镁合金稀土转化膜研究进展
Progress in Research of Rare Earth Conversion
Coatings on M agnesium A lloy s
李凌杰1,雷惊雷1,张胜涛1,李荻2,田钰靖1
(1重庆大学化学化工学院,重庆400044;
2北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)
LI Ling-jie1,LEI Jing-lei1,ZH AN G Sheng-tao1,LI Di2,
T IAN Yu-jing1(1College o f Chemistry and Chemical Eng ineer ing, Cho ng qing U niversity,Chongqing400044,China;2Schoo l o f Mater ials Science and Engineering,Beijing U niversity of Aero nautics and Astro nautics,Beijing100083,China)
摘要:镁合金稀土转化膜技术是近年来发展起来的一种环保型镁合金表面处理新技术。本工作从成膜工艺及耐蚀性能评价,膜的组成、结构及形貌,膜的形成及其机制,膜的耐蚀机理研究四个方面综述了国内外在镁合金稀土转化膜研究中的进展及现状,指出了目前镁合金稀土化学转化处理中存在的一些问题,并展望该技术的发展前景。
关键词:镁合金;稀土转化膜;表面处理
中图分类号:T G178;T G146.2+2文献标识码:A文章编号:1001-4381(2006)10-0060-05
Abstract:Rare earth conver sion coatings have been developing as an environmenta-l friendly surface tr eatment technolo gy fo r magnesium alloys.The pro gress and current situatio n in researches of this technolog y w ere r ev iew ed.T he pr oblem s that this technolog y faced at present w ere also pointed out as w ell as the prospects in the future.
Key words:magnesium alloy s;rare earth conversio n coating s;surface technolog y
镁及其合金具有密度小、比强度高、加工焊接和阻尼性能好以及尺寸稳定、价格低廉、可回收利用等优点,在机械制造、汽车制造、航空航天、电子、军事、通讯、光学仪器和计算机等领域具有广阔的应用前景。但镁及其合金的耐蚀性能很差,在潮湿大气或酸性、中性、弱碱性溶液中都容易发生腐蚀,这在很大程度上阻碍了镁合金发挥其性能优势。因此,进行适当的表面处理以增强镁及其合金的耐蚀性能对于拓展和加快镁合金的应用具有重要意义。
化学转化膜技术是镁合金表面防腐蚀处理的有效方法[1]。镁合金基体与转化处理溶液相接触,在基体表面形成一层转化膜,这层膜不仅本身具有较好的耐蚀性能可保护基体免受腐蚀介质的侵蚀,还可作为涂装等后续处理的底层,并且该方法处理工艺简单易控,因此应用较为广泛。但由于镁合金化学转化处理溶液中通常含有毒性高且致癌的六价铬,随着人们环保意识的增强,六价铬的使用正受到严格限制,因此,开发新型、高效、环保的镁合金化学转化处理技术非常迫切和重要。
稀土化学转化处理由于其无毒、无污染的特点,并且对铝、锌等金属及其合金[2-15]以及碳钢[16,17]和不锈钢[18-22]等多种金属材料所表现出的优良的防护效果,已经引起从事镁合金表面处理的研究者们的重视。自从2000年Rudd等[23]首先报道了对纯镁和WE43镁合金进行稀土盐化学转化处理的结果,近年来人们陆续开展了镁合金稀土转化膜方面的研究。本工作从成膜工艺及耐蚀性能评价,膜的组成、结构及形貌,膜的形成及其机制,膜的耐蚀机理研究几个方面对国内外在镁合金稀土转化膜研究中的进展和现状进行了较为详细的评述。
1成膜工艺及耐蚀性能评价
1.1化学浸泡工艺
化学浸泡法是将镁材料置于含稀土盐的溶液中浸泡一段时间使材料表面形成稀土转化膜的方法,因其操作简便此工艺在镁及其合金的稀土化学转化处理中应用很多。根据成膜溶液的组成,该工艺可以分为两类:一类为单一稀土盐溶液浸泡;另一类则为含有添加剂的稀土盐溶液浸泡。
单一稀土盐溶液浸泡处理工艺及处理后试样的耐
蚀性能参见表1。这类处理液多为稀土的硝酸盐溶
液,其中使用最多的是硝酸亚铈溶液。可以看出,经浸
表1 单一稀土盐溶液浸泡处理工艺及试样的耐蚀性能评价结果T able 1 T echnolog ical parameter s of sole rare ear th salt solution immersion
tr eatments and co rresponding anticor ro sive perfor mance
Substrate material
Treatm ent condition
Anticorrosive perform an ce
Process numb er/reference source
M g(99.9%),WE43
Placed th e sub strates in solu tion s of
50m mol/L C e(NO 3)3,La(NO 3)3,or Pr (NO 3)3at r oom tem perature un der gentle agitation for 5mins.
Th e coatings significantly redu ced the disso -lution of magnes ium in th e pH 8.5buffer solution.W ith continued im mer sion in the aggressive solution,th e coatings first b e -cam e more protective,b ut began to deterio -rate after periods exceeding 60m ins.
1/[23]
M g(99.98%),AZ91D,AM 60B
Imm ers ed in solutions of 3g/L Ce
(NO 3)3,CeCl 3,
Ce (SO 4)2,
L a
(NO 3)3,or Nd (NO 3)3at 40b C for
20m ins.
Rare earth conversion treatm ent improved th e corrosion resistance of the materials ex -cept AZ91D to some extent.
2/[24]AZ31B
Placed in 50mm ol/L Ce(NO 3)3solution
(pH =512)at 30b C under agitation for 20m ins.
Unreported
3/[25]
泡处理后试样的耐蚀性能普遍提高。
表2列出了含有添加剂的稀土盐溶液浸泡处理工艺及处理后试样的耐蚀性能。添加剂既可以包括用于缩短成膜时间的H 2O 2等强氧化剂,如工艺5,6;也可以包括其他参与成膜的物质,如工艺4处理液中的
Mg (OH )2以及铝的化合物AlF 3,Al 2O 3#x H 2O,它们对改善膜层性能有一定的作用。
总体上,这类工艺得到的膜与基体的结合力较差,耐蚀性能不太理想。为了进一步提高膜层的防护效果,需要对试样进行其它处理。
表2 含有添加剂的稀土盐溶液浸泡处理工艺及处理后试样的耐蚀性能评价结果T able 2 T echnolog ical parameter s of immer sion treatments with so lutio ns containing
r are earth salt and additives,and co rr esponding anticor ro sive perfor mance
Substrate material
Treatm ent condition
Anticorrosive perform an ce
Process numb er/reference source
M g(99.98%),
AZ91D
Carried out in th e M g (OH )2s aturated
Ce (NO 3)3@6H 2O aerated solution w ith addition of AlF 3an d Al 2O 3@x H 2O at ambient tem perature for dif -ferent immersion periods.
Th e tr eatm ent provided a shift of corrosion potential tow ards m ore positive values.T he addition of alumin um compoun ds in the tr eatm ent s olution further improved the ben eficial effects of the cerium treatmen t.4/[26]
AZ63
Imm ers ed in 10mg/L CeCl 3aqueous so -lu tion added w ith differen t amounts of
33%H 2O 2(up to 50mL/L)at room temperature for different immersion
tim e (up to 180s )under gentle agita -tion.
