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鎂合金的防腐方法


化學處理
鎂合金的化學轉化膜按溶液可分為:鉻酸鹽係、有機酸係、磷酸鹽係、KMnO4係、稀土元素係和錫酸鹽係等。
傳統的鉻酸鹽膜以Cr為骨架的結構很致密,含結構水的Cr則具有很好的自修複功能,耐蝕性很強。但Cr具有較大的毒性,廢水處理成本較高,開發無鉻轉化處理勢在必行。鎂合金在KMnO4溶液中處理可得到無定型組織的化學轉化膜,耐蝕性與鉻酸鹽膜相當。堿性錫酸鹽的化學轉化處理可作為鎂合金化學鍍鎳的前處理,取代傳統的含Cr、F或CN等有害離子的工藝。化學轉化膜多孔的結構在鍍前的活化中表現出很好的吸附性,並能改鍍鎳層的結合力與耐蝕性。
有機酸係處理所獲得的轉化膜能同時具備腐蝕保護和光學、電子學等綜合性能,在化學轉化處理的新發展中占有很重要的地位。
化學轉化膜較薄、軟,防護能力弱,一般隻用作裝飾或防護層中間層。
陽極氧化
陽極氧化可得到比化學轉化更好的耐磨損、耐腐蝕的塗料基底塗層,並兼有良好的結合力、電絕緣性和耐熱衝擊等性能,是鎂合金常用的表麵處理技術之一。
傳統鎂合金陽極氧化的電解液一般都含鉻、氟、磷等元素,不僅汙染環境,也損害人類健康。近年來研究開發的環保型工藝所獲得的氧化膜耐腐蝕等性能較經典工藝Dow17和HAE有大程度的提高。優良的耐蝕性來源於陽極氧化後Al、Si等元素在其表麵均勻分布,使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。
一般認為氧化膜中存在的孔隙是影響鎂合金耐蝕性能的主要因素。研究發現通過向陽極氧化溶液中加入適量的矽-鋁溶膠成分,一定程度上能改善氧化膜層厚度、致密度,降低孔隙率。而且溶膠成分會使成膜速度出現階段性快速和緩慢增長,但基本上不影響膜層的X射線衍射相結構。

但陽極氧化膜的脆性較大、多孔,在複雜工件上難以得到均勻的氧化膜層。

鎂合金壓鑄廠

金屬塗層
鎂及鎂合金是最難鍍的金屬,其原因如下:
(1)鎂合金表麵極易形成的氧化鎂,不易清除幹淨,嚴重影響鍍層結合力;
(2)鎂的電化學活性太高,所有酸性鍍液都會造成鎂基體的迅速腐蝕,或與其它金屬離子的置換反應十分強烈,置換後的鍍層結合十分鬆散;
(3)第二相(如稀土相、γ相等)具有不同的電化學特性,可能導致沉積不均勻;
(4)鍍層標準電位遠高於鎂合金基體,任何一處通孔都會增大腐蝕電流,引起嚴重的電化學腐蝕,而鎂的電極電位很負,施鍍時造成針孔的析氫很難避免;
(5)鎂合金鑄件的致密性都不是很高,表麵存在雜質,可能成為鍍層孔隙的來源。
因此,一般采用化學轉化膜法先浸鋅或錳等,再鍍銅,然後再進行其它電鍍或化學鍍處理,以增加鍍層的結合力。鎂合金電鍍層有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等塗層,化學鍍層主要是Ni-P、Ni-W-P等鍍層。
單一化學鍍鎳層有時不足以很好地保護鎂合金。有研究通過將化學鍍Ni層與堿性電鍍Zn-Ni鍍層組合,約35μm厚的鍍層經鈍化後可承受800-1000h的中性鹽霧腐蝕。也有人采用化學鍍鎳作為底層,再用直流電鍍鎳能得到微晶鎳鍍層,平均結晶顆粒大小為40nm,因晶粒的細化而使鍍層孔隙率大大降低,結構更致密。
電鍍或化學鍍是同時獲得優越耐蝕性和電學、電磁學和裝飾性能的表麵處理方法。缺點是前處理中的Cr、F及鍍液對環境汙染嚴重;鍍層中多數含有重金屬元素,增加了回收的難度與成本。由於鎂基體的特性,對結合力還需要改善。
激光處理
激光處理主要有激光表麵熱處理和激光表麵合金化兩種。
激光表麵熱處理又稱為激光退火,實際上是一種表麵快速凝固處理方式。而激光表麵合金化是一種基於激光表麵熱處理的新技術。激光表麵合金化能獲得不同硬度的合金層,具有冶金結合的界麵。利用激光輻照源的熔覆作用在高純鎂合金上還可製得單層和多層合金化層。
采用寬帶激光在鎂合金表麵製備Cu-Zr-Al合金熔覆塗層時,由於塗層中形成的多種金屬間化合物的增強作用,使合金塗層具有高的硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性。而由於稀土元素Nd的存在,在經過激光快速熔凝處理之後得到的激光多層塗敷,晶粒得到明顯細化,能提高熔覆層的致密性和完整性。
激光處理能處理複雜幾何形狀的表麵,但鎂合金在激光處理時易發生氧化、蒸發和產生汽化、氣孔以及熱應力等問題,設計正確的處理工藝至關重要 [1]  。
其他處理
離子注入是在高真空狀態下,在十至數百KV電壓的靜電場作用下,經加速的高能離子(Al、Cr、Cu等)以高速衝擊要處理的表麵而注入樣品內部的方法。注入的離子被中和並留在樣品固溶體的空位或間隙位置,形成非平衡表麵層。
有研究認為耐蝕性能的提高是由於自然氧化物的致密化、注入離子的輻射和形成鎂的氮化物的結果。所得改性層的性能與所注入離子的量和改性層的厚度有關,而基體表麵的MgO對改性層的耐蝕性能的提高也有一定的促進作用。
氣相沉積即蒸發沉積塗層,有物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)兩種。它是利用能使鎂合金中的Fe、Mo、Ni等雜質含量大幅度降低,同時利用塗層覆蓋基體的各種缺陷,避免形成局部腐蝕電池,從而達到改善防腐性能的目的。

與鎂合金的其他表麵處理技術相比,有機塗層保護技術具有品種和顏色多樣、適應性廣、成本低、工藝簡單的優點。目前廣泛使用的主要是溶劑型的有機塗料。粉末型的有機塗層因無溶劑,和具備汙染少、厚度均勻以及較佳耐蝕性能等特點,近幾年來在汽車、電腦殼體等鎂合金部件上的應用較受歡迎。

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