鎂合金壓鑄件的表面處理工藝研究

李有新　戴邦華

摘 要：鎂合金具有強度高、比重小等特點，被廣泛應(yīng)用在多個領(lǐng)域，如汽車、航空航天及3C行業(yè)等。。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入，汽車輕量化成為行業(yè)共識，節(jié)約油耗已經(jīng)成為現(xiàn)代化汽車的重要發(fā)展方向。為了進一步提高鎂合金壓鑄件的使用壽命和耐腐蝕性，應(yīng)積極優(yōu)化和改善鎂合金壓鑄件的表面處理工藝，充分發(fā)揮鎂合金壓鑄件的應(yīng)用優(yōu)勢。本文分析了鎂合金性能，闡述了鎂合金壓鑄件的表面處理工藝。

關(guān)鍵詞：鎂合金壓鑄件；表面處理工藝

由于鎂合金具有較強的活性，和空氣接觸后會形成碳酸鹽膜，鎂合金表面防護性較差，因此應(yīng)對鎂合金壓鑄件采用合適的表面處理工藝，提高鎂合金壓鑄件的耐磨性、抗腐蝕性和防護能力。

1.鎂合金性能

1.1切削性

鎂合金的切削阻力較小，僅為鋁合金的1/4，鋼鐵的1/10，因此切削速度快，工具完整性較高，使用壽命長，鎂合金材料加工成本低，加工性能好，加工能耗約為鋁合金的65%。

1.2輕量性

鎂合金比強度高于鋼和鋁合金，低于強度最高的纖維塑料，比剛度與鋼和鋁合金相當(dāng)，遠遠高于纖維增強塑料，比耐力、比強度比普通的鋁和鐵要高。

1.3耐蝕性

鎂材料本身具有良好耐蝕性，特別是高純鎂合金的耐腐蝕性比鐵和低碳鋼要好很多，遠遠超過鋁合金。鎂合金中含有銅和鎳，極大地降低了其耐腐蝕性能。

1.4減震性

鎂合金和其它金屬材料相比，具有良好的減震性。例如，在35MPa應(yīng)力作用下，AZ91D鎂合金衰減系數(shù)為20%，A380鋁合金衰減系數(shù)僅為1%；在100MPa應(yīng)力作用下，AZ91D鎂合金衰減系數(shù)為55%，A380鋁合金衰減系數(shù)僅為4%[1]。因此采用鎂合金壓鑄件作為汽車結(jié)構(gòu)件，有利于減輕汽車行駛過程中的震動和噪聲。

2.鎂合金鑄件的表面處理工藝

2.1微弧氧化表面處理工藝

（1）表面清洗。對鎂合金壓鑄件采用微弧氧化表面處理工藝，首先清洗鎂合金壓鑄件表面，仔細清除鎂合金壓鑄件表面附著的氧化物、灰塵、油污、脫模劑等，可采用以下幾種清洗方法：其一，堿清洗，對鎂合金壓鑄件采用苛性堿液或者高濃堿洗液浸泡法，清洗效果顯著，但鎂合金壓鑄件堿清洗后，應(yīng)及時用清水徹底沖洗，避免污染之后的處理溶液；其二，酸清洗，對鎂合金壓鑄件進行酸清洗，去除不溶于堿液或者和表面結(jié)合緊密的污染物，如乙醇醋酸法和磷化法清除鎂合金壓鑄件表面污物和氧化膜的效果較好，并且磷酸侵蝕可快速去除鎂合金壓鑄件表面的微量金屬，可防止局部電偶腐蝕[2]；其三，超聲波清洗，這種清洗方法具有較高的清潔度，對于鎂合金壓鑄件的細縫、深孔也可以清洗干凈，但是這種設(shè)備投資較大。

（2）微弧氧化表面處理。微弧氧化表面處理主要是在鎂合金表面生成氧化鎂陶瓷層，這種冶金組合形式和微晶燒結(jié)型陶瓷結(jié)構(gòu)具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，其附著力、硬度和強度比傳統(tǒng)陽極氧化要好。對鎂合金壓鑄件進行微弧氧化表面處理，采用pH值為8.5堿性的氧化電解液，微弧處理時間控制在10min左右，膜層厚度約1～2mm。

