在镁合金表面制备铝基涂层

【电镀技术】详解镁合金的四种防腐蚀处置方法镁合金防腐蚀的方法主要有四种，分别是：化学转化处置、阳极氧化、金属涂层、激光处置。

化学转化处理镁合金的化学转化膜按溶液可分为：铬酸盐系、有机酸系、磷酸盐系、KMnO4系、稀土元素系和锡酸盐系等。

传统的铬酸盐膜以Cr为骨架的结构很致密，含结构水的Cr则具有很好的自修复功能，耐蚀性很强。

但Cr具有较大的毒性，废水处理成本较高，开发无铬转化处理势在必行。

镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜，耐蚀性与铬酸盐膜相当。

碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀镍的前处理，取代传统的含Cr、F或CN等有害离子的工艺。

化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性，并能改镀镍层的结合力与耐蚀性。

有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学、电子学等综合性能，在化学转化处理的新发展中占有很重要的地位。

化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。

阳极氧化阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。

传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铬、氟、磷等元素，不仅污染环境，也损害人类健康。

近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较经典工艺Dow17和HAE有大程度的提高。

优良的耐蚀性来源于阳极氧化后Al、Si等元素在其表面均匀分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。

一般认为氧化膜中存在的孔隙是影响镁合金耐蚀性能的主要因素。

研究发现通过向阳极氧化溶液中加入适量的硅-铝溶胶成分，一定程度上能改善氧化膜层厚度、致密度，降低孔隙率。

而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长，但基本上不影响膜层的X射线衍射相结构。

但阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层。

金属涂层镁及镁合金是最难镀的金属，其原因如下：(1)镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力(2)镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，或与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散(3)第二相(如稀土相、γ相等)具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀(4)镀层标准电位远高于镁合金基体，任何一处通孔都会增大腐蚀电流，引起严重的电化学腐蚀，而镁的电极电位很负，施镀时造成针孔的析氢很难避免(5)镁合金铸件的致密性都不是很高，表面存在杂质，可能成为镀层孔隙的来源。

铝镁合金防腐涂层在现代工业和日常生活中，铝镁合金因其优异的性能，如低密度、高强度、良好的导热性和导电性等，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等众多领域。

