镁及镁合金
zhoucljob · 2010-05-22 08:58 · 43483 次点击
目录
镁概述
镁的发现过程
镁的化学性质
镁的工业制法
镁元素用途
镁加工性能
镁合金物理性能
镁合金应用特点
镁合金种类与特性
镁合金应用领域
镁合金应用举例
镁合金铸造
镁合金防腐蚀方法
镁概述
镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一,镁的比重是1.74g/cm3,只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4;镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%。
镁具有比强度、比刚度高,导热导电性能好,并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。
镁的发现过程
1808年,英国的戴维,用钾还原白镁氧(即氧化镁MgO),最早制得少量的镁。
物理性质:银白色的金属,密度1.738克/厘米3,熔点648.9℃。沸点1090℃。化合价+2,电离能7.646电子伏特,是轻金属之一,具有延展性,金属镁无磁性,且有良好的热消散性。
镁的化学性质
data/attachment/portal/201111/06/145346hufrzsz4fzszxohh.jpg镁的燃烧
镁条燃烧生成氧化镁具有比较强的还原性,能与热水反应放出氢气,燃烧时能产生眩目的白光,镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用,也不受苛性碱侵蚀,但极易溶解于有机和无机酸中,镁能直接与氮、硫和卤素等化合,包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用。
1.与非金属单质的反应:2Mg+O2=2MgO3Mg+N2=Mg3N2(点燃)
2.与水的反应:Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑(加热)
3.与酸的反应:Mg+2HCl=MgCl2+H2↑Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
镁与盐酸反应4.与氧化物的反应:2Mg+CO2=2MgO+C(点燃)
5.与空气反应:2Mg+O2=2MgO(点燃)
*2Mg+CO2=2MgO+C(点燃)
3Mg+N2=Mg3N2(点燃)
*注:该反应在氧气充足时一般不发生或发生后又有C+O2=CO2(点燃),因为在反应后不见有黑色固体生成。
镁的工业制法
镁存在于菱镁矿(碳酸镁)MgCO3、白云石(碳酸镁钙)CaMg(CO3)2、光卤石(水合氯化镁钾)KCl·MgCl2·H2O中。工业上利用电解熔融氯化镁或在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁,前者叫做熔盐电解法,后者叫做硅热还原法。氯化镁可以从海水中提取,每立方英里海水含有约120亿磅镁。
Mg在海水中的提取
①CaCO3(s)=(高温)CaO(s)+CO2(g)↑
CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s)
②Ca(OH)2(aq)+MgCl2(aq)=Mg(OH)2(s)↓+CaCl2(aq)
③Mg(OH)2(s)+2HCl(l)+6H2O(l)=MgCl2·6H2O(s)+2H2O(l)
④MgCl2·6H2O(s)=(HCl)MgCl2(s)+6H2O(l)
⑤MgCl2(l)==通电==Mg(s)+Cl2(g)↑
镁元素用途
data/attachment/portal/201111/06/145346nis3rzqapqrb554g.jpg镁应用在飞机制造
常用做还原剂,去置换钛、锆、铀、铍等金属。主要用于制造轻金属合金、球墨铸铁、科学仪器脱硫剂脱氢和格氏试剂,也能用于制烟火、闪光粉、镁盐等。结构特性类似于铝,具有轻金属的各种用途,可作为飞机、导弹的合金材料。但是镁在汽油燃点可燃,这限制了它的应用。
日常用途:体操运动员常涂镁粉来增加摩擦力.(是MgCO3)
医疗用途:治疗缺镁和痉挛。
金属镁能与大多数非金属和酸反应;在高压下能与氢直接合成氢化镁;镁能与卤化烃或卤化芳烃作用合成格利雅试剂,广泛应用于有机合成。镁具有生成配位化合物的明显倾向。
镁是航空工业的重要材料,镁合金用于制造飞机机身、发动机零件等;镁还用来制造照相和光学仪器等;镁及其合金的非结构应用也很广;镁作为一种强还原剂,还用于钛、锆、铍、铀和铪的生产中。
纯镁的强度小,但镁合金是良好的轻型结构材料,广泛用于空间技术、航空、汽车和仪表等工业部门。一架超音速飞机约有5%的镁合金构件,一枚导弹一般消耗100~200公斤镁合金。镁是其他合金(特别是铝合金)的主要组元,它与其他元素配合能使铝合金热处理强化;球墨铸铁用镁作球化剂;而有些金属(如钛和锆)生产又用镁作还原剂;镁是燃烧弹弹和照明弹不能缺少的组成物;镁粉是节日烟花必需的原料;镁是核工业上的结构材料或包装材料;镁肥能促使植物对磷的吸收利用,缺镁植物则生长趋于停滞。镁在人民生活中占有重要地位的一种基础材料。
