2  鎂合金的表面處理

2.1  鎂制品主要表面性能要求

通常用于取代鋁、鐵或塑膠的鎂合金，表面處理時的原則之一是保持材料本身的優越性能，而更重要的一點是要把一些差于其它材料的性能提升上來，以達到產品的性能要求，如耐腐蝕性。下面列出一些鎂合金制品的主要表面性能要求。

2.1.1  汽車、摩托車、工具類性能要求

（一）、一般機械性能：硬度、強度、抗沖擊性、抗疲勞性等。

（二）、保護性：耐腐蝕性、耐化學性、耐候性、防污染性。

（三）、裝飾性：著色性、光澤性等。

（四）、可加工性：如焊接性、粘接性等

2.1.2  3C制品類性能要求

（一）、一般機械性能：硬度、強度、抗沖擊性、抗疲勞性等。

（二）、保護性：耐腐蝕性、耐化學性、耐候性、防污染性。

（三）、熱傳導性

（四）、導電性

（五）、電磁屏蔽性

（六）、可加工性：如焊接性、粘接性等

（七）、裝飾性：著色性、光澤性等。

大多數產品零件不會對全部性能提出較高要求，通常只針對其產品的部分性能提出高要求，以便降低技術門檻，降低產品綜合成本。

2.2  壓鑄鎂合金制品素材表面分析

要開發出一個完善的表面處理技術與工藝，必須要充分掌握原材料表面的物理化學特性的影響，現僅對鎂合金壓鑄件的表面狀況對處理工藝的影響進行分析。

2.2.1  表面原始疏松膜的影響

   在通常的大氣環境中，鎂合金制品表面會形成以Mg(OH)₂和MgCO₃為主的不動態被膜，這層膜防腐蝕性能不好，不適合作長期的防護，處理前應先想法除去。

2.2.2  脫模劑附著的影響

   在目前最實用的壓鑄法中，成型時脫模劑粘著在原材料表面上，在時還會卷入原材料內部，這導致制品表面化學性質不均勻，給處理工作帶來困難。

2.2.3  合金表面偏析濃化的影響

在成型過程中，某些合金元素會偏析富集于工件表面，如AZ91系列的Al、Zn會在壓鑄件表面偏析濃化，造成表面化學性質與基體內部不一致，從而導致處理難度的增加。

2.2.4  成型不均勻的影響

   一指脫模劑的殘留與合金成份的偏析濃化不均勻，每一件都不一樣，對同一工件，各部分也完全不同； 二指成型過程中，各部分的結晶結構不均勻。如澆口部和溢出部一處致密精細，一處粗糙多孔，另有一些部位致密部分和粗糙部分混在一起，這些都會影響處理工藝與處理效果。

2.3   鎂合金表面處理技術

不同產品及其應用環境的差異，以及同一產品不同部位的零件，其表面處理工藝、方法都有所不同。

下面簡要的介紹一下各處理工藝。

2.3.1          化學轉化膜

化學轉化膜主要針對涂裝前處理，目前應用較多的有下列幾種：

（一）、鉻系無機鹽轉化膜。以鉻酸和重鉻酸為主要成份的水溶液化學處理工藝，生成的鉻酸鹽復合膜耐蝕性好，涂裝附著力強，具有自動修復能力。目前相關工藝已比較成熟，但其生產過程對環保不利，已逐漸被其它非鉻系處理工藝所取代。

（二）、非鉻系無機鹽轉化膜。目前以磷酸鹽、錳酸鹽系列為主，皮膜耐蝕性已接近鉻化膜，其它各項性能指標也都達到要求。由于環保要求所至，逐漸成為當前研究和生產所采用的主流工藝。

（三）、非鉻系有機轉化膜。最早研發于日本，國內部分外資企業已開始引進運用于生產，主要針對既要求高耐蝕性又須具備良好導電性能的3C制品。

2.3   鎂合金表面處理技術

不同產品及其應用環境的差異，以及同一產品不同部位的零件，其表面處理工藝、方法都有所不同。

下面簡要的介紹一下各處理工藝。

2.3.1          化學轉化膜

化學轉化膜主要針對涂裝前處理，目前應用較多的有下列幾種：

（一）、鉻系無機鹽轉化膜。以鉻酸和重鉻酸為主要成份的水溶液化學處理工藝，生成的鉻酸鹽復合膜耐蝕性好，涂裝附著力強，具有自動修復能力。目前相關工藝已比較成熟，但其生產過程對環保不利，已逐漸被其它非鉻系處理工藝所取代。