然而，铝镁合金在某些环境中容易受到腐蚀，这就使得防腐涂层的应用变得至关重要。

铝镁合金的腐蚀问题主要源于其化学性质的活泼性。

在潮湿的空气中，铝镁合金表面容易形成氧化膜，但这种氧化膜往往不够致密，无法有效阻挡外界腐蚀性物质的侵入。

例如，在含有氯离子的环境中，铝镁合金很容易发生点蚀，从而影响其性能和使用寿命。

为了解决铝镁合金的腐蚀问题，防腐涂层应运而生。

防腐涂层就像是一层保护铠甲，能够将铝镁合金与外界腐蚀性环境隔离开来，从而达到防腐的目的。

目前，常见的铝镁合金防腐涂层主要包括有机涂层、无机涂层和复合涂层三大类。

有机涂层是应用较为广泛的一类防腐涂层。

常见的有机涂层材料有环氧树脂、聚氨酯、聚酯等。

这些有机涂层具有良好的柔韧性和耐冲击性，能够有效地覆盖铝镁合金表面的微小缺陷和缝隙。

同时，它们还可以通过添加防锈颜料、缓蚀剂等功能性添加剂来提高防腐性能。

例如，添加了锌粉的有机富锌涂层，能够通过电化学保护作用进一步增强对铝镁合金的防护效果。

无机涂层则具有更高的硬度和耐高温性能。

常见的无机涂层有陶瓷涂层、热喷涂涂层等。

陶瓷涂层如氧化铝、氧化锆等，具有良好的化学稳定性和耐磨性，能够在恶劣的环境中为铝镁合金提供有效的防护。

热喷涂涂层则通过将金属或陶瓷材料加热至熔融或半熔融状态，并高速喷射到铝镁合金表面形成涂层，这种涂层与基体的结合强度较高，能够有效抵抗腐蚀和磨损。

复合涂层则结合了有机涂层和无机涂层的优点，具有更加优异的防腐性能。

例如，将有机涂层作为底层，提供良好的附着力和柔韧性，再在表面覆盖一层无机涂层，提高涂层的硬度和耐腐蚀性。

这种复合结构能够充分发挥两种涂层材料的优势，为铝镁合金提供更全面、更持久的防护。

在选择铝镁合金防腐涂层时，需要考虑多个因素。

首先是使用环境，不同的环境对涂层的性能要求不同。

镁合金表面处理的研究现状一.概述镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。

其特点是：密度小、比强度高、刚性好、弹性模量大、消震性好、刚性好、承受冲击载荷能力比铝合金大、刚性好、耐有机物和碱的腐蚀性能好。

主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。

目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。

主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。

在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。

但是，镁的应用和研究相对其它金属严重滞后，原因在于其韧性低、高温性能和耐腐蚀性能差，而且加工成形比较困难。

与铝、钛能生成自愈钝化膜不同，镁表面生成的氧化膜疏松多孔，不能对基体起有效保护作用，因此，在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中，镁均会遭受严重的化学腐蚀，这极大地阻碍了其广泛应用。

通过合金化的方法来改善其性能，特别是期望发现“不锈镁”的努力至今还没有取得进展。

所以，镁合金零件在使用前须经过一定的表面改性或涂层处理。

目前，电化学镀层、转化膜等工艺技术已经应用于镁合金的防护，气相沉积涂层、涂覆、表面热处理等方法也受到密切关注，高能束熔覆等新技术也被尝试应用于镁合金表面性能的提高。

二.表面处理方法1.电镀和化学镀技术镁合金表面镀镍技术分为电镀和化学镀两种。

由于镁合金化学活性高，在酸性溶液中易被腐蚀，因此镁合金电沉积技术与铝合金电沉积技术有着显著的差异。

目前，镁合金电镀工艺技术有两种工艺：浸锌-电镀工艺和直接化学镀镍工艺。

为了防止镁合金基体在酸性溶液中被过度腐蚀，需要在处理前溶液中添加F-(F-与电离生成的Mg2+形成MgF2沉淀，吸附在镁合金基体表面可以防止基体过度腐蚀。

镁合金表面化学镀Ni-P合金是一种很成熟的工艺。

通常化学镀方法制备的Ni-P合金层是非晶态的，这层致密的非晶态Ni-P合金层可以有效地防止镁合金基体被腐蚀。

结合使用化学镀镍技术和滚镀技术可以在镁合金基体上形成一层晶态的Ni-P合金层。

镁合金表面热扩渗金属防护层的制备与性能路东柱;蒋全通;李家威;马秀敏;樊亮;黄彦良;侯保荣【期刊名称】《材料保护》【年(卷),期】2023(56)1【摘要】镁合金是一种轻质结构材料,将镁合金应用在交通工具中,可以降低其整体质量和能源消耗,同时提升其机动性能和续航能力。

然而,镁合金易腐蚀,需强化其耐蚀性。

表面扩渗法是一种常见的镁合金表面强化方法。

在一定温度下,扩渗剂中的金属元素向镁合金表面传输,并形成一层防护层。

首先介绍了几种常见的镁合金表面扩渗法,继而介绍了镁合金表面热扩渗的主要影响因素,然后介绍了采用这种方法制备的扩渗层的性能。

在镁合金表面热扩渗形成的典型扩渗层厚度可达数百微米,同时扩渗层硬度和耐蚀性相对基体有明显提升。

表面热扩渗可对镁合金进行有效的表面强化。

【总页数】13页(P134-145)【作者】路东柱;蒋全通;李家威;马秀敏;樊亮;黄彦良;侯保荣【作者单位】中国科学院海洋研究所中国科学院海洋腐蚀与生物污损重点实验室;青岛海洋科学与技术(试点)国家实验室海洋腐蚀与防护开放工作室;广西科学院广西近海海洋环境科学重点实验室;中国科学院海洋大科学研究中心;南通中科海洋科学与技术研究发展中心;齐鲁工业大学(山东省科学院)材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG156.8【相关文献】1.扩渗时间对镁合金表面扩渗Zn+La2O3组织与性能的影响2.扩渗时间对镁合金表面扩渗Zn+La2O3组织与性能的影响3.AZ81镁合金表面固态扩渗Al、Zn渗层形成机理4.镁合金表面真空热扩渗铝层的微观组织与性能5.热扩渗铝工艺对碳钢表面渗铝层组织及性能的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

