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镁合金表面处理技术及其耐蚀性能研究镁合金是一种重量轻、高强度的金属材料，因此在各个领域中得到了广泛应用。
然而，由于其在大气环境中容易受到腐蚀，使得其耐用性和可靠性受到一定的影响。
为了提高镁合金的耐蚀性能，各种表面处理技术被广泛研究和应用。
下面将从常见的几种表面处理技术入手，介绍它们对镁合金耐蚀性能的影响。
一、阳极氧化阳极氧化是一种常见的表面处理技术，通过在金属表面形成一层氧化膜以提高其表面性能。
在镁合金表面上，氧化膜可以增加金属表面的硬度和耐磨性，同时也可以提高其防腐蚀性能。
然而，由于氧化膜是一种多孔材料，且氧化膜的密度和厚度也会影响其性能。
因此，氧化膜的质量和厚度需要得到控制，才能够发挥出其最佳的防腐蚀性能。
二、化学转化处理化学转化处理是利用化学反应在镁合金表面产生一种保护膜的技术。
常见的方法包括磷化、钝化和转化膜等。
这些保护膜具有良好的耐蚀性能，可以更好地保护镁合金表面不受到腐蚀的影响。
三、喷涂处理喷涂处理是将一种防腐涂料喷涂在镁合金表面上，以形成一种保护膜的技术。
这种方法具有一些优点，如简单和易于实现，同时也可以在较短的时间内形成保护层，有效提高镁合金表面的耐蚀性。
然而，由于镁合金表面的特殊性质，这些表面处理技术仍需要加以改进和优化。
例如，喷涂处理中的涂料选择需要注意其与镁合金表面的相容性，使得涂层可以牢固地附着在表面并保持长时间的防腐蚀性能。
同时，氧化膜的质量和厚度也需要加以监控和控制，才能够在镁合金的使用过程中发挥最好的防腐蚀性能。
总而言之，表面处理技术是提高镁合金表面耐蚀性能的主要手段之一。
通过选择适当的表面处理技术，可以有效减少镁合金的腐蚀损失，延长材料使用寿命，并且在各个领域中得到更加广泛的应用。
随着技术的不断发展和优化，相信未来会有更多更好的表面处理技术出现，推动镁合金材料的更进一步发展。
镁合金防腐蚀方法
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一、镁合金防腐蚀方法
1. 选用合适的合金
挑选适合的镁合金是防腐蚀的首要措施，锌合金和铝合金对腐蚀耐受性较强，可用于各种恶性环境。
2. 表面处理
正确的表面处理是防腐蚀的又一重要措施。
常见的表面处理手段有：热镀层、助熔剂涂覆、电吸附技术、电泳涂层、喷涂、氮化膜和电火花等。
3. 维护保养
维护保养是镁合金防腐蚀的关键，包括定期检查镁合金面板的表面状况，并及时进行的修复、清洗、涂层和其它防腐蚀措施。
为了有效的避免腐蚀，合理选择材料和保养工作时应考虑环境条件，并定期对镁合金进行全面的保养。
4. 电解防腐蚀
做焊接的镁合金用电解作业来防腐蚀。
焊后的镁合金电解器和阳极用的是无水卤化物溶液。
将电解的时间控制在 20 分钟以内，电流密度不超过 2.5A/dm2 ，并且时常检查和修整阳极，及时更换溶液。
直至电解电压达到无流状态。
二、总结
综上所述，针对镁合金的防腐蚀，采取的措施是：选用合适的合金、表面处理、维护保养、电解防腐蚀等，在使用中要注意材料的选择、检查以及及时做好修复、清洗和涂层等防腐蚀工作。
镁合金的防腐蚀方法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。
摘要镁合金是重要的有色轻金属材料，具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，广泛应用于航空航天、汽车制造等工业领域。
然而，镁合金较差的耐腐蚀性能却制约着镁合金的应用拓展。
因此，采用表面改性技术以增强镁合金表面耐腐蚀性能具有重要的现实意义。
本文研究以AZ91D镁合金为试验材料，采用低熔点A1-Si共晶合金粉末在镁合金表面进行同步送粉激光合金化和预置式二步激光熔覆，以期提高镁合金表面耐蚀性能。
同时在镁合金表面探索性的进行Ni-Cr-B-Si粉末材料的激光改性试验，研究镁合金表面高熔点材料激光加工特点与可行性。
研究表明，A1-Si合金化层在固定的激光功率下，随扫描速度的增加，其熔宽、熔高、熔深呈下降趋势；．在一定的扫描速度下，熔宽和熔深随激光功率的增加而增加，而熔高却呈下降趋势。
合金化层组织由仅．Mg和Al固溶体基体与弥散分布其间的M92Si、AIl2Mgiv和A13M92金属间化合物(IMC)相组成。
