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车用镁合金表面硅烷化工艺的优化

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随着经济的发展，汽车的产销量日益增长而应用越来越普及，在全球目光聚焦低碳经济的主题背景下，借助轻量化途径实现汽车的节能减排是富有成效的措施。

作为最轻结构材料的镁合金因具有诸多优良性能而在汽车轻量化的进程中扮演着重要角色。

不过时至今日，由于镁合金的化学性质活泼、易腐蚀，使得该材料的大规模工业应用仍有一段距离。

因此，研发镁合金的腐蚀防护技术，从而改善镁合金的抗腐蚀能力就变得十分有必要。

一直以来，铬酸盐钝化以其工艺简单、成本低廉是提升镁合金耐蚀能力有效手段之一。

冷人头痛的是该处理技术中的六价铬对环境和人身心健康造成严重的危害。

如今人们的环境意识越来越浓，环保压力越来越大，剧毒的铬酸盐钝化遭受日益严苛的限制使用。

因此，开发环境友好型镁合金表面无铬钝化技术来取代铬酸盐钝化技术，助力汽车的轻量化研发，是当前亟待解决的重要课题。

有机硅烷化处理工艺是近年来引起科研工作者重点关注的具有良好应用前景的环境友好型金属表面防护工艺，并已经在钢、镀锌钢、铝合金等金属基体上获得了较理想的效果。

因此，我们采用正交优化试验法研究了AZ31镁合金表面硅烷化工艺，探讨了硅烷成膜各工艺参数对膜层耐蚀能力的影响。

1试验材料与方法试验所用材料为AZ31镁合金，切割成50mm×40mm×2mm大小尺寸的板片状，并依次经过360~ 1500目的SiC水磨砂纸逐级打磨平整表面并抛光至没有划痕→去离子水清洗→没入丙酮溶液中超声波清洗5~10min以去除样品表面油脂→浸入去离子水中超声波清洗5~10min以清洁样品→热碱液中活化处理→去离子水清洗，随即用热吹风机吹干，置于干燥器皿中备用。

本试验选取水解时间t1、浸渍时间t2、固化温度T、固化时间t3等四个成膜工艺参数，进行四因素三水平的正交试验，以分析四个因素的最佳水平。

实验时，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷（γ-APS）/无水乙醇/去离子水按5/80/15的体积比混合溶液于pH=9的条件下室温水解t1时间，然后将预处理好的镁合金试样浸入其中浸渍t2时间，匀速提拉出液面立马用压缩氮气吹掉样品表面附着的残留液体，置于电热真空干燥箱中进行固化处理成膜，固化温度为T、固化时间为t3。

试验选用L9（34）型正交表，每个影响因素设定三个水平，如表1所示。

车用镁合金表面硅烷化工艺的优化吴海江1,2，朱家乐1,2，龚晨1,2，邹利华1,2，刘志勇1,2，何世杰1,2（1.邵阳学院机械与能源工程学院，湖南邵阳422000；2.邵阳学院高效动力系统智能制造湖南省重点实验室，湖南邵阳422000）摘要：根据中性盐雾腐蚀试验结果，借助正交优化试验法研究了AZ31镁合金表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷化工艺，探讨了固化温度、水解时间、浸渍时间与固化时间等工艺参数对膜层耐蚀能力的影响。

确定最佳硅烷化工艺参数为：固化温度120℃，水解时间2h，浸渍时间60s，固化时间1.0h；其中影响硅烷化膜层耐蚀性能的主次顺序为：固化温度>水解时间>固化时间>浸渍时间。

关键词：AZ31镁合金；硅烷化；正交试验；耐蚀性基金项目：邵阳市科技计划项目（2017FJ06）；湖南省研究生科研创新项目（CX2018B815）；邵阳学院研究生科研创新项目（CX2018SY012，CX2018SY025）作者简介：吴海江（1975-），男，安徽淮南人，博士，教授，主要研究方向：金属材料腐蚀与防护。

表1L9(34)正交设计因素水平表552019年第5期2019年第5期硅烷膜层耐蚀性能采用中性盐雾试验进行评价。

中性盐雾试验依据GB/T 10125-2012标准，配置的腐蚀液为50g/L NaCl 水溶液，盐雾室保持35±2℃，pH=6.5~7.2，试样与垂直方向呈30°倾角放入盐雾室中。

