镁合金表面防腐层的研究现状

材料科学基础挤压铸造技术的最新发展学院名称：材料科学与工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：张振亚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。

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。

铝镁合金防腐涂层在现代工业领域中，铝镁合金因其优异的性能而被广泛应用。

然而，铝镁合金在某些特定环境下容易受到腐蚀，这就使得防腐涂层的应用成为了保障铝镁合金制品长期稳定运行的关键。

铝镁合金具有低密度、高强度、良好的导热性和导电性等优点，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域都有出色的表现。

但它的化学性质较为活泼，在潮湿、酸性或碱性环境中容易发生腐蚀反应，从而影响其性能和使用寿命。

为了应对铝镁合金的腐蚀问题，防腐涂层应运而生。

防腐涂层就像是给铝镁合金穿上了一层“防护服”，能够有效地隔离外界环境中的腐蚀性物质，从而达到保护铝镁合金的目的。

常见的铝镁合金防腐涂层类型多种多样。

其中，有机涂层是应用较为广泛的一种。

有机涂层包括油漆、树脂涂层等。

这些涂层通常具有良好的柔韧性和装饰性，能够根据不同的需求调配出各种颜色和光泽。

它们通过在铝镁合金表面形成一层连续的膜，阻止腐蚀性介质的侵入。

然而，有机涂层的耐磨性和耐高温性能相对较弱，在一些恶劣的工作环境中可能会出现失效的情况。

另一种常见的涂层是无机涂层。

无机涂层如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，具有优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能。

陶瓷涂层能够提供出色的硬度和化学稳定性，有效抵抗各种化学物质的侵蚀。

金属氧化物涂层则可以通过形成致密的氧化膜来保护铝镁合金。

但无机涂层的制备工艺相对复杂，成本也较高。

还有一种复合涂层，它结合了有机涂层和无机涂层的优点。

通过多层结构的设计，既能发挥有机涂层的柔韧性和装饰性，又能借助无机涂层的优异性能提高整体的防护效果。

在选择铝镁合金防腐涂层时，需要综合考虑多个因素。

首先是使用环境。

如果铝镁合金制品将在高温、高湿度或者强腐蚀性的环境中工作，那么就需要选择具有相应耐受性能的涂层。

其次是涂层的性能要求，比如耐磨性、耐冲击性等。

此外，成本也是一个重要的考量因素，既要保证涂层的防护效果，又要在经济上具有可行性。

涂层的制备工艺对于涂层的质量和性能有着至关重要的影响。

材料与表面处理技术镁合金腐蚀与防护研究现状及进展郭冠伟,苏铁健,谭成文,杨素媛(北京理工大学材料科学与工程学院,北京100081)摘　要:镁合金的腐蚀问题是制约镁合金应用的主要瓶颈因素。

本文介绍了镁合金腐蚀的特点,并综述了镁合金腐蚀与防护的研究现状和进展。

关键词:镁合金;腐蚀;防护中图分类号:TG17 文献标志码:A 镁合金因其优异的性能,如密度小(密度仅为1.738g/cm3)、比强度高、良好的导电能力和电磁屏蔽性能,减振和阻尼性能好,易加工不易老化等一系列特点受到航空航天、汽车和电子等工业的青睐,被誉为“21世纪的绿色工程材料”[1]。

但是耐蚀性差是镁合金存在的主要问题之一,长期以来极大地限制了镁合金的广泛应用,使得镁合金的诸多优势得不到充分的发挥。

近些年来,国内外的研究者从不同的角度来提高镁合金抗腐蚀性能,主要有以下几种方法:1)开发新合金及提高纯度;2)采用快速凝固技术限制有害杂质的危害;3)表面处理。

1　镁合金的腐蚀特点纯镁的标准电极电位为-2.37V,故镁及其合金具有极高的化学和电化学活性,加之镁合金的氧化膜疏松多孔(M gO与M g的密度比为0.81)[2],因此,在一般的环境中都不耐腐蚀,在中性和碱性环境中镁合金的腐蚀与纯镁的腐蚀反应类似,主要的反应是:Mg=M g2++2e-(阳极反应)2H2O+2e-=H2+2OH-(阴极反应)Mg2++2O H-=M g(OH)2(生成腐蚀产物)这只是一个笼统的反应,其中可能包括一些中间步骤,最典型的初始产物是+1价的镁离子,但是其存在的时间极短[3]。

镁合金的腐蚀具有特殊的电化学现象,称之为负差数效应(Negative Difference Effect,NDE),即镁的阳极溶解反应速率和阴极析氢反应速率随外加电压的增高或外加电流密度的增大都呈现加快的趋势,这与正常的电化学理论是相悖的,称为负差数效应。