金属镁是铝合金中的主要合金元素,世界年需求量在15万吨左右,2000年我国铝合金生产290万吨,用镁作合金元素,每年约需1.01万吨。
镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一,可广泛用在地下铁制管道、石油管道、储罐、海上设施、装备、民用等。
镁加工性能
优点
1溶化成本只有铝的2/3
2压铸生产效率比铝高25%,金属模铸造比铝高300—500K,消失模铸造比铝高200%
3镁铸件的表面质量和外观明显比铝好(因为模具的热载荷减小,可降低检查频率)
4模具寿命是铝的2倍(或更多,根据模腔形状)
5镁脱棋斜角可很小(可取消随后的机加工),而且表面成形好(因为镁的粘度低)
缺点
1和铝金属模铸造相比,镁压铸生产有较高的残余废料率(和铝压铸废料产出率相比)
2镁压铸的生产设备投资很高。和铝重力/低压/硝模等工艺比,镁压铸机很贵(因为需要较高的锁模力和充型射料速度),当然它的生产率也是前者的4倍
3镁压铸需要较高的试模成本和较长的试制时间,而钢制部件(制造采用简单的焊接技术按图加工)或塑料部件(可采用低成本原型工装)则简单得多
4和铝低压或金属模铸造比,镁压铸需要较高的模具成本。因为压铸模大并复杂,还要承受高锁模力(当然高生产率也可降低单件产品的成本)
5镁压铸和铝压铸相比,其烧损率要高50K,也就是4%比2%(因为镁的较高的表面活性)
6镁压铸屑片的回收成本.比铝高,干燥的镁屑片不容易回收,潮湿的就更不容易了,必须非常小心,防止着火
镁合金物理性能
以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是:密度小(1.8g/cm3左右),比强度高,弹性模量大,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金,其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。
在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3,是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属,高强度、高刚性。
镁合金应用特点
data/attachment/portal/201111/06/145347oop4c7xjmjjv7gjm.jpg镁合金应用在汽车制造
其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点:质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收;另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。
应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中,达到轻量化的目的。
镁合金的比重虽然比塑料重,但是,单位重量的强度和弹性率比塑料高,所以,在同样的强度零部件的情况下,镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外,由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高,因此,在不减少零部件的强度下,可减轻铝或铁的零部件的重量。
镁合金相对比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢,远高于工程塑料。
在弹性范围内,镁合金受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金件大一半,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。
镁合金熔点比铝合金熔点低,压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPA,最高可达600多Mpa。屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。
镁合金还个有良好的耐腐蚀性能,电磁屏蔽性能,防辐射性能,可做到100%回收再利用。
镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高,可进行高精度机械加工。
镁合金具有良好的压铸成型性能,压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。
镁合金种类与特性
1.镁合金材料分类
(1)铸造用
AZ63AZ81AZ91AM50AM20AS41AS21ZK51ZK61
EZ33HK31HZ32QE22QH21WE54WE43ZM41ZC63