连续喷雾24h ，取出试样边用软毛刷轻轻拂去表面腐蚀产物边用去离子水清洗，然后吹干，用带网格的透明塑料板蒙住试样表面测定腐蚀面积。

2结果与讨论AZ31镁合金试样表面硅烷化的正交试验结果直观分析表见表2。

根据表2中极差分析结果可以看出，各种硅烷化因素对AZ31镁合金基体表面硅烷膜层耐蚀性能的影响主次顺序依次为：R A （37.7）>R B （22.1）>R D （7.4）>R C （2.2），即对硅烷膜层的耐蚀性能影响，固化温度最为显著，硅烷水解时间的影响次显著，固化时间的影响次之，而浸渍时间的影响最弱。

最佳硅烷化工艺参数为：A2B2C2D2，也就是固化温度120℃、水解时间2h 、浸渍时间60s 、固化时间1.0h 。

图1给出了根据表2中硅烷化工艺参数对膜层抗盐雾腐蚀能力影响的正交试验结果直观分析图。

根据图1（a ）~（d ）可以看出，随着固化温度的升高，水解时间、浸渍时间和固化时间的延长，硅烷膜的抗盐雾腐蚀能力均呈现出先下降后上升的现象。

图1（a ）和（d ）给出了加热固化条件对AZ31镁合金表面硅烷膜抗盐雾腐蚀能力的影响。

当加热固化温度较低、固化时间较短时，硅烷膜层脱水缩聚程度不足而形成疏松结构膜层，侵蚀性粒子能够较轻松穿过硅烷膜层抵达镁合金基体表面而进行腐蚀，盐雾试验腐蚀面积较大；随着固化温度逐渐上升、固化时间的逐渐增加，硅烷膜层中Si-OH 参与的反应活性与数量都大幅增强，从而在镁合金表面形成了致密的Si-O-Si 三维空间网络，盐雾腐蚀面积显著减少；不过过高的固化温度和过长的固化时间则会导致硅烷膜的交联结构松散，侵蚀性粒子入侵的阻力下降，导致硅烷膜盐雾腐蚀面积又开始增加。

图1（b ）给出了水解时间对AZ31镁合金表面硅烷膜抗盐雾腐蚀能力的影响。

硅烷的水解是一个动态平衡的过程。

水解时间对硅烷水解而言十分重要，水解时间过短则水解程度不足，Si-OH 数量偏少；水解时间过长，那么硅烷溶液中则因Si-OH 大量的缩聚而产生絮凝。

一般而言，随着水解时间的增加，硅烷溶液中的Si-OH 数量先是逐渐增多而后逐渐下降，硅烷膜的盐雾腐蚀面积先减少后增多。

图1（c ）给出了浸渍时间对AZ31镁合金表面硅烷膜抗盐雾腐蚀能力的影响。

普通的硅烷膜结构主要是单分子膜，无需很长的时间就可以在镁合金表面吸附形成，浸渍时间增加会减少硅烷膜层盐雾腐蚀面积，但减少的幅度有限；过长的浸渍时间反而由于缩聚产物的增加会恶化硅烷的成膜过程，从而导致硅烷膜层盐雾腐蚀面又增加。

编号腐蚀面积/%168.8240.8k3A 固化温度T/℃1(90)1(90)36.5R37.7D固化时间t3/h 1(0.5)2(1.0)41.57.4B 水解时间t1/h 1(1)2(2)39.122.1C 浸渍时间t2/s 1(30)2(60)37.92.2362.41(90)3(1.5)3(3)3(90)42(120)1(1)2(60)3(1.5)32.652(120)2(2)3(90)1(0.5)8.062(120)3(3)1(30)2(1.0)18.273(150)1(1)3(90)2(1.0)43.283(150)2(2)1(30)3(1.5)29.693(150)3(3)2(60)1(0.5)36.8k157.348.238.937.9k219.626.136.734.1表2正交试验结果直观分析表56图1硅烷化工艺参数对膜层抗盐雾腐蚀能力的影响3结论（1）正交试验结果表明，影响AZ31镁合金表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷化膜层耐蚀性能的主次顺序为：固化温度>水解时间>固化时间>浸渍时间。

