汽車用鎂合金表面強(qiáng)化工藝研究

鄭利霞， 孫煥新

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京100070）

0 前言

鎂合金因具有質(zhì)量輕、切削加工性好、比強(qiáng)度和比剛度高、抗震及減震性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已在航空、冶金、汽車、紡織和通訊等行業(yè)中得到應(yīng)用。汽車行業(yè)中，鎂合金已成為制造部分車體構(gòu)件、傳動構(gòu)件和車內(nèi)飾件的理想材料［1-2］。然而，與其他結(jié)構(gòu)功能材料類似，鎂合金同樣存在著性能缺陷，表現(xiàn)為塑性、耐熱性和耐蝕性較差，同時硬度和抗拉強(qiáng)度也不盡理想［3］。這在一定程度上限制了其在汽車行業(yè)中的應(yīng)用廣度和深度。

研究表明［4-8］：激光沖擊強(qiáng)化、等離子微弧陽極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜和電鍍／化學(xué)鍍等表面強(qiáng)化處理，是彌補(bǔ)鎂合金性能缺陷的有效方法。對此，本文采用電鍍工藝對鎂合金實(shí)施表面強(qiáng)化，并進(jìn)一步開展研究分析。

1 工藝原理及工藝流程

1.1 工藝原理

圖1為鎂合金表面電鍍強(qiáng)化原理示意。采用電鍍工藝實(shí)施鎂合金表面強(qiáng)化處理的原理可概述為：在經(jīng)過預(yù)處理的鎂合金表面鍍覆合適厚度且與基體緊密結(jié)合的金屬層，借助其發(fā)揮保護(hù)和強(qiáng)化效果，間接彌補(bǔ)鎂合金的性能缺陷。

圖1 鎂合金表面電鍍強(qiáng)化原理示意

1.2 工藝流程

本文以汽車行業(yè)中較常用的AZ31B 型鎂合金為研究對象，對其實(shí)施表面強(qiáng)化。考慮到鎂合金結(jié)構(gòu)及性能的特殊性，制訂下述工藝流程：表面修整→除油清污→沖洗→酸洗活化→沖洗→干燥。其中：表面修整是采用機(jī)械方式修磨整平鎂合金表面；除油清污則是采用化學(xué)方式在溫度適宜的堿性溶液中進(jìn)行；為徹底去除鎂合金表面的氧化膜及可能殘存的油污，常在除油清污步驟后再進(jìn)行酸洗活化處理；沖洗過程盡量選用去離子水，以消除雜質(zhì)離子的影響。

2 強(qiáng)化鎂合金性能分析

2.1 耐蝕性

鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明：強(qiáng)化處理可明顯改善鎂合金的耐蝕性。圖2為未經(jīng)強(qiáng)化處理及經(jīng)強(qiáng)化處理的鎂合金的腐蝕形貌對照。后者發(fā)生輕微程度的遍及腐蝕，雖然同樣存在點(diǎn)蝕坑，但相對細(xì)微，并且仍較清晰顯現(xiàn)晶粒形態(tài)。而前者晶間腐蝕嚴(yán)重，形成的腐蝕坑較大且密集排布。由于鍍覆層暴露在外，直接承受腐蝕介質(zhì)的侵蝕，可以有效保護(hù)鎂合金表面。加之其自身耐腐蝕，能夠延緩腐蝕進(jìn)程，并阻礙腐蝕區(qū)域擴(kuò)展，因而等同于間接賦予鎂合金較理想的耐蝕性。

圖2 鎂合金的腐蝕形貌對照

2.2 硬度

表1為鎂合金表面強(qiáng)化處理前后相同位置的硬度測定結(jié)果。由表1可知：經(jīng)表面強(qiáng)化處理的鎂合金的硬度有較大幅度的提高，最高達(dá)到3 538 MPa，約為基體的3.5倍。

表1 鎂合金表面強(qiáng)化處理前后硬度測定結(jié)果

圖3為鎂合金表面鍍覆層的斷面形貌與微觀結(jié)構(gòu)。由圖3 可知：鍍覆層呈現(xiàn)為細(xì)晶特征，組織緊湊，結(jié)構(gòu)致密。根據(jù)晶體材料的硬度取決于其晶體尺寸和結(jié)構(gòu)致密程度的Hall-Petch定律［9］，不難作出解釋。雖然鎂合金基體的硬度相對偏低，但由于鍍覆層的緊密附著，致使其表面硬度提高。另外，因鍍覆層較薄且組織致密均勻，發(fā)揮的表面強(qiáng)化效果相當(dāng)，故不同位置的硬度測定結(jié)果基本持平。

圖3 鎂合金表面鍍覆層的斷面形貌與微觀結(jié)構(gòu)

2.3 抗拉強(qiáng)度

由金屬材料的抗拉強(qiáng)度與硬度的對應(yīng)關(guān)系可知，表面電鍍強(qiáng)化也有助于提高鎂合金的抗拉強(qiáng)度。測定結(jié)果顯示：經(jīng)表面強(qiáng)化處理的鎂合金的抗拉強(qiáng)度提高約7.1%。分析認(rèn)為，鍍覆層的緊貼包覆可能是鎂合金抗拉強(qiáng)度提高的原因所在。

3 結(jié)論

采用電鍍工藝對鎂合金實(shí)施表面強(qiáng)化，并對其性能進(jìn)行了測定分析。得出結(jié)論：表面電鍍強(qiáng)化有助于提高鎂合金的耐蝕性、硬度及抗拉強(qiáng)度。

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