(2)压铸用
AZ91DAM50BAM60BAS21X1AS41XB
(3)挤型用
AZ31BAZ61AAZ80AZK60AZM21
(4)锻造用
AZ31BAZ61AAZ80AHM21AHK31ALA141ALS141ALZ145AM1ATA54AZK60A
(5)焊接用
AZ63AAZ81AAZ91CAZ92AAM100AAZ101AEK41AEZ33AHK31A
EZ41AZH62AZK51AZK61ALA141A
2.镁合金的特性
(1)镁合金相对比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢,远高于工程塑料。
在弹性范围内,镁合金受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金件大一半,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。
(2)镁合金熔点比铝合金熔点低,压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250Mpa,最高可达600多Mpa。屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。
(3)镁合金还个有良好的耐腐蚀性能,电磁屏蔽性能,防辐射性能,可做到100%回收再利用。
(4)镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高,可进行高精度机械加工。
(5)镁合金具有良好的压铸成型性能,压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。
镁合金在汽车上最早的应用是三十年代英国伦敦城市公交的曲轴连杆箱体铸造件。在那个时期,生产出50多万件拖拉机变速箱壳体,而且至今仍在生产。在汽车动力系中,镁的应用数量最大的公司是大众汽车公司(VW)。这些部件的重为17公斤,比它所替代的铸铁件要轻50斤。
随着市场对镁产品需求应用领域的不断拓宽,从航空、航天、汽车零部件、钢铁脱硫、合金压铸件、3C产品的广泛应用,到民用产品的不断研发,以及镁合金技术的进一步研究,镁产品的发展愈来愈显现出它独特的不可替代的优点。同时由于镁合金较好的加工性能、较强的机械性能、重量轻、韧性好屏蔽性好,特别是具有极强的回收性能,越来越受到人们的青睐。
镁合金应用领域
data/attachment/portal/201111/06/145347jlyi1di3zjydqdyr.jpgB-52轰炸机
镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。镁的重量比铝轻,比重为1.8,强度也较低,只有200~300兆帕(20~30公斤/毫米2),主要用于制造低承力的零件。镁合金在潮湿空气中容易氧化和腐蚀,因此零件使用前,表面需要经过化学处理或涂漆。德国首先生产并在飞机上使用含铝的镁合金。镁合金具有较高的抗振能力,在受冲击载荷时能吸收较大的能量,还有良好的吸热性能,因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金在汽油、煤油和润滑油中很稳定,适于制造发动机齿轮机匣、油泵和油管,又因在旋转和往复运动中产生的惯性力较小而被用来制造摇臂、襟翼、舱门和舵面等活动零件。民用机和军用飞机、尤其是轰炸机广泛使用镁合金制品。例如,B-52轰炸机的机身部分就使用了镁合金板材635公斤,挤压件90公斤,铸件超过200公斤。镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件,如中国“红旗”地空导弹的仪表舱、尾舱和发动机支架等都使用了镁合金。中国稀土资源丰富,已于70年代研制出加钇镁合金,提高了室温强度,能在300°C下长期使用,已在航空航天工业中推广应用。
目前,镁合金在汽车上的应用零部件可归纳为2类。
(1)壳体类。如离合器壳体、阀盖、仪表板、变速箱体、曲轴箱、发动机前盖、气缸盖、空调机外壳等。
(2)支架类。如方向盘、转向支架、刹车支架、座椅框架、车镜支架、分配支架等。
根据有关研究,汽车所用燃料的60%是消耗于汽车自重,汽车自重每减轻10%,其燃油效率可提高5%以上;汽车自重每降低100kg,每百公里油耗可减少0.7L左右,每节约1L燃料可减少CO2排放2.5g,年排放量减少30%以上。所以减轻汽车重量对环境和能源的影响非常大,汽车的轻量化成必然趋势。
手机电话,笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大,在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。
然镁合金的导热系数不及铝合金,但是,比塑料高出数十倍,因此,镁合金用于电器产品上,可有效地将内部的热散发到外面。