（2）最佳硅烷化工艺参数为：固化温度120℃，水解时间2h，浸渍时间60s，固化时间1.0h。

参考文献［1］付彭怀，彭立明，丁文江.汽车轻量化技术：铝/镁合金及其成型技术发展动态［J］.中国工程科学，2018，20（1）：84-90.［2］Calado L M,Taryba M G,Carmezim M J,et al.Self-healing ceria-modified coating for corrosion protection of AZ31magnesium alloy［J］.Corrosion Science,2018,142：12-21.［3］吴海江，杨飞英，徐红梅，等.镁合金表面电沉积硅烷膜的工艺优化［J］.邵阳学院学报（自然科学版），2017，14（2）：54-60.［4］Hanetho S M,Kaus I,Bouzga A,et al.Synthesis and characterization of hybrid aminopropyl silane-based coat-ings on stainless steel substrates［J］.Surface and Coatings Technology,2014,238：1-8.［5］Sere P R,Banera M,Egli W A,et al.Effect on tem-porary protection and adhesion promoter of silane nanofilms applied on electro-galvanized steel［J］.Interna-tional Journal of Adhesion and Adhesives,2016（65）：88-95.［6］周石磊，董宇，蔡文娟，等.2024铝合金表面无铬硅烷膜的制备与性能研究［J］.腐蚀科学与防护技术，2017，29（2）：145-150.572019年第5期。

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镁合金表面处理技术与性能分析

镁合金表面处理技术与性能分析

镁合金表面处理技术与性能分析第一章：引言镁合金因其轻质、高强度、良好的耐腐蚀性和良好的可塑性而被广泛应用于汽车、航空航天、电子设备等领域。

然而，镁合金在表面处理方面仍存在一些挑战，例如热稳定性和耐氧化性较差，易发生腐蚀等问题。

因此，寻找更有效的镁合金表面处理技术变得至关重要。

第二章：镁合金表面处理技术2.1 电化学处理在电解液中，通过电解方法对金属进行阳极处理，并在其表面上形成一层氧化膜，该方法可以在多种材料上迅速形成具有良好抗腐蚀性的涂层，并且可以通过调整电流密度和时间来改变氧化膜的厚度和颜色。

2.2 化学处理化学处理可通过浸泡或刷涂等方法使镁合金表面发生离子交换或化学反应来形成一种保护性膜。

例如，使用含有多种有机和无机酸的溶液对镁进行浸泡，可以形成一层质地坚硬的氧化铝膜。

2.3 物理处理物理方法包括喷砂、喷丸和激光熔射等。

通常，这些方法会在表面形成一层粗糙的纹理，以增加镁与空气或其他介质之间的接触面积和摩擦力。

第三章：表面处理后的镁合金性能分析3.1 腐蚀性能镁在空气中易形成氧化层，在湿润环境下还容易形成水合层导致易腐蚀。

针对这一问题，通过表面处理后形成的化学膜可以防止氧化层和水合层的形成，提高了镁合金的抗腐蚀能力。

3.2 力学性能表面处理对镁合金的力学性能影响较小，但是通过物理处理方法，可以显著降低镁合金表面的粗糙度，提高其表面质量和结构强度，从而改善其力学性能。

3.3 热稳定性要使镁合金在高温下稳定，需要通过表面处理形成一层高温氧化层。

常用的高温氧化方法包括热氧化和熔盐氧化。

这些方法可以在镁合金表面形成一层密封的氧化层，有效防止氧化和腐蚀。

第四章：未来展望镁合金作为一种重要的轻金属材料，其应用前景非常广阔。

未来，在表面处理技术方面，我们可以进一步开发和完善表面处理材料和新技术，并将其与其他表面处理方法相结合，使其性能得到进一步提高，并满足更广泛的工业和消费领域对高性能镁合金的需求。

