[摘 要] 介绍了镁合金铸件几种不同的表面处理方法,每种工艺都有相应的优势,这些方法目前正在各个领域得到 成功的应用。
1 概 述
镁合金以其比重小、比强度高等特点,广泛用作航空航天等 结构材料。近几年,随着石油价格的不断攀升及环保要求的提 高,限制车体重量,节约油耗已成为汽车发展的方向。在轻金属 中,镁合金的重量和电阻系数是最佳的,特别是在马达、方向盘及 变速箱等几种重要零件的生产中,最能表现出明显效果。如将小 汽车中的铝合金全部改为镁合金,则其重量可减轻约1/3,油耗 也会相应减少。因此,镁合金又有了新的应用领域,同时它还被 广泛应用在新兴的电子通讯领域。
据有关资料统计,我国目前镁合金压铸件的产量已占全世 界的2/3还多,但我国在镁合金表面处理技术领域还比较落后。 美国、日本很早就有相关的标准,德国的AHC表面处理技术公司 在此领域也有独特的研究。
镁合金的化学性质活泼,在空气中自然形成的碳酸盐膜防 护性很差,因此,除了正在开发的HP合金和添加特选的合金元 素外,镁合金压铸件必须采取可靠的表面防护措施,以提高镁铸 件的防护能力及耐磨性。但是,如果镁基体本身不能满足的一些 基本要求,即使是最好的表面防护也没有什么用。无论采用什么 样的处理都必须注意,镁压铸件的表皮最致密、最不易透水,因 此,在处理过程中不能全部除掉表皮,否则将导致抗蚀性能下降。
镁合金一般采用的表面处理方法有4种:化学转化处理、阳 极电化学处理、化学镀镍及后续喷涂处理。
2 处理种类及典型工艺
由于镁基合金化学处理法操作简单、设备便宜,因此,长期以 来镁合金大多用于各种化学处理方法。美国的MIC和日本JIC 里都有明确规定,我国在这方面也有很多成熟的工艺。但是,化 学转化获得的膜层很薄(0.5～ 3.0μm),而且质脆多孔,所以,一 般只作为装饰及中间防护工序。镁合金常用的化学处理方法有 两类:一类是磷酸盐成膜剂,一类铬酸盐成膜剂。
磷酸盐成膜剂所形成的膜层亦称磷化膜,其抗蚀性好,一般 用作涂料的底层。典型配方为:磷酸3～ 6 ml/L,磷酸二氢钡 40～ 70 g/L,氟化钠1～ 2 g/L,温度90～ 98℃ ,pH值1.3～ 1.9,时 间10～ 30 min。
也有用磷酸锌作成膜剂,溴酸盐或氯酸盐作促进剂。
铬酸盐成膜剂配方较多,可以形成多种颜色。所以,一般用 作装饰。典型配方及工艺为:(1)Na2Cr2O7·2H2O 180 g,NHO3(d= 1.42 g/cm3)150～ 220 ml,钠、钾、氨的酸性氟化物15 g,水1 L; (2)K2Cr2O715～ 35 g/L,(NH4)2SO430～ 35 g/L,C8H5O4K 15～ 20 g/ L,pH值4.0～ 5.5,温度85～ 100 ℃ ,时间20～ 40 min;(3) Na2Cr2O7·2H2O 110～ 170 g/L,MgSO4·7H2O 40～ 75 g/L,MnSO4· 5H2O 40～ 75 g/L,CrO31～ 2 g/L,用铬酐调pH值到2～ 4,温度 85～ 100℃ ,时间10～ 20 min;(4)Na2Cr2O7·2H2O 65～ 80 g,HNO3(d = 1.42 g/cm3)7～ 15 ml,Na3PO4·12H2O 60～ 80 g,H2SeO310～ 20 g,水1 L。
AHC公司的无铬转化液不含任何毒素,它同样能达到铬转 化膜的抗蚀性能,并易于回收。
3 阳极电化学处理