在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金。电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。
电磁波屏蔽性:镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好,因此,使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。
在硬盘驱动器的读出装置等的振动源附近的零件上使用镁合金。若在风扇的风叶上使用镁合金,可减小振动达到低骚音。此外,为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻量化,在方向盘和坐椅上使用镁合金。
镁合金应用举例
AZ91D强度高且耐腐蚀性好电器产品的壳体等
AM60B延伸率和抗冲击力大汽车上的方向盘和坐椅等
AM50A延伸率和抗冲击力大汽车上的方向盘和坐椅等
AS41B抗蠕变性能好汽车上的减速箱等
镁合金铸造
1.铸造镁合金的发展
按成形工艺,镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金,两者在成分、组织性能上存在很大差异。铸造镁合金主要用于汽车零件、机件壳罩和电气构件等;变形镁合金主要用于薄板、挤压件和锻件等。铸造镁合金比变形镁合金的应用要广泛得多。
铸造镁合金大致可以分为三个阶段:
(1)第一个阶段是一个基础阶段主要在镁中加入铝和锌,即Mg-A1-Zn系合金。这类合金可得到与铸造铝合金相近的抗拉强度。我国的ZM5、英国的L121及美国的AM80A都属于这类合金,主要添加元素为铝,而锌的含量较低,主要是因为锌含量增加时,容易出现显微疏松。
(2)第二个阶段是一个改进阶段在镁中加入锆,常见的含锆合金系有Mg-Zn-Zr,Mg-RE-Zr等。锆在镁合金中的主要作用就是细化镁合金晶粒,从而提高镁合金的屈服强度,并使镁合金具有良好的抗疲劳性能和较低的缺口敏感性。缺点仍然是因为结晶间隔较宽,容易出现显微疏松和热裂倾向。所以目前应用最多的是不含锆压铸镁合金Mg-Al。另外为了提高镁合金高温抗蠕变性能,产生了以稀土元素为主要组元的镁合金。
(3)第三个阶段是提高阶段在镁合金中加入银,银合金化后能增强时效强化效应,大大提高了镁合金的高温强度和蠕变抗力,但会降低合金耐蚀性能。
2.镁合金的液态成型方式
当前,镁合金的液态成型仍然以压力铸造、重力铸造为主,镁合金采用其他铸造方式,如低压铸造、熔模铸造等形式较少,其中压铸为镁合金最主要的成型方式。
data/attachment/portal/201111/06/14534739z3w15qq0p3aquw.jpg镁合金压铸产品
(1)镁合金压铸
压铸是镁合金最主要、应用最广泛的成形工艺。因镁合金热流动性好,很适合于薄壁件的压铸生产。镁合金压铸始于20世纪20年代中期的德国VolksWagen汽车公司。之后,美国、前苏联、日本以及欧洲的一些国家相继在汽车制造行业采用镁合金压铸结构件,如曲轴箱、传动轴外壳、空调机外壳、变速箱壳体、驾驶舱仪表板、轮箍、汽缸体、汽缸盖、分配支架、油泵壳体、过滤器外壳等。自20世纪80年代以来,随着镁合金成本的不断降低,镁合金开始在汽车、计算机、通讯设备上得到越来越多的应用,其中绝大部分为镁合金压铸件。
虽然传统的压铸方法生产的镁合金压铸件得到广泛利用,但其不能进行热处理强化,也不能在较高的温度下使用。为了消除这些缺陷,提高压铸件的内在质量,扩大压铸技术的使用范围,专家们近些年来在传统压铸工艺的基础上研究开发了一些新的压铸技术:如半固态压铸、真空压铸、充氧压铸和超高速压铸法等。这些新技术在消除镁合金压铸件的铸造缺陷,提高其力学性能及表面和内在质量上均取得良好的效果。其中真空压铸以其极低的铸件含气量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到了高度重视和大力发展。
(2)镁合金重力铸造
重力铸造是镁合金成型方法中比较传统的,壁厚较厚的铸件目前仍多采用这种方式。重力铸造又包括砂型铸造、金属模铸造、半金属模铸造、壳型铸造、熔模铸造。
镁合金的砂型铸造经历了自然砂、二氧化碳砂、自硬树脂砂的发展阶段。它主要用于航天领域,因为它们与铝和其他材料相比具有重量轻的优点。
熔模铸造在铝合金、钛合金中应用很广,但在镁合金中采用的比较少,尚处于研发阶段。
(3)镁合金低压铸造
低压铸造是介于重力铸造和高压铸造的一种铸造方法,具有充型平稳,补缩效果良好的特点,同时密封充型可以防止镁合金暴露在大气中而引起氧化燃烧,是镁合金成型方法中一种比较好的方式,但长期以来这种成型方式在镁合金中应用很少,主要是人们对于镁合金低压铸造的过程缺乏了解。
3.镁合金铸造时存在的问题
(1)镁合金的熔体保护
由于镁合金液很容易氧化,而且表面生成的氧化膜比较疏松,因此熔炼镁合金时,防止氧化至关重要。镁合金的熔体保护主要有两种方法,即熔剂保护和气体保护。
