镁合金表面处理工艺研究上课讲义

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。

镁合金无铬达克罗工艺研究镁合金是一种具有重要工程用途的金属材料，在航空航天、汽车制造、建筑等领域中应用广泛。

而达克罗工艺作为一种金属表面抛光处理技术，可以改善镁合金表面光洁度、硬度、抗腐蚀、耐磨性等性能，是镁合金涂层完善的重要工艺手段。

一、合金无铬达克罗工艺研究1、克罗工艺的基本原理达克罗抛光技术是一种微观抛光技术，主要利用带电微粒的碰撞及摩擦作用，使金属表面光洁度、硬度、抗腐蚀性以及耐磨性等性能得到提高。

达克罗抛光可以将大型粗糙度极限由Ra 80.02μm降低到Ra 0.2μm，满足精密部件的装配要求。

达克罗抛光有一定程度上避免了使用复杂抛光机械，抛光时间、效率高，抛光均匀度高，可以达到不锈钢、铝合金等金属材料的抛光要求。

2、合金无铬达克罗工艺镁合金表面抛光，多数使用机械抛光，虽然简单便捷，但不能解决粗糙度极限低的要求。

达克罗抛光技术能够解决这一问题，其包括辊式达克罗抛光、脉冲达克罗抛光、非接触达克罗抛光等多种抛光方式，根据客户的要求选择不同的抛光方式。

无铬达克罗抛光是一种无污染环保的达克罗抛光技术，因不用交叉清洁和普通抛光技术涉及到有毒材料，所以能够满足镁合金的无污染抛光要求。

3、艺要求无铬达克罗抛光对表面处理工件的要求十分高，如果表面存在裂纹、明显的不平整或微小的毛刺等缺陷，则必须进行机械抛光处理，除此之外，还需要检查表面处理工件的尺寸精度、光洁度等，保证表面条件良好，以保证最终质量。

同时，还需要对辊式达克罗抛光机中辊子的材质、直径、几何形状和表面状况等进行严格质检，以保证无铬达克罗抛光的有效性。

二、术优势1、铬达克罗抛光的技术优势无铬达克罗抛光技术可以达到较高的表面质量，表面光洁度高，粗糙度极限低，硬度、抗腐蚀、耐磨性和表面力学性能大大提高，深受各行业的欢迎。

2、能减排无铬达克罗抛光技术能够有效提高镁合金涂层的性能，同时可以大大减少涂层占原料消耗量，从而节约能源，减少环境污染。

三、论无铬达克罗抛光技术是镁合金涂层完善的重要工艺手段，具有提高表面光洁度、硬度、抗腐蚀、耐磨性等性能，改善镁合金表面状态，提高工件加工精度，满足精密部件装配要求，技术简单、效率高等优点，是航空航天、汽车制造、建筑等行业抛光要求十分理想的抛光技术。

镁合金涂装前化学表面处理环保新工艺
镁合金非常活泼，常温下可以和自来水反应。

进行机加工和化学表面处理使用的化学品要求比较高，使用不当可能会引起火灾。

镁合金涂装分为电泳涂装和喷涂涂装。

涂装前表面均需进行化学处理，降低镁合金活性。

北京爱尔斯姆科技有限公司在镁合金无铬钝化基础上研发出新一代金属涂装环保偶链剂，用于多种金属的表面处理，用于镁合金时可降低成本和安全隐患。

喷涂涂装工艺:
1.抛丸→水洗→除油钝化→水洗→晾干或烘干
2.中性除油→水洗→偶链处理→水洗→晾干或烘干
电泳涂装工艺：
中性除油（或抛丸）→水洗→除油钝化→水洗→去离子水洗→电泳
工艺参数：
1、中性除油
酸洗或碱性均会腐蚀镁合金表面，BW-532中性高泡清洗剂会明显减弱腐蚀速度。

浓度3%，温度15-35℃。

确保油污清洗干净。

2、偶链处理
BW-210金属涂装防锈偶链剂浓度3-4%，温度10℃以上。

时间5-10分钟。

3、除油钝化
采用BW-258镁合金除油钝化剂，浓度4%，pH值2.5-3.0。

温度常温，时间5分钟。

4、水洗
水洗避免使用强力喷淋装置，避免膜层被破坏。

新产品优点：
1．镁合金无腐蚀。

2．涂装附着力、耐冲击和中和防腐蚀性能大幅度提高。

3．成本很低。

4．污水易于处理。

镁合金表面处理工艺的研究内容来源网络，由深圳机械展收集整理！镁及其合金是有色金属材料中最具有开发和应用发展前途的金属材料。

镁是一种轻质结构材料，质量为铝的2／3，钢铁的1／4。

与钢、铝、塑料等工程材料相比，镁合金具有比强度和比钢度高，电磁屏蔽性能好，无磁性；无毒、可回收；极好的切削加工性能，极高的压铸生产率，尺寸收缩小，并且具有优良脱模性能，且加工成本低，尺寸稳定性高；具有超导和储氢性能；耐印痕性；良好的低温性能和导热率高等优点；镁还具有良好的导热、导电性、尺寸稳定性、电磁屏蔽性、机加工性能以及再循环利用的性能；镁弹性模量低，约45 GPa，减震性能好，适合于做承受剧烈振动的零件；镁合金压铸件比重小，比刚度大，铸造性能，机械加工性能和阻尼性能好。