镁合金经阳极电化学处理后,可获得10～ 40μm的转化膜 层,且抗蚀能力比化学处理好。目前,应用酸性和碱性两类溶液, 典型工艺及配方如下:
(1)酸性溶液 NH4HF2200～ 250 g/L,CrO335～ 45 g/L,NaOH 8～ 12 g/L,H3PO4(95%)55～ 65 ml/L,温度70～ 80℃ ,起始电流 密度1～ 3 A/dm2,最终电压50～ 80 V(交流电),时间15～ 30 min。
膜粗糙多孔,颜色为稻黄至果绿。
(2)碱性溶液 锰酸铝钾(PAM按MnO2+4计算)50～ 70 g/L, KOH≥ 160 g/L,KF 120 g/L,Al(OH)345～ 50 g/L,Na3PO4·12H2O 40～ 60 g/L,温度≤ 30℃ ,起始电流密度2～ 4 A/dm2,最终电压 65～ 75 V(交流电),时间到最终电压止。
此法形成的膜层为棕黄色,膜均匀耐磨。
AHC公司推出的MAGOXID-COAT溶液经过温度、浓度、电流 密度、电解时的波形等因素控制,可在镁基体上形成一种氧化陶 瓷转化层,膜厚15～ 25μm。该转化层外观为白色,加入黑色尖晶 石可获得深黑膜层,也可加入其他颜料来改变颜色。
MAGOXID-COAT所形成的是一种转化层,在电解过程中,镁 合金中的镁及其合金元素参加了反应,形成了它们的氧化物或 碱化物。电解时,一方面发生镁合金的溶解,另一方面是氧化物 或碱化物生成。随着反应的进行,转化膜层变厚,溶解减缓,到一 定厚度时,溶解和生成达到一种动态平衡。因而,MAGOXID-COAT是一个等离子化学反应过程。
MAGOXID-COAT硬质阳极转化层的性能优异,与其他膜层相 比,耐磨及耐蚀性能最好,滑动性、均匀性、粘附力、热性能及电性 能均很好,在汽车、航空、电气与电子工业使用量越来越大,应用 范围包括机壳、轧机辊、杠杆、离合器配件、气缸套筒、活塞阀、车 轮、轴承等。
用在汽车、电气配件和电子方面的镁合金件大都处于特殊 的环境中,潮湿的空气、含盐和二氧化硫气体都会严重腐蚀这些 材料。在这方面MAGOXID-COAT决不仅仅是一个防腐蚀和耐磨 层,良好的电介质性能还能防止镁合金零件的电化学腐蚀。
4 化学镀镍
由于镁的化学性质较活泼,在对镁合金进行化学镀镍时必 须选择合适的、与其配套的化学药剂及工艺方法。
除油可采用与铝合金相同的热碱液,也可用清洗剂清洗。
(1)浸蚀 CrO360 g/L,HNO390 ml/L,温度室温,时间20～ 60 min。
(2)活化 HF(70%)50～ 55 ml/L,温度室温,时间5～ 10 min。
(3)化学镀镍 3Ni(OH)2·2NiCO3·4H2O 10 g/L,NaH2PO2·H2O 20 g/L,C6H8O7·H2O 5 g/L,NH4HF210 g/L,NH3·H2O(25%)40 ml/L,HF(40%)10 ml/L,pH值4.5～ 6.8,温度76～ 82℃ ,沉积速度20～ 25μm/h。
AHC公司开发的化学镀镍只需3个过程,该工艺形成的镍 层厚度可达100μm,可作为镁合金的最终表面处理,其具有较好 的抗腐蚀能力、热稳定性及导电性能,可焊接。
5 后续喷涂处理
为增强镁基合金的防腐蚀能力,镁基合金经其他表面处理 后,再进行喷涂处理,使产品具有美丽新颖的外观,同时兼有防腐 蚀功能。
6 结 语
镁合金及其铸件的表面处理方法很多,每种工艺都有相应 的优势。只有正确地选用合适的工艺及方法,才能获得最佳的经 济效益和使用效果。
