镁合金的表面处理.docx

镁合金汪铸件的表面处理清华大学机械丁程系曾大本张鹏摘要：按照表面成膜过程中有无外加电压作用，将现有镁合金压铸件的表面处理技术归纳为化学成膜技术 和阳极氧化成膜技术二大类分别介绍了化学成膜技术中的铭化处理、磷化处理、锌置换处理、化学腐蚀 处理等4类表面处理技术和阳极氧化成膜技术中的常规阳极氧化、等离子体微弧阳极氧化等2类表面处理技术，同时还简要地介绍了作者新近开发的镁合金压铸件交流等离子体微弧氧化处理技术，论述了上述各 种技术的特点，总结了在各种表面处理过程中获得高质量膜层应该注意的关键问题，并明确了镁合金压铸 件表面处理技术今后的发展方向关键词：镁合金压铸件表面处理关键问题发展方向ABSTRACT: The existing surface treatment technology of magnesium alloy die casting were divided into twogroups such as chemical coating and anodecoating according to whether the voltage being exerted during coating。

The fourtypes of surface treatment technology such as chromate treatment, phosphatetreatment , zinc displacement treatment and chemical corrosion treatment in chemical coating and two types such as conventional anode coating and plasma microarc anode coating in anode coating were introduced together with the alternating current plasma microarc oxidization coating which was developed by the author recently The characteristics of these kinds of technology were discussed . The critical problems for good coat in the process of these kinds of surface treatment were summarized。

The development direction of surfacetreatment technology of magnesium alloy die casting was determinedKey Works: Magnesium Alloy Casting , surface Treatmcnt , Critical Problem Development Direction能源危机与环境污染问题的日益突出，使得符合“综合性能优良、可近终形加工、可回收”材料发展 方向的镁合金脱颖而出，成为本世纪最受亲睐的一种应用材料在目前和今后相当长的一段时期内，高效、节能的镁合金压铸件仍将是镁合金的主要应用产品由于镁的负电性强（-2.36V SCE）,在大气中的耐蚀性极差，所以在使用前必须对镁合金压铸件根据具体要求进行适当的表面处理在镁合金压铸件的 生产成本中，表面处理这部分就占 40%左右，因此表面处理对镁合金压铸件的生产和应用至关重要目前,镁合金压铸件的表面处理研究不尽相同，不象铝合金表面处理那样成熟和规范，这在一定程度上制约了镁合金压铸件的应用，本文拟对现有的镁合金压铸件的表面处理技术进行简要的归纳，并分析其关键 技术问题和发展方向。

一、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铭化、磷化、锌置换和化学腐蚀等处理技术1）铭化处理铭化处理就是工件在以铭酸或重铭酸盐等为主体的处理溶液中进行浸渍，使表面产生氧化镁、氧化铭 或需酸盐保护膜层的表面处理技术典型的处理规范如表l所示通常含铭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、薄工件均适用铭化处理膜层均匀，厚度通常为0. 5〜3科也可使工件的耐腐蚀性可以提高数十倍。

镁合金的铭化处理研究开展得较多，较为成熟但由于铭离于对人体和环境 的副作用较大所以其应用已在逐渐减少表I珞化处理现前序号配方工艺规范膜层鲍色成分含量如.PH值温度C时同min1铭用(CrO.) 氧化模f Mg) 减收(H:SC»4) ( p = 1 *4)458-90.1-1室温0.5-0 75英色2申博殴他 iNaiCr^ 2ihO) 碉酸娱而酸鞋 (MnOSLt - 5HZO) 恰谢I -)110-17040-75\-22-i用85~沸腾10-20深得色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铭化处理液的好，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表口磷化找理规范序 号苣一方工艺规范膜层颜色成分含中，瞰PH值温度化时Mmiti1磷吸(HjPO4 1 ( pT 7$ J 博窿二氢顿氧.化钠 (NaF)5-8 （ ml；L）40*701 '21.3-1 990 〜9H10-30浜灰色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典型的处理规范如表3所示锌置换膜层不但有良好的耐腐蚀性，而且可以明显提高金属的附着性能，进行锌置换处理后，可进行触击电镀铜、镀馍、镀铭等处理，所 以锌置换处理主要用于镀金属前的压铸件的表面处理表3铐置换处理规范序配方工艺观范号成分含 t ：g/Lr ph is程度/匕「时间，min1磷酸锌(ZnSO2 HQ) 侏磷酸药(N也)氟化特I NaF 1或氧化寿 (LiF) 碳酸地30120"55702-154)化学腐蚀处理镁合金压铸件的化学腐蚀处理分二步进行，第一步采用铭酸、硝酸系溶液进行腐蚀；第二步在氢氟酸 系溶液里进行处理，以除去第一步处理时生成的铭酸膜，同时在工件表面形成氟化镁膜层典型的处理液 如表4所示由于化学腐蚀使工件表面凸凹不平，所以难于得到平滑光亮的膜层，但由于提高了膜层的附 着性，所以经化学腐蚀过的表面，可以直接进行镀银、镀铭等处理裹4化学腐蚀处理放序号配方成外含量佳L镣鼾炳院（70^*160- 12090- llDcc/ 12/熊熊―百门54- 220cc/J2 .阳极氧化成膜阳极氧化成膜主要是指镁合金压铸件作为阳极、在外加电压的作用下、通过在一定温度的溶液中进行一段时间的处理、利用工件与处理液之间的电化学反应在工件表面形成保护氧化膜层的一类表面处理技术。