A1-Si合金化层的硬度分布均匀且明显高于AZ91D母材。
A1-Si合会化层相对于AZ91D具有高极化阻力和低腐蚀率。
极化腐蚀优先发生于于α-Mg和Al固溶体基体中和基体与IMC相的界面部位。
对于A1-Si合金材料激光熔覆，熔覆层与镁合金母材结合方式受激光工艺参数影响明显。
在最佳激光参数范围内可实现熔覆层和母材的冶金结合，且母材中的镁对熔覆层底部有极小的稀释渗透。
熔覆层由树枝晶状的Ⅸ．A1和(a-AI+p-Si)共晶基体组织组成。
A1-Si熔覆层硬度略高于AZ9lD母材。
A1-Si熔覆层相对于AZ91D具有高极化阻力和较低的腐蚀率。
熔覆层极化腐蚀主要发生在作为阳极的仅．AI枝晶上。
盐雾试验定性的验证了阳极极化试验结果，具有最低腐蚀电流的A1-Si合金化层最耐盐雾腐蚀。
Ni-Cr-B-Si材料激光合金化改性层组织呈层状结构，合会涂层与其下的组织硬度差异明显。
不均匀的涂层结构使得涂层具有高于镁合金的腐蚀电势但却表现出高于镁合金的腐蚀电流。
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法制成的氧化膜是由MgO与MgAl2O4构成，膜层坚硬，耐磨性好，进一步喷漆后盐雾试验可达到500h。
但这两种工艺都含有剧毒的六价铬离子，含铬的化合物对环境和人类健康都有着不同程度的危害。
因此，目前各国着力于研制一种环保型的电解液用于镁合金的阳极氧化。
德国AHC 公司开发的MAGOXID-COAT工艺是一种硬质阳极氧化工艺，该工艺通过电解液的等离子体反应在金属表面形成陶瓷质膜层，膜层由MgAl2O4和来自电解液的一些化合物组成，膜层硬度较高，耐磨性好，对基体黏附性能好，且有很好的电绝缘性能，击穿电压约为600V。
东南大学的戎志丹[11]等人采用直流阳极氧化工艺研究了一种新型无铬环保镁合金阳极氧化配方及工艺。
其使用的镀液由NaOH，Na3PO4，KF，铝盐和适量添加剂组成。
结果表明，氧化膜主要由MgO和MgAl2O4组成。
该环保型阳极氧化新工艺所获得的膜层的耐腐蚀性能等级为9级，优于传统的HAE工艺（8级），因而能够对AZ31镁合金提供更有效地腐蚀防护。
等离子微弧阳极氧化[12]是对阳极氧化工艺的继承和发展。
等离子微弧阳极氧化在阳极区产生等离子微弧放电，微弧氧化电压[13]在140V～220V之间，火花放电短时间（1s～2s）里使金属表面局部温度升高至1000℃以上，从而使氧化物熔覆在镁合金表面，形成陶瓷质的阳极氧化膜，大大提高了普通阳极氧化膜的硬度和致密性。
因此等离子体微弧阳极氧化比普通阳极氧化膜的耐蚀性和抗磨性均有提高。
薛文彬[14]等在浓度为10g/L的NaAl2O3溶液中用30kW的等离子微弧氧化装置对镁合金MB15进行2h的微弧阳极氧化处理，对氧化膜分析发现，基材表面中的Zn元素会进入溶液，而溶液中的Al元素参与化学反应并进入氧化膜内，在膜表面形成贫Zn富Al层。
将处理过的样品在0.1%的H2SO4溶液中浸泡4h后，白色氧化膜开始出现腐蚀坑，而未处理的镁合金放入同一溶液中几秒钟后就出现明显的析氢腐蚀。
这表明镁合金经微弧阳极氧化处理后耐蚀性得到较大的提高。
2.3金属涂层处理化学镀是在镁合金表面制备金属涂层的常用方法。
该方法制备的金属涂层是通过溶液中的金属阳离子还原为金属原子沉积于镀件表面来实现的，其中反应所需的电子由基体金属直接提供。
其优点有：可以在形状复杂的样品，特别在孔洞及深凹处制备厚度比较均匀的镀层。
目前已应用于镁合金的化学镀层主要有Cu/Ni/Cr，Ni/Au，化学镀镍等[15,16]。
化学镀镍是近年来应用广泛的一种方法。
化学镀镍主要有浸锌法和直接化学镀镍2种。
浸锌法其工艺流程与电镀相同，其工艺过程为：表面处理－活化－浸锌－镀铜－化学镀镍/电镀，但其工艺复杂，镀液中含有CuCN，KCN，NaCN等毒性较大的物质，易对环境造成污染。
直接化学镀镍是通过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表面的方法。
直接化学镀镍法工艺简单、毒性小、废水处理容易，而且镀层的结合性能较好。
玄兆丰等人对AZ91D[17]镁合金进行了直接化学镀镍工艺的研究。
