摘 要: 镁在自然界中含量丰富，在地壳金属元素中储量排名第三位，是最轻的金属结构材料之一 。 镁 合金的密度为 1． 74 g /cm 3 ，比强度高达 134 ，兼具韧性好 、 减震性强 、 热容量低 、 压铸性能好以及切削加工 性能优良等优点，在军工 、 航天航空以及汽车等领域上有广泛应用 。 由于镁的电负性极强，稳定性不好， 易被腐蚀，因而需要对镁合金表面进行处理才能适应实际应用的要求 。 镁合金表面改性是改善镁及其合 金耐蚀性 、 提高使用寿命 、 扩大应用领域的重要技术手段之一 。 综述了镁合金表面改性技术的研究现状， 介绍了化学转化处理( 化学氧化处理) 、 电镀和化学镀 、 阳极氧化和微弧氧化 、 激光表面处理 、 热喷涂以及 有机涂层等方法的原理 、 优点以及存在的问题，并简要介绍气相沉积 、 离子注入 、 达克罗涂层等表面改性 技术，最后分析了镁合金表面改性的发展趋势，认为镁合金表面改性技术应朝着低污染 、 低成本 、 高效率 、 多技术复合的方向发展 。
镁是地壳金属元素中含量排名第三位的元素 ， 在目前金属工程结构材料用量上紧随钢铁 、 铝之后， 享有 “21 世纪绿色金属工程材料 ” 的美誉 。 镁的密 度只有 1． 74 g /cm 3 ，工程结构应用中最轻的金属材料 就是镁合金 。 镁合金的比强度较铝和钢大得多，又兼 具比刚度高 、 屏蔽电磁干扰性能强等性能，在国防 、 航 天 、 汽车及电子领域有重要应用 。 然而镁的电负性 非常强，稳定性很差，即使做成镁合金之后电化学活 性依 然 很 高，没 有 适 当 的 防 护 手 段 很 容 易 被 腐 蚀 。 为改善镁合金的耐腐蚀能力，延长镁合金构 件的使用寿命，从而扩宽镁合金材料的应用领域及其 使用范围，镁及镁合金材料表面的防腐技术成为镁合 金应用中的研究热点 。 当前，提高镁合金材料的耐 腐蚀性能通常有两种途径: 一是改变材料的种类 、 配 比及颗粒尺寸等方式提高镁合金的耐腐蚀性能 ，二 是对镁合金进行适当的表面改性 。
1 镁合金表面改性工艺
镁及其合金表面改性的常用工艺有: 化学转化处 理( 化学氧化处理) 、 电镀和化学镀 、 阳极氧化和微弧 氧化 、 激光表面处理 、 热喷涂 、 有机涂层以及表面渗层 处理等 。
1． 1 化学转化处理
化学转化处理又称化学氧化处理，是镁合金表面 改性最常用的方法之一，通过镁合金构件与处理液接 触发生化学反应，在构件表面生成一层粘结牢固的钝 化膜 。 这层钝化膜能保护镁合金不受水和其他腐蚀 介质的影响，并可以作为涂装基底改善后续涂膜的附 着性 。 化学转化处理的优点在于设备投资少 、 工艺简 单 、 成本低 ; 但镁合金的化学氧化膜薄 、 脆且多孔， 只能起到减缓腐蚀速度的作用，单独使用防腐效果不 佳，且耐磨性不好，一般只作为装饰层或中间层，不适 用于长期防腐与耐磨保护层 。 近些年镁合金化学改性工艺有络化处理 、 磷化处理两种主要工艺 。
1． 1． 1 络化处理
络化处理是目前应用最多 、 技术最为成熟的表面 化学转化处理方法之一，常用络酸盐或重络酸盐水溶 液进行化学转化处理 。 络化处理的机理是镁合金表 面的镁原子溶于处理液中，与处理液中的离子发生反 应，并在合金表面沉积一层以铬酸盐为主的氧化膜 。 这层氧化膜的主要成分为 Cr 2 O 3 ·n Cr O 3 ·m H 2 O、Mg ( Cr O 2 ) 2 以及镁 、 铝 、 锰的氧化物等 ，其防腐性主要 来自于两个方面: 一是氧化膜在合金表面起惰性的屏 蔽作用，隔绝空气和水分; 二是氧化膜在受到磨损和 破坏时能吸水膨胀，具有自修复特性 。
虽然络化处理技术比较成熟，所得到的氧化膜防 腐性能也远优于自然氧化膜，但是它也存在膜层较 薄 、 显微裂纹多等问题 ，一般只适用于临时保护或 涂装基底 。Cr 6+ 有毒，对人体有害 、 污染环境，含 Cr 6+ 废液处理难度大 、 成本高，而络化处理不可避免地会 产生含 Cr 6+ 废液，将被其他安全环保的无络化学转化 处理取而代之 。
1． 1． 2 磷化处理