Mo rdike B L认为阴极极化后,金属表面状况发生剧烈改变,与极化前相比差别很大,使得镁合金的自腐蚀速率增加,出现负差数效应[4]。

1 文献综述镁合金的防腐蚀保护如何增强镁合金的耐蚀性能已成为镁合金研究领域的热点。

解决镁合金腐蚀问题的方法包括[8]：〔1〕开发高纯合金或新合金降低有害杂质到允许极限以下，如AZ91hp。

或参加新元素，如Mg-Li 合金以及含Ca、Zr 的高温合金。

〔2〕快速凝固处理快速凝固处理〔RSP〕可以扩大固溶度的限制，使有害元素以危害更小的相态或在危害更小的位置存在，并且增大以高浓度存在时可以形成玻璃体氧化膜的元素的固溶度，促进更具保护性并有“自愈〞才能的玻璃体膜的形成，因此也能进步材料的耐蚀性能。

RSP 还能改善微观构造使材质构造更趋均匀，从而防止部分微电池的作用[9]。

〔3〕外表改性包括离子注入技术和激光处理技术。

在真空状态下使用高能离子束轰击目的体，几乎可以实现任何离子的注入，I.Nakatsugawa 等用N2+注入AZ91D 使腐蚀速率降低了85%[10]。

激光处理技术包括激光热处理和激光外表合金化，可以在金属外表产生极高的冷却速率，形成亚稳态的固熔体。

但在目前阶段，这种技术还无法用于商业消费。

镁合金涂装的特殊性许多因素给传统涂料在镁合金上的涂装带来了很大的困难：〔1〕镁合金的高化学活性[2]。

一遇到空气或水就会在外表形成对涂层粘结性和均匀性有破环作用的氧化物/氢氧化物薄膜。

〔2〕铸造镁合金件难以防止的外表缺陷和大量的孔洞给涂装造成困难[12]。

〔3〕镁合金在高温下的抗蠕变性能普遍很差〔如Mg-Al-Si 系与Mg-Al-RE(稀土)系合金使用温度上限分别为150℃、175℃〕[2]，限制了传统高温烘烤漆在某些镁合金上的应用。

因此，在镁及其合金外表要获得高附着性、强耐蚀性和漂亮外观的涂层，正确的预处理过程是非常必要的。

其外表必须无尘、无污染物，且无硅酸盐和金属间化合物等[11]。

在对工件涂装有机涂层前，必须采用恰当的方法去除工件孔洞中的水分和空气，以免由于脱气而在涂层中形成针孔[11]。

同时，涂料的固化温度要受到涂覆对象的使用温度要求的限制。

摘要镁及其合金具有许多优良的物理和机械性能,具有较高的比强度和比刚度、易于切削加工、易于铸造、减震性好、能承受较大的冲击震动负荷、导电导热性好、磁屏蔽性能优良,是一种理想的现代结构材料[ ,现已广泛应用于汽车、机械制造、航空航天、电子、通讯、军事、光学仪器和计算机制造等领域。

为使镁合金应用于不同的场合,经常需要改变其表面状态以提高耐蚀性、耐磨性、可焊性、装饰性等性能。

目前有许多工艺可在镁及镁合金表面上形成涂覆层,包括电镀、化学镀、转化膜,阳极氧化、氢化膜、有机涂层、气相沉积层等。

其中最为简单有效的方法就是通过电化学方法在基体上镀一层所需性能的金属或合金,即电镀或化学镀。

目录摘要 .........................................................错误！未定义书签。

1.绪论 (2)1.1镁合金表面防腐处理现状 (2)1.1.1镁合金表面防腐重要性 (2)1.1.2镁合金表面防腐常用方法及优缺点 (2)2.镁合金表面防腐综合设计 (6)2.1所选表面处理方法综述 (6)2.1.1所用方法及其国内发展现状 (6)2.1.2所用方法的评价分析 (7)2.1.3具体工艺流程及注意事项 (7)2.2 性能分析与检测 (8)参考文献 (9)绪论镁合金优异的物理和机械性能使其近年来得到广泛关注，镁合金的比强度高、刚性好，具有优良的尺寸稳定性、减振性、热导电性和电磁屏蔽能力，并且镁资源丰富、容易回收，这些优点使镁被誉为“21世纪的绿色金属结构材料”，可广泛应用于汽车零件、3C产品、航空航天和军工等领域[1]。

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。

镁合金表面处理研究现状及发展趋势梁春林,刘宜汉,韩变华,李红兵,吉海滨,姚广春(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004) [摘　要]　近年来,3C 产业迅猛发展,节能环保成为全球关注的焦点,而减轻材料的重量和材料的循环利用是实现环保的重要手段。

