镁合金表面处理工艺

镁合金具有比重小、比强度和比刚度高、良好的减震和电磁屏蔽性能以及良好的可回收性等优点，航空航天、汽车工业和电子产品外壳中具有广阔的应用前景。被誉为21世纪最具开发应用潜力和发展前景的绿色工程材料。然而，镁合金具有很高的化学和电化学活性，大气中，特别是潮湿和沿海地区，容易受到腐蚀，限制了镁合金的广泛应用。控制镁合金的成分，形成均匀的组织可以提高镁合金的耐蚀性，但镁合金的最终防腐往往需要进行表面处理。为了获得自保护的钝化膜，需要新的发现和新技术的开发。目前，各种表面处理技术被应用于镁合金的表面保护，以改变镁合金的性能，扩大镁合金的应用领域，提高镁合金材料的使用寿命。镁合金材料常用的主要表面处理方法如下：

　 化学转化

镁合金化学转化膜按溶液可分为铬酸盐体系、有机酸体系、磷酸盐体系、高锰酸钾体系、稀土元素体系和锡酸盐体系。

传统的铬酸盐膜结构致密，以铬为骨架，而含铬结构水具有良好的自修复功能和较强的耐腐蚀性。然而，铬毒性大，废水处理成本高，发展无铬转化处理势必行。高锰酸钾溶液中处理镁合金可获得非晶态结构的化学转化膜，其耐蚀性与铬酸盐膜相当。碱性锡酸盐的化学转化处理可以作为镁合金化学镀镍的预处理，取代传统的含有Cr、f、CN等有害离子的工艺。化学转化膜的多孔结构镀前活化过程中表现出良好的吸附性能，可以提高镍镀层的附着力和耐蚀性。

通过有机酸处理得到的转化膜同时具有防腐、光学和电子学等综合性能，对化学转化处理的新发展起着非常重要的作用。

化学转化膜薄、软、防护能力弱。一般仅作为装饰或保护层的中间层使用。

　 阳极氧化

与化学转化法相比，阳极氧化法可获得更好的耐磨、耐腐蚀涂层基层，且具有良好的附着力、电绝缘性和抗热震性。它是镁合金常用的表面处理技术之一。

传统镁合金阳极氧化电解液中普遍含有铬、氟、磷等元素，不仅污染环境，而且危害人体健康。近年来，与经典工艺dow17和hae相比，通过环境友好工艺获得的氧化膜的耐腐蚀性有了很大提高。优异的耐蚀性来源于阳极氧化后铝、硅等元素表面的均匀分布，形成的氧化膜具有良好的致密性和完整性。

一般认为，氧化膜中的孔隙率是影响镁合金耐蚀性的主要因素。结果表明，阳极氧化液中加入适量的硅铝溶胶，可以提高氧化膜的厚度和密度，降低孔隙率。此外，溶胶的组成会使成膜速度增加快而慢，但基本不影响薄膜的X射线衍射相结构。

然而，阳极氧化膜易碎且多孔，因此难以复杂工件上获得均匀的氧化膜。

　 金属涂层

镁和镁合金是最难电镀的金属，原因如下：

（1） 镁合金表面易形成氧化镁，不易去除，严重影响涂层附着力；

（2） 镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会引起镁基体的快速腐蚀，或与其他金属离子的置换反应非常强烈，被置换的镀层结合非常松散；

（3） 第二相（如稀土相γ相等）具有不同的电化学特性，可能导致不均匀沉积；

（4） 涂层的标准电位远高于镁合金基体的标准电位。任何通孔都会增加腐蚀电流，造成严重的电化学腐蚀，而镁的电极电位是非常负的，因此电镀过程中很难避免针孔析氢；

（5） 镁合金铸件的致密性不是很高，表面有杂质，可能成为涂层气孔的来源。

因此，化学转化膜法一般是先浸锌或锰，然后镀铜，再进行其他电镀或化学镀处理，以增加镀层的附着力。镁合金电沉积层上有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等镀层，化学镀层主要为Ni-P、Ni-W-P等镀层。

单一的化学镀镍层有时不足以保护镁合金。研究表明，化学镀镍与碱性锌镍镀层相结合，镀层厚度约35μM，钝化后可承受800～1000h的中性盐雾腐蚀。也有人用化学镀镍作为底层，然后直流镀镍可以得到微晶镍镀层。平均晶粒尺寸为40nm。由于晶粒细化，涂层的孔隙率大大降低，结构更加致密。

电镀或化学镀是一种表面处理方法，可同时获得优异的耐腐蚀性和电气、电磁和装饰性能。缺点是预处理中的铬、氟和镀液对环境污染严重；大多数涂料含有重金属，这增加了回收的难度和成本。由于镁基体的特性，附着力有待提高。

激光加工

激光处理主要包括激光表面热处理和激光表面合金化。

激光表面热处理，也称为激光退火，实际上是一种快速表面凝固处理。激光表面合金化是激光表面热处理基础上发展起来的一项新技术。激光表面合金化可以获得不同硬度和冶金结合界面的合金层。高纯镁合金也可以通过激光辐照制备单层和多层合金化层。

采用宽带激光镁合金表面制备Cu-Zr-Al合金熔覆层时，由于熔覆层中形成的各种金属间化合物的增强，合金镀层具有较高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。由于稀土元素nd的存，激光快速熔化处理后获得的激光多层涂层可以明显细化晶粒，提高熔覆层的致密性和完整性。

激光处理可以处理几何形状复杂的表面，但镁合金激光处理过程中容易发生氧化、蒸发、汽化、气孔和热应力。设计正确的处理工艺非常重要。

就目前镁合金行业而言，表面处理是一个大问题。毕竟，与铝合金相比，许多系列镁合金产品的表面处理效果并不理想，仍处于不断研发和探索阶段，这也导致镁合金无法大规模应用于日常生活和民用产品，虽然只有高强度镁合金才能应用于高端产品和军工产品，但高成本已成为镁合金推广的难题之一。据了解，由于新能源汽车产业规模的扩大和快速发展，镁合金产业的布局也被带动，为镁合金市场指明了一条光明的道路。许多镁合金制造商都将镁合金表面处理作为一项重要的专项研究项目。新能源的发展是必然的，它也赋予了镁合金行业不同的历史使命。我相信，随着技术的不断创新，镁合金行业将会发展得越来越顺利，成为替代传统金属产品的中坚力量。