镁合金表面处理技术（二）

        由于镁合金化学性质活泼,表面氧化膜无法对镁合金基体起到有效的防护,因此为了使镁合金得到高效的利用并获得更长的使用寿命,需要对其表面进行处理。目前比较成熟的表面处理技术有化学氧化、阳极氧化、微弧氧化和有机涂层等。

1、化学氧化

        化学氧化是镁合金常用的表面处理技术之一,具有成本低、易于处理等优点。化学氧化的基本原理是金属浸入转化液中,与转化液发生一系列化学-电化学反应,将一些难溶(化学性质稳定)化合物沉积在金属表面而形成氧化膜,得到的氧化膜具有很好的耐腐蚀性能,并与基体具有较强的结合力,从而起到保护基体的作用。镁合金化学氧化后形成的化膜可以分为含铬氧化膜和不含铬氧化膜,其中不含铬氧化膜包括磷酸盐系氧化膜、氟锆酸盐系氧化膜、锡酸盐系氧化膜、高锰酸盐系氧化膜、稀土氧化膜等。

        含铬氧化膜是目前应用比较成熟的化学氧化膜。铬化处理可在镁合金基体表面形成金属基体氧化物和铬酸盐组成的混合氧化物膜,Cr6+ 的含量越高,氧化膜的自愈合能力越强。铬化处理工艺成熟,但由于铬酸盐中的 Cr6+ 具有毒性,对人体和生态环境有较大的危害,因此含铬氧化膜已经被限制使用,不含铬氧化膜成为了研究热点。ZAI等研究了转化液pH(2.5,3.0,3.5,4.0)和制备温度(40,60,80℃)对 AZ31镁合金表面磷酸镁氧化膜耐腐蚀性能的影响,发现制备温度比转化液pH 对氧化膜的耐腐蚀性能影响更大,在制备温度80℃、转化液pH 为3.0条件下形成的氧化膜具有最好的耐腐蚀性能。NIU 等在镁合金表面制备了钒酸盐氧化膜,发现在含有4g·L-1 NaVO3 中形成的钒酸盐氧化膜的微观结构精细、无裂纹。PHUONG等研究发现,在 AZ31镁合金表面制备的磷酸锌氧化膜比磷酸镁氧化膜具有更高的自腐蚀电位和更低的自腐蚀电流密度,但由于磷酸锌氧化膜的孔隙率高,因此在盐雾条件下比磷酸镁氧化膜更易发生腐蚀。稀土化学氧化可分为单一稀土化学氧化、双稀土复合化学氧化和掺杂稀土盐的其他金属盐化学氧化。稀土氧化膜具有较好的耐腐蚀性能,转化液对环境友好,对人体无害,且稀土化学氧化的工艺简单,因此稀土氧化膜具有良好的发展前景。镁合金的化学氧化膜较薄(厚度0.5~3μm),且为多孔结构,导致其耐腐蚀性能仍不是很理想,且耐磨性较差,适用于对环境温度和表面质量精度要求不高的构件,如笔记本、手机及其他电子产品的外壳。化学氧化膜只能减缓腐蚀速率,并不能长期防止腐蚀,因而不可作为长期防腐保护层。

2、阳极氧化

        阳极氧化是指在特定的电解液中,利用电流在镁合金表面生成耐腐蚀性较好的沉积膜的过程。镁合金阳极氧化技术优势在于所形成的氧化膜与基体结合强度高,且其耐腐蚀性能较好。

        电解液的开发是阳极氧化技术的核心之一,电解液必须满足无毒无污染、环境兼容性好等特点。章钰等对阳极氧化电解液进行优化,在优化的工艺条件下制备的阳极氧化膜表面平整、致密,与基体的结合力强,主要由镁、氧、硅3种元素组成,对镁合金基体有良好的防护性。张小玲等配制了一种不含铬、磷、氟的镁合金阳极氧化电解液,通过正交试验优化电解液获得一种既满足环境保护又可有效提高镁合金耐腐蚀性能的阳极氧化膜。ZHANG等研究发现,单宁酸作为一种有机添加剂,可以促进镁合金表面阳极氧化膜的形成,同时单宁酸可通过形成不溶性镁-单宁酸络合物来改善阳极氧化膜表面微孔均匀性,并增加阳极氧化膜的厚度,从而提高其耐腐蚀性能。伏田田等研究发现,在碱性电解液中加入腺嘌呤后,AZ31镁合金表面阳极氧化过程的电压更为平稳,电火花放电更均匀,所得到的氧化膜更平整,并且膜中孔洞数量减少,氧化膜致密性提高,耐腐蚀性能增强。毕烩元等研究发现,在电解液中添加纳米碳化钛后,镁合金表面阳极氧化膜均匀致密,其中的微孔孔径减小,自腐蚀电流密度减小,氧化膜的耐腐蚀性能提高。付广艳等研究发现,六次甲基四胺的添加降低了电解液的导电性,使得 AZ91D 镁合金表面的阳极氧化电压升高,反应加快,所得到的氧化膜厚度增加,耐腐蚀性能增强。

        阳极氧化膜中含有微孔,这会影响其耐腐蚀性能。阳极氧化膜可以作为中间层来提高有机涂层或其他防护涂层与基体之间的结合力,从而达到长期防护的效果。阳极氧化过程需要消耗大量电能,生产成本高,限制了该方法的广泛应用,因此研究出对环境友好、低能耗和膜性能高的镁合金阳极氧化工艺是十分有必要的。

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