目前国内外常使用的保护熔剂是商品化的RJ系列熔剂。其中,用得最广泛的RJ-2熔剂的组分主要为氯盐和氟盐。用保护熔剂熔炼通常会带来以下问题:①氯盐和氟盐高温下易挥发产生有毒气体,如HCl,HF等。②由于熔剂的密度较大,部分熔剂会随同镁液混入铸型造成“熔剂夹渣”。③熔剂挥发产生的气体有可能渗入合金液中,成为材料使用过程中的腐蚀源,加速材料腐蚀,降低使用寿命。因此,寻找氯盐和氟盐的代用材料或减少氯盐和氟盐的使用量,减少污染,提高保护效果,是开发镁合金熔炼保护熔剂的努力目标。
自20世纪60年代以来,一些专家学者开始寻找气体保护剂。通过大量实验,发现了对镁合金液有一定保护作用的气体,如SF6,BF3,CF4,CClF2,CO2等。通过进一步研究,SF6的保护性能较好,使用SF6存在的问题主要是用量的控制问题,生产中如何根据熔炼保护状态自动调节SF6的压力、流量,达到既有利于保护,又减少SF6用量的目的,仍是SF6气体保护正在有待深入研究的课题。
(2)镁合金铸件的质量问题
在铸造生产中,铸件的质量是诸多因素的综合反映,是多工艺流程配合的最终体现,与成形工艺、模具条件、环境状况等密切相关。目前镁合金铸件在生产中会出现变形、欠铸、留痕、冷隔、拉痕、缩孔、裂纹等铸造缺陷。有的缺陷会影响后续工序的加工质量,影响性能,降低使用寿命,甚至危及安全。为避免缺陷产生,需采取一定工艺对策,主要从铸造设备、生产环境、原材料等方面提出改进意见和对策,为铸造工艺指明改进方向,提高铸件质量。
镁合金防腐蚀方法
1.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。
data/attachment/portal/201111/06/145347ynavagwmn9vhgvlm.jpg镁合金阳极氧化
2.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。
data/attachment/portal/201111/06/145351yyy6mo2399gm9bmg.jpg镁合金涂层
3.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。
因此,一般采用化学转化膜法先浸锌或锰等,再镀铜,然后再进行其它电镀或化学镀处理,以增加镀层的结合力。镁合金电镀层有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等涂层,化学镀层主要是Ni-P、Ni-W-P等镀层。
单一化学镀镍层有时不足以很好地保护镁合金。有研究通过将化学镀Ni层与碱性电镀Zn-Ni镀层组合,约35μm厚的镀层经钝化后可承受800-1000h的中性盐雾腐蚀。也有人采用化学镀镍作为底层,再用直流电镀镍能得到微晶镍镀层,平均结晶颗粒大小为40nm,因晶粒的细化而使镀层孔隙率大大降低,结构更致密。
电镀或化学镀是同时获得优越耐蚀性和电学、电磁学和装饰性能的表面处理方法。缺点是前处理中的Cr、F及镀液对环境污染严重;镀层中多数含有重金属元素,增加了回收的难度与成本。由于镁基体的特性,对结合力还需要改善。
4.激光处理
激光处理主要有激光表面热处理和激光表面合金化两种。
激光表面热处理又称为激光退火,实际上是一种表面快速凝固处理方式。而激光表面合金化是一种基于激光表面热处理的新技术。激光表面合金化能获得不同硬度的合金层,具有冶金结合的界面。利用激光辐照源的熔覆作用在高纯镁合金上还可制得单层和多层合金化层。
采用宽带激光在镁合金表面制备Cu-Zr-Al合金熔覆涂层时,由于涂层中形成的多种金属间化合物的增强作用,使合金涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。而由于稀土元素Nd的存在,在经过激光快速熔凝处理之后得到的激光多层涂敷,晶粒得到明显细化,能提高熔覆层的致密性和完整性。
激光处理能处理复杂几何形状的表面,但镁合金在激光处理时易发生氧化、蒸发和产生汽化、气孔以及热应力等问题,设计正确的处理工艺至关重要。
5.其他表面处理技术
离子注入是在高真空状态下,在十至数百KV电压的静电场作用下,经加速的高能离子(Al、Cr、Cu等)以高速冲击要处理的表面而注入样品内部的方法。注入的离子被中和并留在样品固溶体的空位或间隙位置,形成非平衡表面层。
有研究认为耐蚀性能的提高是由于自然氧化物的致密化、注入离子的辐射和形成镁的氮化物的结果。所得改性层的性能与所注入离子的量和改性层的厚度有关,而基体表面的MgO对改性层的耐蚀性能的提高也有一定的促进作用。
气相沉积即蒸发沉积涂层,有物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两种。它是利用能使镁合金中的Fe、Mo、Ni等杂质含量大幅度降低,同时利用涂层覆盖基体的各种缺陷,避免形成局部腐蚀电池,从而达到改善防腐性能的目的。
与镁合金的其他表面处理技术相比,有机涂层保护技术具有品种和颜色多样、适应性广、成本低、工艺简单的优点。目前广泛使用的主要是溶剂型的有机涂料。粉末型的有机涂层因无溶剂,和具备污染少、厚度均匀以及较佳耐蚀性能等特点,近几年来在汽车、电脑壳体等镁合金部件上的应用较受欢迎。