第五章：结论镁合金表面处理技术不断创新和完善，可以提高其腐蚀性能、力学性能和热稳定性，有利于其在工业和消费领域的广泛应用。

镁合金表面处理方法的优化和改进

镁合金表面处理方法的优化和改进

镁合金表面处理方法的优化和改进镁合金是一种具有轻质、高强度、高比刚度和较高的热导率等优点的金属材料。

它广泛应用于航空、汽车、电子、医疗和军工等领域。

然而，镁合金在实际应用中，由于其表面容易氧化、腐蚀和磨损等问题，其应用范围受到一定的限制。

因此，为了提高镁合金的表面性能，人们研究并发展了各种表面处理方法。

本文将对镁合金表面处理方法的优化和改进进行探讨。

一、化学处理方法化学处理是目前使用最广泛的一种表面处理方法。

其中，单位面积处理成本低、处理厚度易控制、成型成本低、处理速度快等特点使其在实际生产中得到广泛应用。

1.1 酸蚀处理酸蚀处理是指将镁合金表面暴露在稀酸性溶液中，以形成一层具有一定厚度、均匀、致密并表面平整的氧化膜。

氧化膜的厚度和性质取决于酸性溶液的成分、浸泡时间和处理温度等因素。

酸蚀处理可以提高镁合金表面的耐腐蚀性和耐磨性，并可以提高其表面美观度。

然而，酸蚀处理也存在一些缺点。

首先，如果酸性溶液中的浓度、处理温度、时间等因素不恰当，会导致镁合金表面粗糙、不规则、氧化膜薄和不致密等缺陷。

其次，氧化膜虽然可以保护镁合金表面免于腐蚀和磨损，但其本身也具有一定的脆性，易于剥离和破裂。

为了克服这些缺点，人们进行了一系列的研究。

例如，可以通过改变酸性溶液的成分、添加复合添加剂、控制温度等因素来改善氧化膜的性质。

此外，还可以将酸蚀处理与其他表面处理方法结合起来使用，以提高表面成品质量。

1.2 电解沉积处理电解沉积处理是利用电化学原理，在特定条件下，将金属离子沉积在镁合金表面上的一种表面处理方法。

该方法可以形成高质量的金属涂层，具有厚度均匀、致密、耐腐蚀和较高的硬度等优点。

电解沉积处理可以用于制备镀铬、镀镍、镀锌、镀铜等多种涂层。

尽管电解沉积处理具有许多优点，但其存在一些缺点。

首先，处理过程的费用较高，因为需要使用大量的电能和金属离子等。

其次，在实际生产中，如果沉积条件不当，容易造成涂层的不均匀、太薄或太厚等缺陷。

金属表面处理环保新技术——硅烷化处理

金属表面处理环保新技术——硅烷化处理

金属表面处理环保新技术——硅烷化处理[摘要] 硅烷化处理是以有机硅烷水溶液为主要成分对金属或非金属材料进行表面处理的过程。

在涂装行业，涂装前的表面处理以磷化为主，硅烷化处理与传统磷化相比具有节能、环保和降低成本的优点。

本文简述了硅烷化处理的特点、基本原理、施工工艺等。

[关键词] 硅烷；表面处理；磷化硅烷化处理是以有机硅烷为主要原料对金属或非金属材料进行表面处理的过程。

硅烷化处理与传统磷化相比具有以下多个优点：无有害重金属离子，不含磷，无需加温。

硅烷处理过程不产生沉渣，处理时间短，控制简便。

处理步骤少，可省去表调工序，槽液可重复使用。

有效提高油漆对基材的附着力。

可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材0 基本原理硅烷含有两种不同化学官能团，一端能与无机材料（如玻璃纤维、硅酸盐、金属及其氧化物）表面的羟基反应生成共价键；另一端能与树脂生成共价键，从而使两种性质差别很大的材料结合起来，起到提高复合材料性能的作用。

硅烷化处理可描述为四步反应模型，（1）与硅相连的3个Si-OR基水解成Si-OH；（2）Si-OH之间脱水缩合成含Si-OH的低聚硅氧烷；（3）低聚物中的Si-OH与基材表面上的OH形成氢键；（4）加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键连接，但在界面上硅烷的硅羟基与基材表面只有一个键合，剩下两个Si-OH或者与其他硅烷中的Si-OH缩合，或者游离状态。