Th e treatment im proved the pitting poten -tial of the alloy.Better corrosion res istant surfaces w ere obtained w hen the samples were imm ers ed repeatedly in th e conversion bath for 30s up to a total immersion tim e of 180s.The excess of hydrogen peroxide con -centration and too man y repeated imm er -s ions both redu ced the corrosion res istan ce of the conversion coatin g.
5/[27]M g(99.8%),AZ91,AM 50
Immersed in aerated 0.05mol/L CeCl 3aqueous solution added w ith 25mL/L of
33%H 2O 2at room temperature by re -peated 30s immersion follow ed by rinsing in deionized water and drying w i th air up
Th e coating imp roved th e corrosion resist -ance of pure magnes ium and magnesium al -loy s in chloride media.
6/[28]
1.2化学浸泡与其它处理相结合的工艺
这类工艺一般包括以下两种情况:在化学浸泡处理前对基体材料进行预处理或在化学浸泡处理后对成膜试样进行后处理。这类工艺如表3所示。工艺7进行盐酸预处理的目的是为了增大材料表面的粗糙度以增强转化膜与基体的结合力,进而改善膜层的防护性能。工艺8中对成膜试样进行退火处理则是为了使膜层更致密,从而提高膜层对基体材料的防护效果。
表3化学浸泡与其它处理相结合的工艺以及其它处理的作用
T able3T echnolo gica l parameters o f pr e/pro-treatments and their effects
Sub strate materials Tr eatm ent condition Pre/pr o-treatmen ts Effects of pre/pro-tr eatm ents Process numb er/reference source
M g(99.8%), AZ91,AM50As in table2(col-
um n2row4)
Immersed in an aqueous acid
solu tion of0.15mol/L H Cl
for20s before conver sion
process.
M ade th e coatings thick er,
m ore homogen eous and corro-
sion resistant.
7/[28]
M g(99.98%),
AZ91D As in table2(col-
um n2row2)
Annealed under O2at atm os-
pheric pressur e(760mbar)at
different temperatures(100,
150,200b C)after conver sion
process.
Imp roved the beneficial
effects of the ch emical treat-
ment.
8/[26]
2膜的组成、结构及形貌
Marcus等[26]采用XPS对由工艺4和8得到的铈转化膜的组成进行了分析,结果表明:经M g(OH)2饱和的铈盐溶液处理形成的转化膜由CeO2以及少量的Ce(OH)3,Ce2O3,M g O,M g(OH)2和CO2-3组成;如果处理液中同时含有铝的化合物,则形成的转化膜还会含有少量的Al(OH)3和A l2O3。
Dabala等[27,28]采用SEM和EDS研究了由工艺5和7处理得到的铈转化膜的形貌和成分,并采用二次离子质谱(SIM S)研究了铈元素的深度分布。结果表明:铈转化膜在镁材料表面并非均匀分布,在晶间颗粒和合金相上有大块的干泥巴状的混合镁/铈氧化物存在;经盐酸预处理的试样表面的铈转化膜更均匀,且表面铈元素的平均含量大约增大了一倍,表面铝氧化物/氢氧化物的量也有所增加。
Lin等[25]采用SEM,EDS,XRD和TEM研究了由工艺3处理得到的铈转化膜的形貌、成分以及结构,认为该铈转化膜由三层组成:与镁基体直接相连的是一层多孔的镁和铝的氢氧化物/氧化物;其上是较紧密的中间层,由镁和铈的氢氧化物/氧化物组成;最外层是纤维层,是膜的主要组成部分,也由镁和铈的氢氧化物/氧化物组成。
上述关于镁合金稀土转化膜组成、结构及形貌的测试及分析结果,对于理解膜的成膜动力学行为及成膜试样的腐蚀行为具有重要作用,同时也为推测成膜机理提供了一定的实验依据。3膜的形成及其机制
Rudd等[23]测量了纯镁在50m mol/L Ce(NO3)3 (pH=316)溶液中室温下成膜时的开路电位-时间曲线,由开路电位的正移判断镁材料表面有铈膜形成。张永君等[24]测量了高纯镁和AZ91D,AM60B镁合金分别于40e,3g/L的Ce(NO3)3,CeCl3,Ce(SO4)2,La (NO3)3,N d(NO3)3五种稀土盐溶液中成膜时的开路电位-时间曲线。结果表明:除Ce(SO4)2溶液中高纯镁的开路电位变化较为特殊外,三种金属材料在五种稀土盐溶液中的开路电位-时间曲线基本相同,表现为电极开路电位随浸泡时间延长而增大,且这种增大一般分三阶段进行:剧增阶段、过渡阶段和平稳阶段。开路电位-时间曲线的这种三阶段行为可以认为是稀土转化膜成膜过程较为直观的反映。
Lin等[25]采用非原位方法研究了AZ31镁合金在50m mol/LCe(NO3)3(pH=512,30e)溶液中成膜时膜的动力学生长曲线,认为:膜重和膜厚的增加分别遵循线性和抛物线变化,并预测随着浸泡时间的增长,膜会变得越来越致密;他们还结合不同成膜时间膜的形貌、成分以及结构的测试结果,解释了他们提出的铈转化膜的三层结构的形成机制:抛光后的AZ31镁合金表面有一层镁的氧化物存在,这层氧化物在pH=512的成膜溶液中很快溶解;氧化镁的溶解使镁合金直接与溶液接触,在基体与溶液间形成一层富含M g2+和Al3+的界面,由于质子还原引起界面的pH升高,使Mg2+和Al3+以镁和铝的氢氧化物的形式析出,构成
多孔层;之后紧密层(该紧密层由镁和铈的氢氧化物/氧化物组成)形成并促使基体钝化;然后反应物扩散穿过紧密层和多孔层,在较高的局部pH环境下,于距基体/溶液界面一定距离处形成纤维层。
本工作研究了温度对AZ31镁合金在50m mol/ LCe(NO3)3溶液中成膜动力学行为的影响,结果表明:温度升高有利于加快膜的生成,但在成膜时间较长时,较高温度(比如50,70e)成膜过程中有肉眼可见的明显的膜的脱落,在70e时成膜约30min后,出现了明显的膜的脱落,引起膜重的减轻,在膜增重-时间曲线上表现出比较复杂的变化趋势。不同温度下成膜过程中的开路电位-时间曲线所反映的成膜动力学行为与由膜重的变化得出的结果一致。另外,还测试了室温下成膜过程中本体溶液pH值的变化,结果表面成膜过程中本体溶液的pH值升高;随着成膜过程的进行,pH值升高的速率减慢。
研究者们通常用阴极成膜机理来解释金属表面稀土转化膜的形成[3,13],结合上述关于镁合金稀土转化膜形成过程的研究以及其它相关研究结果,镁材料表面稀土转化膜的成膜机理可以概括为:由于金属表面固有的电化学不均匀性,镁及其合金在浸入稀土盐溶液后表面会形成众多的腐蚀微电池,发生电化学反应:微阳极区发生金属的溶解(M y M n++ne-),微阴极区发生氧的还原或氢的析出反应(O2+2H2O+4e y 4OH-,2H++2e y H2),当成膜溶液中含强氧化剂H2O2时,如工艺5和6[27,28],微阴极区还会发生H2O2的还原反应(H2O2+2e y2OH-)。微阴极区的这些反应会导致这些区域的局部pH值升高,当pH值达到一定值时,稀土金属离子便会以氧化物/氢氧化物的形式析出并沉积于基体金属表面,形成稀土转化膜。