2.2陽極氧化處理

對鎂合金壓鑄件進行陽極氧化處理，在特定工藝和相應(yīng)電解液條件下，在外加電流作用下，在鎂合金壓鑄件表面形成一層氧化膜，這種鎂合金氧化膜呈現(xiàn)疏松多孔狀，強韌堅硬。鎂合金壓鑄件陽極氧化處理在封孔時，用水合封氧化膜孔，封孔穩(wěn)定性較高。鎂合金壓鑄件表面多是氧化膜自身顏色，染色較困難，因此鎂合金壓鑄件陽極氧化只能在涂裝前處理，特別是對于耐腐蝕性較高的鎂合金壓鑄件，采用陽極氧化處理后再進行多層涂裝，和鋁氧化膜相比，鎂合金氧化膜具有良好的介電性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性。

2.2化學(xué)轉(zhuǎn)化處理

鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)化膜比自然氧化膜的抗腐蝕性較好，特別是化學(xué)轉(zhuǎn)化膜可提供良好的涂裝集體，鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)化處理主要有鉻酸鹽系氧化膜、氟鋯酸鹽轉(zhuǎn)化膜、高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜、亞硒酸鹽轉(zhuǎn)化膜和錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜四種方法，這些轉(zhuǎn)化處理方法有不同的優(yōu)點和缺點，為了提高鎂合金壓鑄件的耐蝕性，可采用鉻酸鹽系氧化膜；考慮到鎂合金壓鑄件的電磁屏蔽性，可采用非鉻酸氧化膜。當(dāng)前，鎂合金壓鑄件的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理采用以重鉻酸鹽或者鉻酸為主要成分的溶液進行鉻化處理，根據(jù)鎂合金壓鑄件表面處理要求，可采用鎂合金鉻化轉(zhuǎn)化劑。鉻酸鹽混合層在空氣和濕氣中可以發(fā)揮重要的屏障作用，防止發(fā)生腐蝕，并且鉻酸轉(zhuǎn)化膜在沒有失去結(jié)晶水時，具有良好的吸濕性，受到機械損壞或者磨損時，鉻酸鹽膜吸水膨脹，可以自我修復(fù)。鉻化處理機制是將鎂合金表面原子溶于溶液，使得溶液界面和金屬表面pH值不斷上升，在鎂合金壓鑄件表面沉積一層金屬膠狀物和鉻酸鹽的混合物[3]，這種混合物包括3價和6價的基體金屬和鉻酸鹽，由于這層膠狀物比較軟，在鎂合壓鑄件表面處理過程中必須仔細操作，在熱處理過后，可提高鎂合金壓鑄件的耐磨性和硬度。經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后，鎂合金壓鑄件表面干燥后的膜厚度只有濕潤狀態(tài)下的1/4，并且膜表面易出現(xiàn)微網(wǎng)裂紋，主要是由于化學(xué)轉(zhuǎn)化膜干燥后收縮或者晶界破裂形成，而這種微網(wǎng)狀裂紋可以和涂層實現(xiàn)有效結(jié)合。

3.結(jié)束語

鎂合金不僅強度高，還具有良好的回收性能、機械加工性能和鑄造性能，被廣泛的應(yīng)用在多個領(lǐng)域。在實際應(yīng)用過程中，由于鎂合金壓鑄件的抗腐蝕性和耐高溫性較差，必須對鎂合金壓鑄件表面采取有效的處理工藝，鎂合金壓鑄件表面處理工藝應(yīng)結(jié)合實際工業(yè)的需求，選擇合適的處理方法，全面提高鎂合金壓鑄件的使用性能。

參考文獻：

[1]張鵬，曾大本.鎂合金壓鑄件的表面處理[A].中國鑄造協(xié)會（China Foundry Association）.第二屆有色金屬及鑄造國際會議論文集[C].中國鑄造協(xié)會（China Foundry Association），2001：5.

[2]白清友.AZ91D鎂合金直接化學(xué)鍍鎳工藝與性能研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[3]廖慧敏.鎂合金壓鑄件缺陷分析[D].重慶大學(xué)，2006.

作者簡介：李有新（1981-），男，青海西寧人，學(xué)歷：本科，研究方向：鎂合金壓鑄成型工藝研究。