日本及臺灣則有小批量試產(chǎn)。
2.3.4 化學鍍
工藝較成熟的直接鍍化學鎳，目前已用于實際生產(chǎn)。鎂合金直接鍍化學鎳，工藝較傳統(tǒng)方法簡單許多，流程短、鍍層附著力佳、具金屬光澤，硬度可達500-680HV，具有良好的導電性（阻抗為50-100μΩ.cm），EMI性能優(yōu)良。另外就是處理液不使用傳統(tǒng)的鉻酸或氰化物，符合環(huán)保要求。
圖七是化學鍍鎳的顯微結構圖，圖八是化學鍍鎳樣品的照片，顯微結構中的結晶呈圓珠狀。化學鎳的膜層為淺金黃色，帶明顯的金屬光澤。
2.3.5 氣相沉積
如用物理氣相沉積技術在鎂合金表面形成鉻或氮化鉻涂層；或者形成有機包覆涂層，如聚乙烯聚吡咯涂層。
2.3.6 其它方法
如離子束輔助沉積（IBAD）氧化鎂涂層，氮離子注入改性，激光表面處理等等。
2.4 表面處理技術的選擇
2.4.1 根據(jù)產(chǎn)品運用環(huán)境來選擇
不同的產(chǎn)品，其使用環(huán)境不一樣，表面的技術要求也不一樣，那么所采用的處理工藝也不一樣，既要突出其技術要求，又要使成本最低。如汽車、摩托車制品要突出其耐磨、耐沖擊、強度、硬度等方面的要求，此時選擇微弧氧化、陽極氧化等工藝較適合；3C制品則強調其導電性、電磁屏蔽性等方面，按此要求選擇導電氧化、有機膜法（導電性）、非鉻系膜（導電性）等較好。
2.4.2 根據(jù)不同合金牌號及成份來選擇
不同的合金牌號具有不同的化學成份及化學特性，在壓鑄成型過程中，表面偏析濃化的成份也不一樣，從而在處理液配方、工藝條件方面都有所不同。
2.4.3 根據(jù)冷、熱室壓鑄件來選擇
目前的成型工藝主要有熱室壓鑄法、冷室壓鑄法、半固態(tài)壓鑄法等，每一種工藝成型的產(chǎn)品都有不同的結晶結構及表面特性，其處理配方及工藝也會有所不同。
2.4.4 根據(jù)成本及性能比來選擇
一個產(chǎn)品往往有多種工藝方法可供選擇，此時就要注意性價比的選擇，所選方法既要令人滿意又要成本低，如果其成本高于實際使用價值那就是浪費金錢，成本低但保護方法行不通的也是一種浪費。
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