4膜的耐蚀机理研究
对于镁及其合金稀土转化膜试样的耐蚀性能评定,通常选用的腐蚀介质有NaCl溶液、Na2SO4溶液和硼酸缓冲溶液,选用的评定方法主要有自腐蚀电位-时间曲线、极化曲线和电化学阻抗谱方法。表1和表2中描述了不同稀土转化处理工艺对镁及其合金耐蚀性能的影响,可以看出,对不同的镁及镁合金材料,采用不同的稀土盐成膜工艺得到的成膜试样,在不同腐蚀介质中的耐蚀性能都有所提高。但不同研究者的评定结果也存在少许差异。例如张永君等[24]认为稀土转化处理(处理工艺为2号工艺)对AZ91D在NaCl 溶液中的耐蚀性能几乎没有任何改善;M arcus等[26]的结果则表明铈盐化学转化处理(处理工艺为4号、8号)对AZ91D在015mo l/L Na2SO4溶液中的腐蚀有较好的抑制作用;Dabala等[27,28]的结果也表明经铈盐化学转化处理(处理工艺为6号、7号)的AZ91镁合金在含Cl-的介质中的耐蚀性能提高。推测这种结论上的差异,除了成膜溶液组分上的少许差异造成的影响外,成膜温度的影响也不容忽略(2号工艺的处理温度为40b C,而其它工艺均是在室温下进行的)。
对成膜试样耐蚀性能的评定同时也为稀土转化膜耐蚀机理的提出提供了实验依据,对于镁合金稀土转化膜的耐蚀机理,通常认为[23,24,26-28]:经稀土盐处理后,镁材料的腐蚀电位正移,阳极和阴极反应都受到抑制从而使阳极和阴极反应的电流密度都有所减小。由于阳极和阴极反应受抑制的程度可能有所不同,因此阳极和阴极反应电流密度降低的幅度也不一样。
5存在的问题
对镁材料进行稀土化学转化处理,可提高镁材料的耐蚀性能,并且处理工艺简单、环保,具有较好的应用前景。目前,这种新技术的研究还很不完善,许多工作尚待于进一步深入和加强。
(1)工艺方面,急待开发新的高效稀土转化膜成膜工艺。前面已经提及在稀土盐溶液中简单浸泡使镁合金的耐蚀性能提高有限。因此,开发能显著提高试样耐蚀性能的实用化新工艺非常迫切和重要,如可考虑借鉴铝合金稀土转化膜的一些成功思路,同时针对镁材料的具体特性,开发一些新的工艺。另外,研究已经发现,稀土转化膜与基体材料的结合力较差是影响耐蚀性能的重要原因之一,因此如何通过工艺的设计(如改变材料的前处理状态[28]或对成膜试样进行适当的后处理[26])来提高结合力、增强耐蚀性能也非常值得重视。
(2)研究方法方面,应加强一些原位技术对成膜过程和腐蚀过程,特别是两过程中相应界面的研究。如果能联合原位椭圆偏振光谱法、电化学石英晶体微天平、原子力显微镜等技术获取镁合金稀土转化膜成膜过程以及腐蚀过程中的界面动态变化信息,对于研究镁合金稀土转化膜的成膜机理以及耐蚀机理、进而指导成膜工艺的优化势必会有很大帮助。
另外,对于耐蚀性能评定,应适当增加非电化学方法的评定结果。目前多数研究中采用快速、灵敏的电化学方法来评定镁合金稀土转化膜的耐蚀性能,如果能适当增加盐雾腐蚀实验等模拟性更强的腐蚀实验结果,耐蚀性能的评定则会更加全面和可靠。
6结束语
镁合金稀土化学转化处理是一种新型、环保的镁合金表面处理方法,这种方法在有效地解决膜与基体的结合力等问题后有望在镁合金表面处理中替代有毒的传统铬酸盐化学转化而获得比较广泛的实际应用,这对于提高镁合金的耐蚀性能、拓展镁合金的应用以及促进本国丰富的稀土资源的开发和利用等都具有重要意义。
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基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CST C2005BB4019)
收稿日期:2005-06-27;修订日期:2006-03-06
作者简介:李凌杰(1974-),女,教授,博士,研究方向为腐蚀电化学,联系地址:重庆大学化学化工学院(400044)。
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铝及铝合金无铬表面处理技术研究进展 来源:电镀与涂饰(2010-05-28) 分类：[技术文摘] 关键字： 作者：纪红*，朱祖芳（北京有色金属研究总院，北京 100088） 摘要：综述了铝及铝合金无铬表面处理技术，包括锆钛类处理、硅烷处理、稀土转化膜、高锰酸盐转化膜、钴盐转化膜、锂盐转化膜、有机酸转化膜等。目前在实践中获得应用的有锆钛转化处理和硅烷处理，但尚无一种无铬处理工艺能够完全代替铬酸盐处理工艺。 关键词：铝及铝合金；表面处理；化学转化膜；耐蚀性能 中图分类号：TG178 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2009) 06 – 0034 – 04 Research progress of chromate-free surface treatment technology on aluminum and its alloys//JI Hong*, ZHU Zu-fang Abstract: Thechromate-freesurface treatment technologies foraluminum and its alloys including Zr/Ti treatment, silane treatment, rare earth conversion coatings, permanganate conversion coatings, cobalt salt conversion coatings, lithium salt conversion coatingsand organic acid conversion coatings werereviewed. The Zr/Ti treatm ent and silane treatment have beenused in practice. However,there is not a non-chromate conversion coating that can totally replace the chromate conversion coating. Keywords: aluminum and itsalloy; surface treatment; chemical conversion coating; corrosion resistance First-author’s address: Beijing General Research Institute for Non-ferrous Metals, Beijing100088, China 1 前言 由于铝的标准电极电位较负，在使用过程中易发生腐蚀，须经表面处理后才能使用。我国现今通用的处理方法是采用铬酸盐处理，但由于其中含有六价铬，其使用越来越受到严格限制。因此，环境友好的新型无铬表面处理技术越来越受到人们的关注。 ·无铬表面处理技术 2. 1 锆钛类处理
稀土镁合金的研究现状及应用 杨素媛,张丽娟,张堡垒 (北京理工大学材料科学与工程学院,北京 100081) 摘 要:镁合金具有质轻、高比强度、高比刚度等优异性能。但其强度不高,高温性能较差,为了改善其性能,在熔炼过程中加入稀土制成具有高强、耐热、耐蚀等性能的稀土镁合金,大大增加了材料的抗拉强度、延展性及抗蠕变性能,从而使镁合金在航空航天、汽车工业及电子通讯行业得到了广泛应用。总结了稀土对镁合金的净化和阻燃作用,分析了稀土元素对合金组织和性能的影响,综述了稀土耐热镁合金、稀土高强镁合金、稀土阻燃镁合金的研究现状,并简述了稀土镁合金的应用及发展前景。 关键词:稀土镁合金;组织;力学性能;应用 中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1004 0277(2008)04 0081 06 镁及镁合金是目前最轻的结构金属材料,具有高的比强度和比刚度,很好的抗磁性,高的电负性和导热性,良好的消震性和切削加工性能。但是镁合金的强度不高,特别是高温性能较差,大大限制了其应用。所以提高镁合金的室温强度和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题[1,2]。 