阴极通常为槽体或不锈钢板阳极氧化成膜主要包括常规阳极氧化和等离子体微弧阳极氧化处理技术1）常规阳极氧化处理常规阳极氧化处理也就是工件在低电压作用下进行的阳极氧化处理技术典型的处理规范如表 5所示通常经过常规阳极氧化处理后，工件表面形成较为致密的氧化膜层，该膜层主要由氧化镁与六方氢氧化镁构成，与基体结合良好与化学成膜处理相比， 常规阳极氧化处理膜层的耐蚀性、耐磨性好、机械强度高，工件的尺寸精度几乎不发生影响，在某些使用情况下可省去涂装工艺，直接可作为最终处理，因此常规阳 极氧化处理技术得到了较为广泛的应用表5常燃阳极气化处理现范序 号配方工艺规范组分含 I也L温度 上起始电流,度能终电压 /V时同 .-'min1貉酸高谷酸钾206020-S00.61302苛性辆 纯碱5U5020-302-350303市珞取钾4酸二氮辆1005050-551.5-25-630-404苛性轴磷酸三钠50-5530-3570-751 5-243卜402）等离子体微弧阳极氧化处理将常规阳极氧化处理的电压升高到一定值，在阳极区将产生等离于体微弧放电微弧直径一般在几微 米至几十微米之间，在工件表面的停留时间约为几十毫秒，相应的温度可高达几千度，可使周围的液体汽 化。

形成高温高压区，在该区域内，在电场的作用下，可产生大量的电子和正负离子，因此可产生特殊的 物理化学作用，使生成的氧化膜成为陶瓷质的有序结构（主要由立方结构的氧化镁构成），这种特殊的镁 合金压铸件表面处理技术就是等离于体微弧阳极氧化处理技术这是近年来刚刚探索出来的一种崭新的处 理方法，典型的处理规范如表 6所示因为微弧放电会使处理液的温度不断升高，所以为了保证处理液的 温度恒定，进行表面处理时还需要采用循环冷却系统由于得到的陶瓷膜层为基体原位生长，因此完整、 致密、与基体和油漆的附着性能好，具有优良的耐蚀性、耐磨性和电绝缘性目前采用等离子体微弧阳极 氧化处理技术可根据具体要求，制备出装饰型、保护型、功能型等陶瓷表面，已应用于实际生产，进一步 的研究正处在不断的探索中荻6 等离子体循强阳执丸化处理规范*fli方工七燃范号如分舍量 砂•温&电流密度 JAj'dm3时间jfnin1NaAHJ,102Mo153(13）交流等离子体微弧氧化处理技术作者近半年来针对镁合金压铸件的表面处理进行了研究，开发出了交流等离子体微弧氧化处理技术及 相应的处理溶液该技术采用工频交流电对镁合金压铸件进行等离于体微弧氧化处理，与前述的阳极氧化 处理相比，该技术不需用直流电源、设备简单，工件的表面处理时间大大缩短，其处理效率较其它方法提 高了 20倍以上，在处理镁合金压铸外壳时，一般在几分钟处理时间之内就可达到表面处理的全部要 求。

在实际生产中的初步应用已证明交流等离于体微弧氧化处理技术是一种非常实用、有前途的镁合金压 铸表面处理技术目前，该技术在其它方面的应用正在研究中，相信不久将会取得可喜的成果 二、表面处理的关键技术问题镁。