基材：镁合金ME20M
镀种：导电氧化 / 化学氧化
工艺：挂镀
辅助工艺：机械抛光 / 电解抛光
膜厚：1μm左右
盐雾时长：96小时
电镀费用：5.8元/平方分米
镁合金的表面处理
作者：刘祖明 黎前虎
摘要：综述了镁合金的腐蚀机理及腐蚀防护研究的现状、进展与问题。重点介绍了压铸镁合金制品的表面特性、表面处理原理、工艺、应用实例及未来发展方向。
关键词：镁合金 腐蚀与防护 表面处理
0 前言
以质轻和可回收为应用特点的镁合金，日益成为现代工业产品的理想材料，特别是汽车零部件的大量应用，电讯产品向轻、薄、短、小方向发展的需求，使得这种新兴材料的发展呈现极为乐观的前景。
随着现代科技的发展，曾经困扰镁合金产业的相关技术问题如压铸问题、回收问题已经相继得到解决，镁合金产品后段工序——表面处理技术亦取得重大进展，这使得镁合金的应用范围不断扩大，使用量也迅速增大，镁产业正以几何级数高速增长。
适当的表面处理能使产品具有保护性和装饰性，并可赋予某些特殊功能。对于活泼的镁来说，通过表面技术获得较高的装饰性和功能性肯定重要，而提高其防腐蚀性能则是现阶段最最重要的一面。
1 镁制品主要表面性能要求
通常用于取代铝、铁或塑胶的镁合金，表面处理时的原则之一是保持材料本身的优越性能，而更重要的一点是要把一些差于其它材料的性能提升上来，以达到产品的性能要求，如耐腐蚀性。下面列出一些镁合金制品的主要表面性能要求。
（1）汽车、摩托车、工具类性能要求
（一）、一般机械性能：硬度、强度、抗冲击性、抗疲劳性等。
（二）、保护性：耐腐蚀性、耐化学性、耐候性、防污染性。
（三）、装饰性：着色性、光泽性等。
（四）、可加工性：如焊接性、粘接性等
（2） 3C制品类性能要求
（一）、一般机械性能：硬度、强度、抗冲击性、抗疲劳性等。
（二）、保护性：耐腐蚀性、耐化学性、耐候性、防污染性。
（三）、热传导性
（四）、导电性
（五）、电磁屏蔽性
（六）、可加工性：如焊接性、粘接性等
（七）、装饰性：着色性、光泽性等。
大多数产品零件不会对全部性能提出较高要求，通常只针对其产品的部分性能提出高要求，以便降低技术门槛，降低产品综合成本。
2 镁合金制品素材表面分析
要开发出一个完善的表面处理技术与工艺，必须要充分掌握原材料表面的物理化学特性的影响，现仅对镁合金压铸件的表面状况对处理工艺的影响进行分析。
（1）表面原始疏松膜的影响
在通常的大气环境中，镁合金制品表面会形成以Mg(OH)2和MgCO3为主的不动态被膜，这层膜防腐蚀性能不好，不适合作长期的防护，处理前应先想法除去。
（2）脱模剂附着的影响
在目前最实用的压铸法中，成型时脱模剂粘着在原材料表面上，在时还会卷入原材料内部，这导致制品表面化学性质不均匀，给处理工作带来困难。
（3）合金表面偏析浓化的影响
在成型过程中，某些合金元素会偏析富集于工件表面，如AZ91系列的Al、Zn会在压铸件表面偏析浓化，造成表面化学性质与基体内部不一致，从而导致处理难度的增加。
（4）成型不均匀的影响
一指脱模剂的残留与合金成份的偏析浓化不均匀，每一件都不一样，对同一工件，各部分也完全不同； 二指成型过程中，各部分的结晶结构不均匀。如浇口部和溢出部一处致密精细，一处粗糙多孔，另有一些部位致密部分和粗糙部分混在一起，这些都会影响处理工艺与处理效果。
3 镁合金表面处理技术
不同产品及其应用环境的差异，以及同一产品不同部位的零件，其表面处理工艺、方法都有所不同。
（1）化学转化膜
化学转化膜主要针对涂装前处理，目前应用较多的有下列几种：
（一）、铬系无机盐转化膜。以铬酸和重铬酸为主要成份的水溶液化学处理工艺，生成的铬酸盐复合膜耐蚀性好，涂装附着力强，具有自动修复能力。目前相关工艺已比较成熟，但其生产过程对环保不利，已逐渐被其它非铬系处理工艺所取代。