大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在 15%范围内,在镁中有较大固溶度,具有良好的固溶强化、沉淀强化作用;可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等;稀土元素原子扩散能力差,对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用;稀土元素还有很好的时效强化作用,可以析出非常稳定的弥散相粒子,从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金,使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能,将有效地拓展镁合金的应用领域。 1 稀土在镁合金中的作用 1 1 稀土对镁合金熔体的净化作用 稀土对镁合金熔体有很好的净化作用,具有除氢净化及除氧化夹杂物的作用。 在熔炼过程中,由于镁的化学性质非常活泼,易与水气发生反应使镁合金具有较强的析氢倾向。在镁合金液有较大的溶解度的氢,会导致铸件产生气孔、针孔及缩松等铸造缺陷。在镁合金熔炼过程中加入稀土,稀土元素与水气和镁液中的氢反应,生成高熔点的稀土氢化物和稀土氧化物,比重较轻的稀土氢化物和稀土氧化物上浮成固体渣,从而达到除氢的目的[3]。 镁与氧结合形成稳定的MgO,是镁合金中形成氧化夹杂物的主要原因。夹杂物使合金的力学性能和耐蚀性能降低,且易使合金产生疲劳裂纹等[4]。由于稀土元素与氧的亲和力更大,因此在镁溶液中加入稀土元素,稀土将优先与氧结合而生成稀土氧化物,从而达到去除氧化物夹杂的作用。 1 2 稀土的阻燃作用 由于镁与氧极易发生反应,因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜,致密度系数 Mg<1,疏松多孔,不能有效阻止氧穿透该氧化膜;且MgO的导热系数小,不利于热量的扩散,会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后,与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE2O3,该稀土氧化物的致密度系数 >1,能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 第29卷第4期2008年8月 稀 土 Chinese Rare Earths Vol 29,No 4 August2008 收稿日期:2008 02 22 作者简介:杨素媛(1966 ),女,内蒙古锡林浩特人,硕士,教授,研究方向:金属材料。
表面工程技术 铝合金表面处理国内外研究应用现状Aluminum alloy surface treatment of domestic and foreignresearch and application status 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101 学生姓名：曹成成 学号：3110706055 指导教师：张松立 2014 年6 月
【摘要】综述了近年来铝合金表面改性技术取得的研究进展，介绍了镀层技术，转化膜处理技术、高能束表面处理技术等方法制备铝合金表面层的原理、特点及研究成果简要介绍了铝合金表面处理技术的新进展,重点介绍了铝合 金的阳极氧化、电镀、化学镀和微弧氧化、激光熔覆等工艺。 关键词:铝合金;表面处理;阳极氧化;电镀;化学镀;微弧氧化;激光熔覆 前言 铝是元素周期表中第三周期主族元素,为面心立方晶格,无同素异构转变,延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1～3 nm 的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性。纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg 形成的Al-Mn、Al-Mg 合金具有很好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,如3A21 ,5A05。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg 系如 2A11 ,2A12。Al-Cu-Mg- Zn 系为超硬铝,如7A04 ,7A09。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝降低15 % ,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li 合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。通过在铝中加入3 %～5 %(质量分数) 的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度比纯铝高20 %～25 % ,密度仅2. 5 t/ m3 的铝锂合金。这种合金用在大型客机上,可以使飞机的重量减少5 t 多,而载客人数不减。 尽管铝合金材料具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等优点，但
稀土镁合金的研究现状 摘要：镁合金是目前最轻的结构金属材料，稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了稀土镁合金的研究现状以及压铸和快速成型稀土镁合金。 关键词：稀土镁合金；压铸；快速成型 Abstract :Magnesium alloys are the most light structure metal materials ,the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced in the paper and pressure casting and rapid prototyping the rare earth magnesium alloys were introduced. Key words: Rare-earth Magnesium Alloys; Pressure Casting; Rapid Prototyping 镁合金是最轻的工程结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性好、
阻尼减震性能高、电磁屏蔽性好、良好的铸造性能、易于加工成型、废料容易回收等一系列优点，因此，目前被广泛应用于汽车、电子、航空航天等诸多领域，具有极为广阔的应用前景。稀土元素由于具有独特的核外电子排布，表现出独特的性质，对0、S和其他非金属元素有较强的亲和力，在冶金过程中可以净化合金熔体、改善合金组织、提高合金室温力学性能、增强合金耐腐蚀性能等。近年来，根据对材料的性能要求而研制开发了一系列含稀土的高强、耐热、抗蠕变、阻燃等镁合金，稀土作为主要的合金元素或微合金化元素在镁合金研究领域发挥愈来愈重要的作用[1]。 1稀土在镁中的性质 1.1 稀土镁合金与氢和氧的相互作用 由于镁与氧极易发生反应，因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜，致密度系数αMg<1，疏松多孔，不能有效阻止氧穿透该氧化膜；且MgO的导热系数小，不利于热量的扩散，会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后，与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE203，该稀土氧化物的致密度系数a>1，能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 在镁合金中，已知Mg-Be，Mg-Ca，Mg-Ce-La合金系的氧化速度都比纯镁小，稀土对改善镁合金熔体的氧化性质有益。 氢在镁中有较大的溶解度，比其在铝中高1～2个数量级，在液态镁中，随温度升高，压力增大，氢的溶解度也增大。氢的主要来源是潮湿的气氛，在熔炼过程中与空气中的水反应： Mg(l)+H2O(g) →MgO(s)+2[H] 氢和镁不形成化合物，在镁中呈间隙式固溶体存在，含氢量过高会使镁合金出现显微气孔。稀土对除去镁合金中的氢有明显作用。在加入稀土后，稀土与氢反应生成REH2相； [RE]+2[H] →REH2 同时，稀土与MgO发生反应： 2 [RE]+3MgO →RE2O3+ 3Mg 此反应有较强的驱动力，因此可生成稀土氢化物和氧化物而达到合金溶液除氢的效果。特别对于含锆的镁合金，由于[H]与Zr生成稳定的化合物ZrH2，使锆在镁合金中溶