磷化处理是镁合金表面改性中发展较快的一种 技术，是替代络化处理的重要工艺之一 。 磷化 处理转化膜具有与基材结合牢固 、 吸附性好 、 耐蚀性 优良等优点，其主要成分为 Mn、P、O ，成膜机理与络 化处理相似，一般作为中间保护层或底层，不作为长 期耐磨 、 防腐保护层 。 虽然磷化处理的污染比络化处 理小，但是对环境仍有一定的危害性，且磷化处理溶 液消耗快，需要对溶液的组成和酸度进行及时调整， 因此，研究无毒无污染的环保型化学转化处理仍是未 来研究的重点 。
1． 1． 3 其他处理
除磷酸盐转化膜外，无络化学转化膜还包括锰酸 盐转化膜 、 钼酸盐转化膜 、 锡酸盐转化膜 、 钨酸盐转化膜 、 氟锆酸盐转化膜 、 有机物转化 膜 、 稀土钝化及复合转化膜 。 这些工艺处理液中不含有 Cr 元素，对环境污染小，但成本较络化处理 、 磷化处理高 。 近年来，大量环保的无络化处理技术研 究涌现，高焕方等 对镁合金无络化处理技术进行 优化，以植酸转化为内层 、 铈基转化为外层，制备防腐 性能优良的无络化转化膜 。 赵雅倩等 以植酸为主 要成膜剂，通过正交试验优化配方和工艺，研究植酸 盐转化膜的成膜 、 防腐机理 。
1． 2 电镀 、 化学镀
1． 2． 1 电镀
镁合金构件通过电镀可在液相中沉积出一层金 属或合金镀层，从而提高镁合金表面的耐擦伤 、 耐磨 和耐腐蚀性 。 电镀需要经过打磨 、 清洗 、 侵蚀 、 活 化 、 浸锌 、 氰化镀铜 、 电镀等工艺流程，流程的方法及 目的见表 1。
与阳极氧化相比，微弧氧化成膜速度更快，膜层 与基体结合更牢固，硬度更高，最高可达 2000HV ，结 构更致密，同时具备高耐磨 、 高耐蚀 、 高绝缘的特性， 耐高温性 、 装饰性能更加优异，其工艺安全环保，是发 展潜力巨大的镁合金表面改性技术 。 张荣发等 研 究出一种改进的微弧氧化工艺，该工艺制得氧化膜孔 隙较少且直径小( 约 2 ～ 8 μm ) ，经中性盐雾试验 336 h 未见腐蚀现象 。 然而，由于工艺原因微弧氧化陶瓷 膜存在大量的微孔 、 裂纹，这些微孔和裂纹直接影响了 膜层的耐蚀性能 。 高能耗的工艺特点也制约了微弧氧 化的实际应用，因此，发明低成本的电解液配方 、 优化工艺参数 、 降低能耗是微弧氧化的研究重点方向 。
1． 4 激光表面处理
激光表面处理是指利用激光束对金属表面进行 加工处理，使得金属表面在激光束的高能下熔化后重 新凝固 。 激光表面处理对基体热影响小 、 适用范围比 较广，可以通过细化表面晶粒 、 生成非平衡相等表面 组织变化提高合金强度 。 合理选用激光表面处理 工艺，可以提高镁合金的耐磨性 、 抗氧化性以及抗疲 劳性，然而并不能显著提高抗蚀性 。 由于激光表面处 理所得涂层一般较薄，短期防护效果良好，但不能作 为长期有效的保护层 。 目前镁合金常见的激光表面 改性工艺有: 表面重熔 、 表面合金化 、 激光涂覆等 。
1． 4． 1 表面重熔
激光表面重熔是指不加入任何金属元素，直接利 用高能激光束对金属合金表面进行连续扫描，使一定 厚度( 0． 1 ～ 3． 0 mm ) 的金属表面瞬间熔化，再通过内 层金属自身的低温使熔化层快速冷凝，从而达到表面 强化效果的技术 。 曾爱平等 在真空条件下用激 光处理镁合金试件表面，发现镁合金经过表面重熔处 理后，表面的显微硬度比未处理时的镁合金要低，但 是耐蚀性与疲劳性能有了明显的提高 。
1． 4． 2 表面合金化
激光表面合金化是指在进行表面重熔前对金属 表面进行预涂覆或者在重熔时加入合金粉末，预涂覆 层或合金粉末在熔化后跟部分基材融合冷却形成一 层具有特定性能的金属薄层的工艺方法 。 高波等 对 AZ31、AZ91 两种镁合金进行激光表面合金化处 理，经检测发现，处理后的两种镁合金表层的耐磨性 能和疲劳性能都显著提高 。
1． 4． 3 激光熔覆
镁合金的激光熔覆是将特定的涂层材料放置在 构件表面，通过激光辐射使涂层材料和镁合金表面薄 层同时熔化混合后快速冷却凝固，并在镁合金表面形 成冶金的表面涂层，从而达到保护镁合金目的的工艺 方法 。Yao Jun 等 在 AZ91D 镁合金表面熔覆铝和 硅的混合粉末，涂层均匀致密，显微硬度较基体提高 了 3 倍，从而改善镁合金的耐磨性能和疲劳性能 。 为 增加熔覆层的厚度，进一步提高表面处理的有效性， 人们开发了激光多层熔覆，是指在原熔覆层上再熔覆 的工艺 。
上述 3 个工艺既有其共同点，又有其不同点，见 表 2。