（二）、非鉻系無機鹽轉化膜。目前以磷酸鹽、錳酸鹽系列為主，皮膜耐蝕性已接近鉻化膜，其它各項性能指標也都達到要求。由于環保要求所至，逐漸成為當前研究和生產所采用的主流工藝。

（三）、非鉻系有機轉化膜。最早研發于日本，國內部分外資企業已開始引進運用于生產，主要針對既要求高耐蝕性又須具備良好導電性能的3C制品。

（四）、化學氧化膜。通過各種化學氧化方法獲得的轉化膜，主要應用于要求不高的低端產品的涂裝前處理及工序間臨時防護處理。國內航天航空、軍工企業早在60年代已有比較成熟的處理工藝。

（五）、化學轉化膜的比較。幾種常用化學轉化膜的性能比較見表二。

2.3.2          陽極氧化膜

    一種電化學轉化膜，比化學轉化膜厚，強度高、硬度大、耐磨耐蝕性好，膜層具有多孔性，可作為涂裝前的良好基底。經過封閉處理后的工件防腐性能更好，可直接作為最終涂層使用。

2.3.3          微弧氧化

也稱作表面陶瓷化，是陽極氧化技術的發展，其原理是在陽極區產生等離子微弧電火花，使工件表面（陽極區）局部溫度升高到2000℃以上，從而使陽極氧化物熔覆在工件表面，并與基體金屬產生冶金結合，形成一層附著緊密的致密陶瓷質氧化膜（如圖五、圖六），其耐磨耐蝕性、強度、硬度、附著力都比普通的陽極氧化膜要好許多。

國內航天航空工業早在80年代就已頻布了鎂及鎂合金鍍金工藝規范，成熟的鍍金技術廣泛應用于航天航空及軍工工業，但在民間目前還沒有開發出成熟的電鍍工藝。在鎂合金產業發展較早的歐洲、日本及臺灣則有小批量試產。

2.3.4          化學鍍

工藝較成熟的直接鍍化學鎳，目前已用于實際生產。鎂合金直接鍍化學鎳，工藝較傳統方法簡單許多，流程短、鍍層附著力佳、具金屬光澤，硬度可達500-680HV，具有良好的導電性（阻抗為50-100μΩ.cm），EMI性能優良。另外就是處理液不使用傳統的鉻酸或氰化物，符合環保要求。

圖七是化學鍍鎳的顯微結構圖，圖八是化學鍍鎳樣品的照片，顯微結構中的結晶呈圓珠狀?；瘜W鎳的膜層為淺金黃色，帶明顯的金屬光澤。

2.3.5          氣相沉積

    如用物理氣相沉積技術在鎂合金表面形成鉻或氮化鉻涂層；或者形成有機包覆涂層，如聚乙烯聚吡咯涂層。

2.3.6          其它方法

如離子束輔助沉積（IBAD）氧化鎂涂層，氮離子注入改性，激光表面處理等等。

2.4 表面處理技術的選擇

2.4.1  根據產品運用環境來選擇

不同的產品，其使用環境不一樣，表面的技術要求也不一樣，那么所采用的處理工藝也不一樣，既要突出其技術要求，又要使成本最低。如汽車、摩托車制品要突出其耐磨、耐沖擊、強度、硬度等方面的要求，此時選擇微弧氧化、陽極氧化等工藝較適合；3C制品則強調其導電性、電磁屏蔽性等方面，按此要求選擇導電氧化、有機膜法（導電性）、非鉻系膜（導電性）等較好。

2.4.2  根據不同合金牌號及成份來選擇

不同的合金牌號具有不同的化學成份及化學特性，在壓鑄成型過程中，表面偏析濃化的成份也不一樣，從而在處理液配方、工藝條件方面都有所不同。

2.4.3  根據冷、熱室壓鑄件來選擇

目前的成型工藝主要有熱室壓鑄法、冷室壓鑄法、半固態壓鑄法等，每一種工藝成型的產品都有不同的結晶結構及表面特性，其處理配方及工藝也會有所不同。

2.4.4  根據成本及性能比來選擇

一個產品往往有多種工藝方法可供選擇，此時就要注意性價比的選擇，所選方法既要令人滿意又要成本低，如果其成本高于實際使用價值那就是浪費金錢，成本低但保護方法行不通的也是一種浪費。

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