表面工程技术 镁合金表面处理国内外研究应用现状Magnesium alloy surface treatment of domestic and foreignresearch and application status 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101 学生姓名：曹成成 学号： 3110706055 指导教师：张松立
2014 年 6 月 摘要：介绍了国内外镁合金表面处理的最新研究进展，其中包括 化学转化、自组装单分子膜、阳极氧化、电镀与化学镀、液相沉积 与溶胶凝胶涂层、气相沉积、喷涂、激光熔覆合金技术等，并对镁 合金表面处理的发展趋势作了展望。 关键词：镁合金表面处理涂层 引言 镁是金属结构材料中最轻的一种# 纯镁的力学性能很差。但镁合金 因体积质量小、比强度高、加工性能好、电磁屏蔽性好、具有良好 的减振及导电、导热性能而备受关注。镁合金从早期被用于航天航 空工业到目前在汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等方 面的应用有了很大发展。但是镁的化学稳定性低、电极电位很负、 镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差。在某种程度上又制约 了镁合金材料的广泛应用，因此，如何提高镁合金的强度、硬度、耐磨、耐热及耐腐蚀等综合性能，进行适当的表面强化，已成为当 今材料发展的重要课题。 镁合金是最轻的金属结构材料之一，密度仅为1.3g/cm3 ~ 1.9 g/cm3，约为Al 的2/3，Fe 的1/4。镁合金具有比强度高，比刚度高，减震性、导电性、导热性好、电磁屏蔽性和尺寸稳定性好，易回收 等优点。以质轻和综合性能优良而被称为21 世纪最有发展潜力的绿 色材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。 但是镁合金的化学和电化学活性较高，严重制约了镁合金的应用， 采用适当的表面处理能够提高镁合金的耐蚀性。 一、微弧氧化处理 微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火花沉积, 实质上是 一种高压的阳极氧化, 是一种新型的金属表面处理技术。该工艺是 在适当的脉冲电参数和电解液条件下, 使阳极表面产生微区等离子 弧光放电现象, 阳极上原有的氧化物瞬间熔化, 同时又受电解液冷 却作用, 进而在金属表面原位生长出陶瓷质氧化膜的过程。与普通 阳极氧化膜相比, 这种膜的空隙率大大降低, 从而使耐蚀性和耐磨 性有了较大提高。目前, 微弧氧化技术主要应用于Al、Mg、Ti 等有 色金属或其合金的表面处理中。镁合金微弧氧化技术所形成的氧化
高性能稀土镁合金及其研究进展 镁合金作为一种轻质的绿色工程材料具有很大的应用前景，被称为21世纪的“绿色工程材料”。然而，大部分镁合金的力学性能（尤其高温力学性能）较差，使其应用受到限制。因此，如何改善其力学性能成为亟待解决的问题。添加合金化元素是常用来改善镁合金力学性能的手段之一，尤其是添加稀土元素。稀土元素对镁合金具有“净化”“细化”“强化”“合金化”的四重作用。Mg-RE系合金因其优异的高温拉伸性能、抗蠕变性能及良好的塑性成形能力而备受青睐，被认为是最具有应用前景的高温高强合金体系。因此，本文主要综述近年来国内外在高性能稀土镁合金方面的研究进展，重点介绍制备高性能镁合金的制备方法、加工技术、热处理工艺、强韧化机制及目前研究中存在的问题与不足。 1.Mg-RE系合金 Mg-RE系合金是目前镁合金中最重要的高强耐热镁合金体系，尤其是含有重稀土元素（Gd、Y、Dy、Ho、Er等）的镁合金。Mg-RE系二元合金的时效硬化特性、强度与稀土添加量成正比关系，如在 Mg-Gd二元合金体系中Gd的质量百分含量若低于10%则合金的时效析出偏低或者无析出，直接导致合金的强度及耐热性能降低。为了降低稀土的添加量且不影响时效硬化特性效果，在Mg-RE二元合金的基础上添加其它合金化元素开发出了三元、四元等稀土镁合金。目前，稀土镁合金主要包括在Mg-Gd体系上形成的Mg-Gd-Y、Mg-Gd-Er、Mg-Gd-Ho、Mg-Gd-Dy等系列合金，在Mg-Y体系上形成的Mg-Y-Gd、Mg-Y-Nd、Mg-Y-Sc-Mn 等系列合金，为了细化晶粒稀土镁合金中常常加入Zr元素。 除了早期的WE54、WE43合金，Mordike等通过添加Sc及Mn等元素，开发了抗蠕变性能优于WE43合金的Mg-4Y-1Sc-1Mn(wt.%)合金；He等用普通铸造+挤压+峰值时效的方法制备了高强耐热Mg-10Gd-2Y-0.5Zr(wt.%)合金，其室温下的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别可高达331 MPa、397 MPa、1%。最近，Li等通过轧制+时效的方法制备了Mg-14Gd-0.5Zr 合金，其屈服强度、延伸率分别可高达445 MPa、2%。Mg-RE系合金是目前最适合、最有前途的可应用在航空航天或汽车上的镁合金材料，多数单位都将此系列合金的目标性能提高到550Mpa-600Mpa，稳定使用温度在200 o C。晶粒细化、形变强化、沉淀强化是目前稀土镁合金采用的强化手段。目前的研究主要集中在沉淀强化方面。Mg-RE系合金主要的时效析出强 化相为β′′ (DO 19)、β′(cbco)，其中，β′′相的化学成分为Mg 3 RE， β′相的化学成分为Mg15RE3。 β′相与基体具有半共格关系，匹配较好，大量、致密、规则析出的β′相，可有效阻止位错运动，被认为是合金强度提高的主要原因之一。 目前的研究仍有不足，主要表现在以下几个方面：（1）合金中含有大量的稀土，导致合金成本偏高；（2）合金的塑性加工性能偏差，有必要寻找改善合金塑性的新方法、新理论；（3）合金的塑性变形机制研究较少，需大研究稀土溶质原子、晶粒尺寸、晶界类型、织构等对滑移系机制的影响规律。 2.Mg-RE-Zn系合金 Mg-RE-Zn合金是现在研究的一个热点，一方面因为Kawamura于2001年用快速凝固粉/
镁合金表面化学转化膜研究进展 摘要：总结镁合金表面化学转化膜的研究现状，介绍铬酸盐转化膜、锡酸盐转化膜、磷酸盐/高锰酸盐转化膜、稀土转化膜、植酸转化膜和钥酸转化膜的处理工艺，讨论磷酸盐/高锰酸盐转化膜的成膜机理，分析各种化学转化膜的优缺点，展望今后镁合金表面化学转化膜的发展方向。 关键词：镁合金；化学转化膜；腐蚀防护；磷酸盐 0引言 镁合金具有密度小、比能量大、强度高和电磁屏蔽性能好等优点，广泛用于汽车、航天电子通信和工程结构材料等领域[1]。但纯镁的标准电极电位非常负(-2.37 V，vs SHE)，其腐蚀电位因介质而异，一般在-1.65～+0.5V之间[2]。大部分镁合金性质活泼，容易在各种使用环境中被腐蚀，极大地限制了镁合金的开发与应用。适当的表面处理能够极大地改变镁合金的耐腐蚀性能，扩大镁合金的使用范围[3]。镁合金的表面处理方法很多，如电镀或者化学镀、金属涂层、阳极氧化、化学转化膜处理、激光处理和离子注入等[4-6]。镁性质活泼，MgO会在合金表面迅速形成，阻碍沉积金属与基底形成金属键；基底的空隙和夹杂会成为镀层空隙的来源，使得金属涂层质量欠佳：镁在普通镀液中与其他金属离子的置换反应十分强烈，导致置换层松散无力[3]。激光处理和离子注入等制备的涂层耐蚀性能优越，但生产设备昂贵，成本过高，工件形状尺寸受到限制[2]。阳极氧化或微弧氧化膜具有很高的硬度和良好的耐蚀性，但设备占地大，投资较大，能耗高，膜层空隙率高，难以大规模推广应用。