这些特性可使其成为汽车工业、航空工业及电子工业中首选的结构材料，因此具有良好的社会效益和经济效益。

虽然镁合金具有以上诸多优点，并在许多领域具有广泛的应用前景，但也存在一些限制其进一步应用的因素，主要包括以下三个方面:(1)镁及其合金晶体结构为密排六方结构，决定了镁及其合金的塑性低，物理性能和力学性能均有明显的方向性，在室温下变形只能沿晶格底面进行滑移，单一的滑移系导致其压力加工变形能力低。

(2) 常用的AZ, AM系列镁合金通常的使用温度为95°C ~120°C，超过这一温度范围，合金的蠕变强度随着温度的增加而大幅度下降，限制了它在耐热部件、如汽车发动机部件和传动机构等零部件方面的应用。

(3)限制镁合金广泛应用的最大障碍是镁合金的耐腐蚀性能较差。

镁的平衡电位为一2．37 V，很容易发生氧化反应。

镁在海水中的稳定电位为一1．6一一1．5 V。

镁在空气中与氧能够形成一层很薄的氧化膜，但氧化膜疏松、多孔，PB比为O．99<l[PB比即Pilling—Bed-worth原理：氧化膜具有保护性的必要条件是，氧化形成的金属氧化膜的体积(VMO)比生成这些氧化膜所消化的金属体积(VM)要大，即VMO：VM>1],不能形成有效稳定的保护膜，导致镁合金的腐蚀反应可以持续发展下去。

镁合金压铸件的表面处理技术镁合金压铸件的表面一般需要依次进行预处理（清理、脱脂、酸洗等）、镀膜、涂装（喷漆、喷塑、镀金属等）等处理，通常所说的镁合金压铸件的表面处理指的是镀膜这道工艺，其主要作用是在压铸件表面形成与油漆、塑料或金属附着性能好的具有耐腐蚀性的保护膜层。

目前，在镁合金压铸领域中主要采用的是湿法表面处理方法，也就是，使用处理溶液进行的表面处理方法。

现有的表面处理技术不尽相同，我们根据成膜条件，将镁合金压铸件的表面处理技术归纳为化学成膜和阳极氧化成膜二大类，下面分别予以介绍。

1．化学成膜化学成膜技术主要是指镁合金压铸件通过在化学溶液中进行一定时间的接触、利用工件与化学处理液之间的化学反应在工件表面形成保护膜层的一类表面处理技术。

主要包括铬化、磷化、锌置换和化学腐蚀等处理技术。

1）铬化处理铬化处理就是工作在以铬酸或重铬酸盐等为主体的处理溶液中进行浸渍，使表面产生氧化镁、氧化铬或铬酸盐保护膜层的表面处理技术。

典型的处理规范如表1所示。

通常含铬离子处理液的成膜性较好，对工件的表面质量要求不高，对厚、薄工件均适用。

铬化处理膜层均匀，厚度通常为0.5-3μm，可使工件的耐腐蚀性可以提高数十倍。

镁合金的铬化处理研究开展得较多，较为成熟，但由于铬离子对人体和环境的副作用较大，所以其应用已在逐渐减少。

2．磷化处理磷化处理就是工件在以磷酸或磷酸盐为主体的溶液中进行浸渍或采用喷枪进行喷淋，使表面产生完整的磷酸盐保护膜层的表面处理技术。

典型的处理规范如表2所示。

磷化处理液的成膜性不如铬化处理液的好，对工件的表面质量要求较高，通常不太适合于表面质量差的薄壁压铸件（壁厚小于2mm）的表面处理。

磷化处理膜层的厚度较大，作为油漆底层，可使漆膜的粘附力、耐潮湿性和耐蚀能力提高几十倍至几百倍。

镁合金磷化处理的研究较少，目前的应用十分有限。

3．锌置换处理锌置换处理就是工件在以锌盐为主体的溶液中（通常加入焦磷酸盐）进行浸渍，使表面进行锌置换，从而产生完整的保护膜层的表面处理技术。