为缩短处理剂现场使用所需熟化时间，硅烷处理剂在使用之前第一步是进行一定浓度的预水解。

①水解反应：在水解过程中，避免不了在硅烷间会发生缩合反应，生成低聚硅氧烷。

低聚硅氧烷过少，硅烷处理剂现场的熟化时间延长，影响生产效率；低聚硅氧烷过多，则使处理剂浑浊甚至沉淀，降低处理剂稳定性及影响处理质量。

②缩合反应：成膜反应是影响硅烷化质量的关键步骤，成膜反应进行的好坏直接影响涂膜耐蚀性及对漆膜的附着力。

因此，对于处理剂的PH值等参数控制显的尤为重要。

并且对于硅烷化前的工件表面状态提出了更高的要求：1、除油完全；2、进入硅烷槽的工件不能带有金属碎屑或其他杂质；3、硅烷化前处理最好采用去离子水。

镁合金压铸件的表面处理工艺研究

镁合金压铸件的表面处理工艺研究

镁合金压铸件的表面处理工艺研究摘要：镁合金具有强度高、比重小等特点，被广泛应用在多个领域，如汽车、航空航天及3C行业等。

随着可持续发展理念的深入，汽车轻量化成为行业共识，节约油耗已经成为现代化汽车的重要发展方向。

为了进一步提高镁合金压铸件的使用寿命和耐腐蚀性，应积极优化和改善镁合金压铸件的表面处理工艺，充分发挥镁合金压铸件的应用优势。

本文分析了镁合金性能，阐述了镁合金压铸件的表面处理工艺。

关键词：镁合金压铸件；表面处理工艺由于镁合金具有较强的活性，和空气接触后会形成碳酸盐膜，镁合金表面防护性较差，因此应对镁合金压铸件采用合适的表面处理工艺，提高镁合金压铸件的耐磨性、抗腐蚀性和防护能力。

1.镁合金性能1.1切削性镁合金的切削阻力较小，仅为铝合金的1/4，钢铁的1/10，因此切削速度快，工具完整性较高，使用寿命长，镁合金材料加工成本低，加工性能好，加工能耗约为铝合金的65%。

1.2轻量性镁合金比强度高于钢和铝合金，低于强度最高的纤维塑料，比刚度与钢和铝合金相当，远远高于纤维增强塑料，比耐力、比强度比普通的铝和铁要高。

1.3耐蚀性镁材料本身具有良好耐蚀性，特别是高纯镁合金的耐腐蚀性比铁和低碳钢要好很多，远远超过铝合金。

镁合金中含有铜和镍，极大地降低了其耐腐蚀性能。

1.4减震性镁合金和其它金属材料相比，具有良好的减震性。

例如，在35MPa应力作用下，AZ91D镁合金衰减系数为20%，A380铝合金衰减系数仅为1%；在100MPa 应力作用下，AZ91D镁合金衰减系数为55%，A380铝合金衰减系数仅为4%[1]。

因此采用镁合金压铸件作为汽车结构件，有利于减轻汽车行驶过程中的震动和噪声。

2.镁合金铸件的表面处理工艺2.1微弧氧化表面处理工艺（1）表面清洗。

对镁合金压铸件采用微弧氧化表面处理工艺，首先清洗镁合金压铸件表面，仔细清除镁合金压铸件表面附着的氧化物、灰尘、油污、脱模剂等，可采用以下几种清洗方法：其一，碱清洗，对镁合金压铸件采用苛性碱液或者高浓碱洗液浸泡法，清洗效果显著，但镁合金压铸件碱清洗后，应及时用清水彻底冲洗，避免污染之后的处理溶液；其二，酸清洗，对镁合金压铸件进行酸清洗，去除不溶于碱液或者和表面结合紧密的污染物，如乙醇醋酸法和磷化法清除镁合金压铸件表面污物和氧化膜的效果较好，并且磷酸侵蚀可快速去除镁合金压铸件表面的微量金属，可防止局部电偶腐蚀[2]；其三，超声波清洗，这种清洗方法具有较高的清洁度，对于镁合金压铸件的细缝、深孔也可以清洗干净，但是这种设备投资较大。