化学转化膜法也称为化学氧化法，是使金属工件表面与处理液发生化学反应，生成一层保护性钝化层，化学氧化法生成的氧化膜比自然形成的保护膜有更好的保护效果，是提高镁合金防蚀性能最常用、最有效的方法。与阳极氧化处理工艺相比，化学转化膜比较薄(0.5~3.0rtm)，可用于保护涂料的基底，尤其适用于在特定环境下的防护，比如运输或储存过程中镁的防护和镁合金机械加工件表面的长期防护；而且化学转化膜工艺设备简单，投资少，处理成本低，并能够显著提高镁合金的腐蚀抗力，在镁合金表面处理中占较大比例[5-6]。目前，镁合金表面化学处理工艺主要有铬酸盐转化膜和无铬转化膜两大类，无铬转化膜包括锡酸盐转化膜、磷酸盐转化膜、植酸转化膜、稀土盐转化膜和有机物转化膜等。本文作者总结镁合金表面化学转化膜的研究现状，指出各种化学转化膜的优缺点，展望镁合金表面化学转化膜的发展趋势。1铬酸盐转化膜 目前主要采用铬酐或者重铬酸盐为主要成分的溶液化学处理，即铬化处理。铬化反应机理是金属表面的原子溶于溶液，引起金属表面和溶液界面的pH值上升，从而在金属表面沉积一层薄的混合胶状物。这种混合胶状物由六价和三价铬酸盐和基体金属组成[3-4]。铬酸转化膜是化学转化膜工艺中发展最早且最为成熟的一种处理工艺。美国道屋(DOW公司根据工业需要，开发出一系列镁合金铬化处理剂。铬化一般有重铬酸盐处理和铬酸盐处理，二者的区别在于重铬酸盐处理不能去除大量的金属杂质，一般用于机械抛光的镁合金表面；铬酸盐处理主要用于锻造合金，也是铸造镁合金良好的涂料基底[2]。有代表性的几种铬酸盐处理工艺如表1所列[5]。 DOW1工艺采用重铬酸和氢氟酸，用于涂装底层、运输和室内储存保护，可用于所有镁合金锻件[2]。DOW7工艺采用重铬酸钠和氟化镁，在镁合金表面生成铬盐及基体金属化合物，膜层起屏障作用，能有效减缓腐蚀，并具有自修复功能。DOW20和NH85为改进的铬酸盐处理工艺，可以提供良好的基底，而且C，浓度不到标准浓度的l/4；这两种处理工艺成本较低，废水处理费用低，已被广泛应用。铬酸盐转化膜的成膜机理和防蚀机理如表2
镁合金表面防腐蚀处理研究 王芬，康志新，李元元 （华南理工大学金属新材料制备与成型重点实验室，广东广州510640） 摘要：综述了近年来镁合金表面防腐蚀处理的方法，主要有化学转化膜、阳极氧化、金属涂层、有机涂层、有机镀膜、气相沉积、快速凝固等，并对镁合金表面处理的发展方向进行了探讨。关键词：镁合金；腐蚀；金属涂层；阳极氧化；有机镀膜 1前言 镁合金优异的物理和机械性能[1]使其近年来得到广泛关注。镁合金具有较高的比强度和比刚度，较强的电磁屏蔽和抗辐射能力，以及良好的减震性、切削加工性能等特点，在汽车、摩托车等交通工具，3C产品、航空航天、兵器工业等领域的应用日趋广泛。但是镁是一种电负性极强的金属，标准电极电位为 －2.37V，在潮湿，CO2，SO2，Cl－ 的环境里极易发生腐蚀。除此之外，镁合金由于杂质元素和合金元素的存在，还容易产生电偶腐蚀、应力腐蚀开裂以及腐蚀疲劳[2]，大大限制了镁合金在工业、军工等领域的广泛应用。 目前国内外都加大了对镁合金腐蚀问题的研究，以期通过有效的表面处理方法来提高镁合金表面的抗腐蚀能力，使其能够在不同的领域得到更为广泛的应用。本文综述了镁合金表面处理的方法，并对各种表面处理方法的优缺点及今后的发展方向进行了分析。 2镁合金表面处理的方法 2.1化学转化膜处理 镁合金化学转化膜[3]的防腐蚀效果优于自然氧化膜，并且化学转化膜可提供较好的涂装基底。传统的化学转化法是铬化处理，其机理是金属表面的原子溶于溶液后，引起金属表面的pH值上升，在金属表面沉积铬酸盐与金属胶状物的混合物的过程，这种混合物在未失去结晶水时具有自修复功能，因而耐蚀性好。 但由于铬酸盐处理工艺中含Cr6+离子，对环境造成污染且废液的处理成本高，现已被其它的化学转化膜法所取代，如磷酸－高锰酸钾转化膜、稀土转化膜等。 磷酸－高锰酸钾转化膜处理方法主要是在镁合金表面形成以Mg3(PO4)2为主的组成物，同时含有铝、锰等化合物的磷化膜。经过该处理所得的膜层为微孔结构且与基体结合牢固，并具有良好的吸附性、耐蚀性，因而可作为镁合金涂装中的底漆层使用。赵明[4]等人对镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理工艺进行了研究，发现pH值为4，K2HPO4的质量浓度为150g/L，KMnO4的质量浓度为40g/L的处理液能显著提高镁合金表面的耐腐蚀性能。在盐雾试验温度为30℃，盐雾沉积率为0.0138mL/（cm2·h）的条件下，连续喷雾24h后，镁合金表面所得膜的腐蚀率为8%，而铬酸盐处理工件表面腐蚀率为21%[5]。这说明镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理能提高镁合金表面抗蚀能力。 Rudd[6]等研究发现镁及镁合金在经过pH值为8.5的铈、镧和镨等稀土盐溶液浸泡处理后，可以显著提高镁及其合金的表面耐腐蚀性能。但随着浸泡时间过长，涂层的保护性能开始恶化，导致镁合金表面的耐腐蚀性能也随之降低。因此，为了得到较好的表面处理效果，在形成稀土转化膜后应立即进行封孔处理。2.2阳极氧化处理 阳极氧化处理[7~9]是镁合金现今应用较广的一种表面处理方法。阳极氧化不同于化学氧化，它是通过电化学反应，在金属表面得到具有一定厚度、稳定的氧化膜层，从而提高金属表面耐腐蚀性能。 DOW17法和HAE法是20世纪50年代开发的阳极氧化技术。DOW17法生成的氧化膜是由Cr2O3，MgCr2O3及Mg2FPO4构成，该氧化膜的耐蚀性和耐磨性好，但脆性较大。用HAE法制成的氧
轻合金技术新进展 铝、镁、钛等金属的密度小，分别为2.7g/cm3、1.7g/cm3、和4.5g/cm3、，因此，这几种金属通常被称为轻金属，其相应的铝合金、镁合金、钛合金则称为轻合金[1,2]。铝合金具有比重小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[3~5]。镁合金具有比重小，比强度、比刚度高，阻尼性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，易回收，无污染等优点，因此，在汽车工业、通信电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来全世界镁合金产量的年增长率高达20％，显示出了极为广泛的应用前景[1,15]。钛合金比重小、耐蚀性好、耐热性高、比刚度和比强度高，是航天航空、石油化工、生物医学等领域的理想材料；同时，钛的无磁性、钛铌合金的超导性、钛铁合金的储氢能力等特性，使得钛合金在尖端科学和高技术方面发挥着重要作用[1,32]。 本文简要综述目前国内外在轻合金方面的研究开发、应用现状及最新进展，分析了我国在轻合金材料发展及其应用方面存在的问题，提出了今后一段时间我国在轻合金材料研究、开发与应用方面的对策。 －、铝合金 1.铝合金的发展 铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料的结果[3~5]。表1列出了铝合金的特性及主要应用领域[2]。 铝合金的发展可追溯到1906年时效强化现象在柏林被Alfred Wilm偶然发现，硬铝 Duralumin、随之研制成功并用于飞机结构件上[7]。在此基础上随后开发出的Al-Cu-Mg系合金，如2014和2024，其抗拉强度为350~480MPa'，至今仍在使用。第二次世界大战期间，由于军用航空材料的需要，抗拉强度超过500ＭＰ'的Al-Zn_Mg_Cu.合金发展起来，其中最