（二）、非铬系无机盐转化膜。目前以磷酸盐、锰酸盐系列为主，皮膜耐蚀性已接近铬化膜，其它各项性能指标也都达到要求。由于环保要求所至，逐渐成为当前研究和生产所采用的主流工艺。
（三）、非铬系有机转化膜。最早研发于日本，国内部分外资企业已开始引进运用于生产，主要针对既要求高耐蚀性又须具备良好导电性能的3C制品。
（四）、化学氧化膜。通过各种化学氧化方法获得的转化膜，主要应用于要求不高的低端产品的涂装前处理及工序间临时防护处理。国内航天航空、军工企业早在60年代已有比较成熟的处理工艺。
（五）、化学转化膜的比较。几种常用化学转化膜的性能比较见表二。
（2）阳极氧化膜
一种电化学转化膜，比化学转化膜厚，强度高、硬度大、耐磨耐蚀性好，膜层具有多孔性，可作为涂装前的良好基底。经过封闭处理后的工件防腐性能更好，可直接作为最终涂层使用。
（3）微弧氧化
也称作表面陶瓷化，是阳极氧化技术的发展，其原理是在阳极区产生等离子微弧电火花，使工件表面（阳极区）局部温度升高到2000℃以上，从而使阳极氧化物熔覆在工件表面，并与基体金属产生冶金结合，形成一层附着紧密的致密陶瓷质氧化膜，其耐磨耐蚀性、强度、硬度、附着力都比普通的阳极氧化膜要好许多。
（4）电镀
国内航天航空工业早在80年代就已频布了镁及镁合金镀金工艺规范，成熟的镀金技术广泛应用于航天航空及军工工业，但在民间目前还没有开发出成熟的电镀工艺。在镁合金产业发展较早的欧洲、日本及台湾则有小批量试产。
（5）化学镀
工艺较成熟的直接镀化学镍，目前已用于实际生产。镁合金直接镀化学镍，工艺较传统方法简单许多，流程短、镀层附着力佳、具金属光泽，硬度可达500-680HV，具有良好的导电性（阻抗为50-100μΩ.cm），EMI性能优良。另外就是处理液不使用传统的铬酸或氰化物，符合环保要求。
（6）气相沉积
如用物理气相沉积技术在镁合金表面形成铬或氮化铬涂层；或者形成有机包覆涂层，如聚乙烯聚吡咯涂层。
其它方法
如离子束辅助沉积（IBAD）氧化镁涂层，氮离子注入改性，激光表面处理等等。
4 展望
近几年来，镁合金应用的不断拓展，产业绝对量的高速提升，离不开镁合金腐蚀与防护技术的发展，特别是AZ91系列耐蚀性高纯镁合金的成功研发。但迄今为止，表面处理工艺不过寥寥数种，且多数都还未形成稳定的工艺体系，有些甚至无法进行大批量生产应用，曾一度成为技术瓶颈，这严重制约了镁合金产业化进程。究其原因，一是科研部门对镁合金应用的研究较晚，没有应有的理论体系；二是镁的实际应用时间不长，生产单位（企业界）还未总结出足够的经验数据。
目前所用工艺大部分都是由铝合金处理技术改进提升而得，独创性的技术研究还比较少，其存在的问题如下：
- 腐蚀机理及相关原理还未形成完整的系统理论。
- 工艺成熟、效果较好的铬化处理因含Cr6+而无法满足环保要求。
- 阳极氧化很难形成完整、致密的保护膜。
- 磷酸系、锰酸系处理膜的耐盐雾性能很难大幅度提升。
- 化学镀镍存在工艺不稳定、成本偏高等问题。
综合世界镁产业发展趋势及表面新技术的进展，镁合金表面处理技术未来发展方向可能如下：
- 低铬化和无铬化的环保型化学转化膜技术。
- 高品质电镀（化学镀）技术。
- 微弧氧化（表面陶瓷化）技术。
- 磁控溅射表面纳米化技术。
- 激光表面合金化技术。
- 液相热等静压技术。
为了满足镁合金产业化的要求，大力提倡产、学、研结合，加快步伐，深入开展和实施镁合金腐蚀与防护技术的研究，开发出既符合产品技术要求又符合环保规定的具有自主知识产权的高新表面处理技术，具有重大的现实意义和深远的历史意义。
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