镁合金是最轻的工程金属材料之一,它具有良好的比强度、比刚度、可再循环和良好的铸造性能等特点,具有替代传统材料的广阔前景,被誉为21世纪绿色金属结构材料。

但镁合金的耐蚀性差,严重阻碍了它的工业应用。

因此,镁合金的表面防护处理极为重要。

现在镁合金的表面处理工艺多种多样,良莠不齐。

为了探索镁工业表面处理的最佳工艺,按照表面改性和表面涂层两大类系统地阐述了当今国内外镁合金表面处理的各种方法及其优缺点。

最后,在综合前述处理工艺的基础上,提出了今后镁合金表面处理工艺的发展趋势。

[关键词]　镁合金;表面处理;表面改性;表面涂层[中图分类号]TG174.4 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2006)06-0057-04Presen t S itua ti on and D evelop m en t Trend of M g A lloy Surface Trea t m en tL I AN G C hun 2lin,L I U Yi 2han,HAN B ian 2hua,L I H ong 2bing,J I H a i 2bin,Y AO G uang 2chun(Material and Metallurgy College,Northeast University,Shenyang 110004,China )[Abstract]　A s 3C industry has being devel oped rap idly recently,energy 2saving and envir onment p r otec 2ti on have been the worldwide focal point .Reducing weight and cyclical utilizati on of martial are the best meth 2ods .Magnesiu m all oy is one of the lightest engineering materials .It has been na med the 21century green struc 2tural metallic materials and has extensive app licati on p r os pect f or its characteristics such as s pecific strength,s pecific rigidity,recirculati on,better casting p r operty and s o on .But the industry app licati on of magnesium al 2l oy is severely li m ited f or its l ow corr osi on resistance .So the p reventive dis posing on the surface of magnesiu m all oy is very i m portant .Now,there are many kinds of surface treat m ent technol ogies ofMg all oy .I n order t o ex 2p l ore the op ti m al technol ogy of surface treat m ent,many methods of surface treat m ent f or magnesiu m all oy are re 2vie wed and res pective characteristic at home and board are discussed .Es pecially surface modificati on and sur 2face coating are e mphasized t o be analysed .I n the end the devel opment trend of magnesiu m all oy in future is al 2s o given basing on the f or mer methods .[Key words]　Mg all oy;Surface modificati on;Surface treat m ent;Surface coating[收稿日期]2006-07-24[作者简介]梁春林(1979-),男,四川巴中人,硕士,研究方向:镁合金表面处理工艺。

浅谈镁合金防腐蚀技术的现状及发展方向摘要：镁合金以其强度、比模量和优异的力学性能,已在众多领域受到广泛关注。

但是,由于镁合金化学活性高、耐蚀性能差的缺陷制约了其应用范围。

因此,镁合金的表面防护处理(耐腐蚀)极为重要。

关键词：镁合金防腐蚀表面处理现状发展方向前言：镁合金由于具有质轻兼顾，易于回收等诸多优点，正在成为钢铁、铝合金、工程塑料的一种重要替代材料。

但镁是极活泼的金属，耐蚀性极差，在潮湿空气和中性、酸性溶液中都容易受到腐蚀。

耐蚀性能差成为制约镁合金扩大应用的主要因素之一。

改善镁合金的耐蚀性主要有两条途径，一是通过添加合金元素，减少杂质含量，进行适当的热处理等方法改善合金材料本身的耐蚀性，二是对镁合金制品进行适当的表面处理，实现和外部环境的隔绝，阻碍腐蚀的发生。

镁合金表面处理常用的方法有化学氧化、电化学氧化、电镀等。

镁在地壳中储量丰富,仅次于铝、铁居第三位。

镁属于轻金属,密度为1.74g/cm3,约为铝的2/3、钢的1/5,作为结构性材料有着非常广泛的应用前景。

镁合金具有密度小,比强度、比刚度高,阻尼性、切削加工性、导电导热性好,电磁屏蔽能力强,尺寸稳定,易回收等优点,使镁合金在航空工业、汽车、机械设备、电子产品等领域有着非常广阔的应用前景,被称为“21世纪的绿色工程材料”。

我国是世界原镁生产和出口大国。

但是,我国镁合金的研究和应用开发却相对滞后,其中一个重要的原因是镁合金的防腐问题没有很好地解决。

镁是所有工业合金中化学活性最高的金属元素,其标准电极电位为-2.37V,在常用介质中的电位也相当低。

镁合金在大气中的耐蚀性主要取决于大气的湿度与污染程度,腐蚀形成的氧化膜(MgO),但氧化膜多孔而疏松,会使腐蚀加剧,并且会阻碍表面处理的进行。

在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中均会遭受严重的化学腐蚀。

另外,镁合金与其它金属接触时,一般作为阳极发生电化学腐蚀,阴极是与镁直接有外部接触的异种金属,也可以是镁合金内部的第二相或杂质相,后者在宏观上表现为全面腐蚀。