铝合金表面改进技术 摘要 综述了提高铝合金表面性能的各种技术和特点，包括电镀、化学镀、抛光、热喷涂、转化膜、激光表面强化等。并简述了其原理和发展，以及其改变效果和未来的展望。 关键字：铝合金电镀化学镀热喷涂氧化转化膜激光离子 前言 铝及铝合金密度较小，强度高，导电、导热性优良，塑性和成型性好，无低温脆性，易加工．目前，铝及铝合金材料已广泛地应用于建筑、航空、军事、汽车、航海、医疗等领域中．然而，铝的耐磨性差，腐蚀电位较负，腐蚀比较严重。铝合金件的损坏主要发生在表面，铝合金材料表面增强具有重要的经济价值。采用表面处理可以提高防护性、装饰性和功能性，克服铝合金表面性能方面的缺点，其目的是提高铝合金的耐用度，扩大应用范围。 铝及铝合金的电镀、抛光、砂面处理 铝及铝合金的电镀一般是为了改善表面性能，降低摩擦因数改善润滑性，提高表面硬度和耐磨性，提高表面导电性和反光率等进行的。由于铝和铝合金的电位较负，在酸性和碱性溶液中电镀时皆可发生不同类型的氧化反应产生铝盐或偏铝酸盐，所以电镀前必须进行预处理，镀前处理一般包括机械处理、有机溶液除油、化学除油、碱浸蚀、出光等。同时为了达到铝合金表面处理后具有光亮银白色表面的目的，石磊[1]等人认为应该采用浸锌、镀锌二次钝化的方法进行处理．但电镀技术污染严重，工作环境恶劣的缺点又限制了该技术的应用。 铝及铝合金的抛光多年来普遍采用三酸抛光工艺。但一般只能单根抛光，无法批量生产，而且黄烟对人体直接造成危害。电解抛光的磷、铬酸的废水处理一般厂家难以解决，且生产中耗电量很大。为此，目前市场已推出无黄烟两酸抛光新工艺，只需在磷酸、硫酸中加入少量添加剂，就可在80~100℃操作0.5~3min，起光亮度略次于三酸处理［2］，解决了污染环境问题。 砂面处理、亚光处理是目前国外在铝建材表面进行处理的流行工艺。该工艺规范及操作条件为：氢氧化钠的质量浓度为60~70kg.m-3；铝离子的质量浓度>30 kg.m-3；碱蚀剂（固体）的质量浓度为6 ~8, kg.m-3；砂面剂CK-JS的质量浓度为10 ~20 kg.m-3；温度60 ~70℃；时间5~15min。该工艺可在碱蚀槽中完成，易于操作、管理，有一定的商业与科学潜力。 化学镀 传统使用化学镀最广是镍磷合金。采用次亚磷酸盐作还原剂将水溶液中的镍离子催化还原为金属镍，并沉积到零件上。它不仅使其抗蚀性、耐磨性、可焊性和电接触性能得到提高，镀层与铝基体间结合力好，镀层外观漂亮，化学镀镍赋予了铝合金良好的表面性能；而且通过镀覆不同的镍基合金，可以赋予铝及铝合金各种新的性能，如磁性能、润滑性能等[3]．燕山大学的王艳芝[4]以铝合金为基体，在碱性镀浴中得到了低磷含量的Ni2Fe2P2B镀层，镀层主要为非晶态结构。
目录 1工艺鉴定要求 (4) 1.1总则 (4) 1.2对生产设备及原材料的要求 (4) 1.2.1生产线 (4) 1.2.2水质要求 (4) 1.2.3化工原材料要求 (4) 1.2.4质量检验手段 (4) 1.3工艺鉴定程序 (4) 1.4试验及试片要求 (4) 1.4.1试片要求 (4) 1.4.2试验项目及试片数量 (5) 1.5试验方法及质量指标 (5) 1.5.1外观 (5) 1.5.2耐蚀性 (5) 1.5.3表面接触电阻 (5) 1.5.4无色转化膜中的六价铬含量 (5) 1.6鉴定状态的保持 (5) 2批生产过程中零件质量检验要求 (5) 2.1外观 (5) 2.2耐蚀性 (6) 2.3表面接触电阻 (6) 2.4六价铬含量 (6) 表目录 表1.................................................................... 试验项目与试片 5
错误！未找到引用源。 范围: 本规范规定了铝及铝合金无色化学转化处理的工艺要求及其质量要求。 本规范适用于铝及铝合金无色化学转化处理的工艺鉴定、首样鉴定和批生产质量检验；可用于指导产品设计、采购和生产，以及用于生产者在零件化学转化处理过程中的质量检验。 供应商来料验收的抽检比例可按其它相关文件执行。 简介： 铝合金化学转化处理是一种化学加工工艺，用此工艺所得到的表面膜层可作为有机涂层的底层，也可单独作为防腐蚀层应用。本规范明确规定了处理工艺为无色化学转化工艺，并制定了此种表面膜层的外观、耐蚀性、表面接触电阻等质量指标，作为华为对生产方进行工艺鉴定和生产者对零件生产质量进行控制的依据。 关键词： 铝，化学转化，膜，防腐蚀 引用文件： 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。 术语和定义
RE对镁合金性能的影响 Effect of rare earth on the pro perties of magnesium alloys 摘要：镁合金因其密度小，比强度及比刚度高且能循环再利用，被誉为21世纪的绿色工程材料。然而镁合金的强度不高，高温蠕变性能及耐热和耐腐蚀性较差，这些缺点极大地限制了镁合金的发展和应用。稀土元素因其与镁元素晶体结构相同，原子半径接近，能够掺于镁合金中，通过形成固溶体和第二相来改善镁合金的性能，从而扩宽了镁合金的应用范围。本文主要结合本课题组的目前工作，研究了当向镁中加入稀土元素后，其高温蠕变性能的增强机理，又研究了当向稀土镁合金中加入适量的Zn,Cu,Ni元素后，其内部形成的长周期堆垛有序结构对镁合金性能的影响，最后做了一些稀土镁合金未来研究和发展展望。 关键词镁合金稀土元素高温抗蠕变性能长周期堆垛有序结构 镁合金因其具有密度小、高比强度、比刚度以及优秀的易回收利用等优于传统金属材料的特性，目前在航空航天、军工特种材料及交通电子等领域有着广阔的应用空间。作为被誉为“21 世纪的绿色工程材料”的镁合金目前却普遍存在合金强度不高( 尤其是高温性能较差) 、耐蚀性及耐热性不佳等问题，对镁合金的广泛应用带来了极大的障碍［1］。 稀土元素作为目前镁合金中的主要合金元素，可以通过其扩散能力提高镁合金的重结晶温度，通过其很好的时效作用以及析出对合金
性能具有显著影响的弥散相，提高镁合金的抗蠕变性能及耐高温强度，稀土元素对镁合金的性能改进是其他元素所无法替代的［2,3］。我国镁和稀土资源极为丰富，稀土镁合金可在解决镁合金的性能缺陷的同时突显我国的资源优势，为镁合金应用领域的拓展起到推动作用。 1 稀土元素在镁合金中的行为 1． 1 稀土元素对镁合金熔体的保护及净化作用 目前镁合金的熔炼保护方法主要以熔剂覆盖保护和SF6 气体保护为主，但无论是哪一种保护方式，依旧会在熔炼过程引入少量的氧元素，进而形成导热系数较小且易破裂的氧化镁膜，导致合金液出现燃烧。将稀土元素加入镁合金之后，稀土元素将形成致密的稀土氧化物膜，阻止氧化镁膜的形成，实现对镁合金熔体的保护［4］。该保护特性在合金熔炼制备难度较高( 如WE43 合金) 的过程中尤为重要。 稀土元素在保护合金熔体不易氧化的同时，还可以对镁合金中的熔炼缺陷进行消除。图1 为AM60B 合金在加入1% ＲE 前后的合金金相组织图片，从图中可以看出，在AM60B 合金中加入稀土元素后，可以显著消除在AM60B 合金中的黑色缺陷( 主要成分为MgO) ，显著减少合金中的氧化物夹杂等缺陷，提高合金品质。此外，稀土元素还可以对镁合金熔体中的氧、氢、铁和硫等杂质进行去除，达到对合金的净化作用。 图1 1． 2 稀土元素对镁合金结构组织的影响
镁合金稀土转化膜研究进展 Progress in Research of Rare Earth Conversion Coatings on M agnesium A lloy s 李凌杰1,雷惊雷1,张胜涛1,李荻2,田钰靖1 (1重庆大学化学化工学院,重庆400044; 2北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083) LI Ling-jie1,LEI Jing-lei1,ZH AN G Sheng-tao1,LI Di2, T IAN Yu-jing1(1College o f Chemistry and Chemical Eng ineer ing, Cho ng qing U niversity,Chongqing400044,China;2Schoo l o f Mater ials Science and Engineering,Beijing U niversity of Aero nautics and Astro nautics,Beijing100083,China) 摘要:镁合金稀土转化膜技术是近年来发展起来的一种环保型镁合金表面处理新技术。本工作从成膜工艺及耐蚀性能评价,膜的组成、结构及形貌,膜的形成及其机制,膜的耐蚀机理研究四个方面综述了国内外在镁合金稀土转化膜研究中的进展及现状,指出了目前镁合金稀土化学转化处理中存在的一些问题,并展望该技术的发展前景。 