材料改性与表面工程镁合金被誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”。

他是金属结构材料中最轻的一种，镁合金从早期被应用于航空航天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。

但是镁合金的耐蚀性耐磨性硬度及耐高温性能较差，在某种程度上又制约了镁合金材料的广泛应用。

采用冷喷涂技术在镁合金表面喷涂覆盖上一层致密的保护膜，是解决镁合金腐蚀和磨损问题，提高镁合金铸件使用寿命，拓宽镁合金应用范围的关键之一。

1．冷喷涂原理和特点超音速冷喷涂（简称冷喷涂）是近年发展起来的一种新型涂层制备工艺，常以金属材料（如钛、镍、钨、钴、铜、合金等）[1-5]为喷涂材料进行金属表面改性和功能涂层的制备。

冷喷涂技术[6]就是将经过一定低温预热的高压（1.5～3.5MPa）气体（N2、He 或压缩气体）分两路，一路通过送粉器，携带经预热（100～600℃）的粉末粒子（1～50 m）从轴向送入高速气流中；另一路通过加热器使气体膨胀，提高气流速度（300～1200 m／s），最后两路气流进入喷枪，在其中形成气─固双相流，在完全固态下撞击基体，通过较大的塑性变形而沉积于基体表面形成涂层。

在喷涂过程中，喷枪距离为 5～30 mm。

冷喷涂实现低温状态下的金属涂层沉积，具有如下主要优点：其一，喷涂粉末在加工过程中工作温度低，几乎无氧化现象，涂层表面组织均匀；其二，涂层密度大、结合强度高；其三，涂层材料适用广泛，可制备硬度大、耐磨性高、强度高的涂层；其四，可以加工具有特殊物理化学性质的涂层；其五，组织稳定；其六，涂层表面具有残余的压应力，使耐疲劳性增加；其七，喷涂粉末可以回收再利用。

2.国内外用冷喷涂技术在镁合金基体上喷涂铝合金涂层的研究现状Yongshan Tao[7]等人用冷喷涂的方法在AZ91D镁合金表面沉积一层纯铝涂层，发现涂层中存在微米尺寸的裂纹和孔洞，涂层颗粒边界处中形成了新的界面和亚晶相；在质量分数为3.5%的中性NaCl溶液中浸渍后发现涂层的抗点蚀性能比具有相似纯度的铝块好。

实验微弧氧化镁合金制备陶瓷涂层一、实验目的微弧氧化是材料表面工程领域中应用非常广泛的一项技术，通过实验使学生加深对课堂教学内容的理解，培养学生思考问题解决问题和提高实际动手能力。

要求学生熟悉和掌握微弧氧化方法、工艺流程及设备的工作原理，使学生熟悉和掌握微弧氧化的方法及设备的使用。

二、实验内容正确对氧化前的金属基材进行处理，熟悉微弧氧化的操作与运行，观察微弧氧化过程，分析参数对氧化过程及氧化层的影响。

三、实验要点1、氧化前要对金属基材进行清洗。

一般在100℃以上烘干1小时左右；2、调试程序时学生远离仪器，以免受伤；3、微弧氧化过程中及完毕后要严格按照操作流程进行，并小心弧光辐射。

四、实验装置1、交流微弧氧化装置一套2、冷却系统（水冷机）一套3、氧化试件若干五、实验步骤1、微弧氧化工艺流程2、实验流程选择实验材料：试验选用AZ31镁合金板；确定氧化参数：基体表面清洗：用丙酮或酒精清洗基体表面油污；然后使用砂纸（380/500/800/1000）进行表面打磨，以除去材料表面的氧化膜，然后在分别在丙酮溶液和去离子水中分别超声清洗 10 min ，自然干燥；进样：调试程序：微弧氧化；后处理：一般包括水洗和封闭处理等； 工件表面处理 表面水洗 表面去油 微弧氧化 喷后处理纯水洗封闭六、实验原理1、等离子喷涂设备的工作原理微弧氧化技术，是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的。

（1）大幅度地提高了材料的表面硬度，显微硬度在1000至2000HV，微弧氧化技术的突出特点是：最高可达3000HV，可与硬质合金相媲美，大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度；（2）良好的耐磨损性能；（3）良好的耐热性及抗腐蚀性。