工艺流程为：制样－超声波清洗－碱洗－水洗－酸洗－水洗－活化－水洗－化学镀镍－水洗－烘干。
生成的化学镀镍层经显微硬度测试，镀层HV硬度为5500MPa～6000MPa，在经过300h连续喷雾的中性盐雾试验检验后，镀层未出现腐蚀斑点，表明镀层具有良好的耐蚀性，为镁合金基体提供了良好的保护。
此外，热喷涂也是在镁合金表面制备金属涂层的一种方法。
热喷涂是通过火焰、电弧或等离子体等热源，将线状或粉状的材料加热至熔化或半熔化状态，随后将其形成高速熔滴，喷射于镁合金基体表面，经过冷却后，在表面形成金属涂层。
该方法可以对镁合金表面进行强化，从而提高镁合金表面耐磨和耐腐蚀性能。
常用的镁合金表面热喷涂处理方法有表面热喷涂铝、喷涂纳米和陶瓷涂层材料等。
2.4有机涂层处理有机涂层[8]也是一种镁合金防腐蚀的重要方法。
有机涂层的种类很多，如油或油脂能在短时间内保护镁合金；环氧树脂涂层由于具有很强的黏附力，与水不发生浸湿，并且强度高，从而应用较为广泛。
尽管有机涂层的品种很多，操作简单，适应范围较广，是一种较为经济的镁合金表面处理方法。
但是，一般比较薄（厚度小于1 µm）、有孔隙、机械性能差，在强腐蚀介质、冲刷、冲击、腐蚀、高温下容易脱落，因此，只能在短时间内对镁合金进行保护。
粉末涂层[18]也是有机涂层的一种。
该方法首先将添加颜料的树脂涂层粉末涂于基体表面，然后加热使其聚合熔合形成匀、无孔的膜层。
由于环保，操作简单，并能在粗糙表面形成均匀的厚度的膜层，同时涂层材料损失很小，且可使用不溶于有机溶剂的树脂作为涂层粉末，故可作为涂漆工艺的理想替代涂层。
镁基体上得到的环氧基粉末涂层在盐雾试验和腐蚀循环试验中表现出良好的耐腐蚀性能。
2.5有机镀膜森邦夫等研究开发的有机镀膜技术[19～21]，是一种赋于金属材料表面多功能化和高性能化的有效方法[22,23]。
该方法采用三电极工作方式，镀液为含有特殊功能基团的三氮杂嗪硫醇类有机化合物水溶液，在施加一定的电流或电压和较短时间的条件下，有机化合物单体在镁合金表面通过电化学反应生成纳米级厚度的有机功能薄膜，从而对镁合金表面进行改性。
由于该有机薄膜是通过三氮杂嗪类有机物中所含的功能基团与镁合金表面反应生长并相互聚合增厚得到，且该薄膜生长致密、排列有序，因而经有机镀膜处理后的镁合金表面具有良好的抗腐蚀性能。
此外，由于镀液为功能基团可选的三氮杂嗪硫醇类有机材料，因而可以通过选择不同的功能基团（如疏水、亲水），达到镁合金表面多功能化改性。
2.6物理气相沉积物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)[24]是在真空条件下，采用各种物理方法，将固态的镀料转化为原子、分子或离子态的气相物质后，沉积于基体表面，形成固体薄膜的过程。
按沉积薄膜气相物质的生成方式和特征可以将其分为真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀膜3种。
中国科学院金属研究所霍宏伟等人[25]尝试通过磁控溅射的方法对AZ91D镁合金表面进行改性。
试验选用纯Al材料作为靶材，试验采用氩气压力为0.2Pa，功率15kW，基体温度300℃，溅射时间1.5h。
然而由于AZ91D镁合金和Al之间的线性热膨胀系数的差异，溅射Al薄膜层与镁合金表面的结合力并不理想。
Senf等[26]用PVD的方法在AZ91镁合金表面沉积了Cr和CrN的多层膜。
结果表明，这些膜层解决了膜层与基体结合力和耐磨性的问题，但是由于制得的膜层具有较多的孔洞，而导致表面的防腐能力较差。
日本工业大学的Yamamoto A等人[27]通过在镁合金表面沉积纯镁材料以提高其耐蚀性能。
纯度为99.9％的镁作为挥发源置于高于770K的温度区域内，3N-Mg合金作为基体置于530K 的温度范围内。
在1×10-1Pa的真空下进行32.4ks时间的气相沉积。
实验完成后将其置于温度300K，1％NaCl溶液中进行盐雾腐蚀测试173ks。
结果发现，经过气相沉积的3N-Mg 质量减少了4mg/cm2，而未处理的镁的质量减少了28mg/cm2。
同时处理后的表面只有轻微变暗，而未处理的表面却遭受到了严重腐蚀。
此外，Yamamoto A等人对在AZ31,AZ91E等合金上沉积3N-Mg,4N-Mg和6N-Mg的过程进行了研究[28～30]，并分别进行了盐雾试验。