关键词:镁合金;稀土转化膜;表面处理 中图分类号:T G178;T G146.2+2文献标识码:A文章编号:1001-4381(2006)10-0060-05 Abstract:Rare earth conver sion coatings have been developing as an environmenta-l friendly surface tr eatment technolo gy fo r magnesium alloys.The pro gress and current situatio n in researches of this technolog y w ere r ev iew ed.T he pr oblem s that this technolog y faced at present w ere also pointed out as w ell as the prospects in the future. Key words:magnesium alloy s;rare earth conversio n coating s;surface technolog y 镁及其合金具有密度小、比强度高、加工焊接和阻尼性能好以及尺寸稳定、价格低廉、可回收利用等优点,在机械制造、汽车制造、航空航天、电子、军事、通讯、光学仪器和计算机等领域具有广阔的应用前景。但镁及其合金的耐蚀性能很差,在潮湿大气或酸性、中性、弱碱性溶液中都容易发生腐蚀,这在很大程度上阻碍了镁合金发挥其性能优势。因此,进行适当的表面处理以增强镁及其合金的耐蚀性能对于拓展和加快镁合金的应用具有重要意义。 化学转化膜技术是镁合金表面防腐蚀处理的有效方法[1]。镁合金基体与转化处理溶液相接触,在基体表面形成一层转化膜,这层膜不仅本身具有较好的耐蚀性能可保护基体免受腐蚀介质的侵蚀,还可作为涂装等后续处理的底层,并且该方法处理工艺简单易控,因此应用较为广泛。但由于镁合金化学转化处理溶液中通常含有毒性高且致癌的六价铬,随着人们环保意识的增强,六价铬的使用正受到严格限制,因此,开发新型、高效、环保的镁合金化学转化处理技术非常迫切和重要。 稀土化学转化处理由于其无毒、无污染的特点,并且对铝、锌等金属及其合金[2-15]以及碳钢[16,17]和不锈钢[18-22]等多种金属材料所表现出的优良的防护效果,已经引起从事镁合金表面处理的研究者们的重视。自从2000年Rudd等[23]首先报道了对纯镁和WE43镁合金进行稀土盐化学转化处理的结果,近年来人们陆续开展了镁合金稀土转化膜方面的研究。本工作从成膜工艺及耐蚀性能评价,膜的组成、结构及形貌,膜的形成及其机制,膜的耐蚀机理研究几个方面对国内外在镁合金稀土转化膜研究中的进展和现状进行了较为详细的评述。 1成膜工艺及耐蚀性能评价 1.1化学浸泡工艺 化学浸泡法是将镁材料置于含稀土盐的溶液中浸泡一段时间使材料表面形成稀土转化膜的方法,因其操作简便此工艺在镁及其合金的稀土化学转化处理中应用很多。根据成膜溶液的组成,该工艺可以分为两类:一类为单一稀土盐溶液浸泡;另一类则为含有添加剂的稀土盐溶液浸泡。 单一稀土盐溶液浸泡处理工艺及处理后试样的耐
材料科学课程论文 铝合金表面处理国内外研究应用现状The Domestic and Foreign Current Situation of the Research and Application on Surface Treatment Technology of Aluminum Alloys 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101班 学号： 3110706012 学生姓名：陈青华 指导教师姓名：张松利 2014年6月
铝合金表面处理国内外研究应用现状 复合1101班陈青华 3110706012 摘要：本文全面介绍了国内外铝合金在建筑、汽车、航空航天等行业的应用及研究进展。主要阐述了铝合金表面处理方法的目的、表面处理的机理及分类、影响表面处理质量的工艺参数、现代表面分析技术等。并对近年来国内外应用广泛、技术成熟的一些表面处理技术的优缺点进行了分析，并展望了该领域研究的发展趋势。 关键词：铝合金、表面处理、应用、发展趋势 The Domestic and Foreign Current Situation of the Research and Application on Surface Treatment Technology of Aluminum Alloys Composite Material Science and Engineering Chen Qinghua 3110706012 Abstract:Application of aluminum alloy is briefly described in construction industry, auto mobile industry,and aviation industry totally.The development of adhesive bonding at domestic and foreign countries is introduced.Then,the purpose,mechanics,classification of surface treatment of aluminum alloy used in bonding structure is reviewed.At the same time,the parameters of the surface treatment which affect the surface quality and the methods of modern surface analysis are introduced too.Meanwhile,the popular and most sophisticated technology in aviation industry,the characteristic and applications of phosphoric acid anodization are also discussed.At last,the trend in this filed is presented. Key words: Aluminum alloy、Surface treatment、Application、The trend
稀土镁合金的研究现状及应用 张晓 （中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051） 摘要：镁合金具有许多优异的性能，如高比强度、高比刚度等。但它强度不高，高温抗蠕变性能差。稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了国内外稀土镁合金的研究现状，并展望了稀土镁合金的应用前景。 关键词：镁合金；稀土；现状 Study Situation And Application Of Rare-earth Magnesium Alloys Zhang Xiao (North University Of China School Of Material Science And Engineering, Taiyuan Shanxi 030051) Abstract: Magnesium Alloy has many inherent advantages of Magnesium Alloy, such as high specific strength，high specific stiffness and so on. But it is not high strength and high temperature creep resistance is poor.the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced at home and abroad in the paper and the prospect of application in Rare-earth alloys Magnesium Alloy was looked. Key words: Magnesium Alloy; Rare-earth; situation