镁合金表面非铬酸盐改性处理的研究.pdfVIP

——有色合金——特种铸造及有色合金 2004年年会专刊 镁合金表面非铬酸盐改性处理的研究” 南昌大学刘旭波”杨湘杰金华兰危仁杰 摘 要 研究了ZM5镁合金非铬酸盐表面处理的化学机理、工艺及其过程控制，分析了前处理、温度、化学膜的生成与否 等工艺参数对涂层质量的影响，优化了工艺参数与条件。获得了一种对镁合金基体有很好的保护作用、对其硬度和耐湿热 性能有很大提高的非铬酸盐表面处理方法。 关键词：镁合金表面处理非铬酸盐化学机理工艺 中图分类号：TGl46．2+2 文献标识码：A 镁合金具有轻巧、高强度、高导热性、减震性、电磁 屏蔽及可循环利用等许多优点，在以笔记本电脑、手机、 照相机等为中心的信息家电产业中被广泛应用。近几 年来，我国在新型镁合金材料研究、镁合金成型技术、镁 合金冶炼技术等方面取得了重大突破。但由于镁的标 准电位非常负，为一2．363V(SHE)，在1．5M NaCl溶液中 的稳定电位为一1．45左右，因此，镁在大多数腐蚀性环 境中耐腐蚀性很差。镁合金的自然氧化膜虽然有一定 的保护作用，但不适用于大多数腐蚀性环境，并且其表 面呈碱性，其pH值约为10．5，不利于涂装。因此可见， 表面耐腐蚀性差是扩大镁合金成型件应用范围的主要 障碍之一。在镁合金压铸件的生产成本中，表面处理这 部分就占40％左右，因此表面处理对镁合金工件的生 产和应用至关重要。 目前，镁合金工件的表面处理研究不尽相同，常用 的技术包括化学成膜技术和阳极氧化成膜技术两大类。 其中化学成膜技术主要包括铬化处理、化学腐蚀处理、 锌置换处理和磷化处理，阳极氧化成膜技术主要包括常 规阳极氧化处理和等离子体微弧阳极氧化处理。 镁合金的铬化处理研究开展得较多，较为成熟，但 由于铬离子对人体和环境的副作用较大，所以其应用已 在逐渐减少，起而代之的是化学腐蚀处理、锌置换处理 和磷化处理。后3种技术各有千秋，化学成膜设备简 单、操作污染小，与涂装处理相结合极有优势；但这些技 术还存在各自的问题，有待逐步完善和发展。 1试验材料简介 试验所采用的材料．ZM5镁合金，其化学成分(质量 分数，下同)为A17．5％～9．O％，Zn0．2％一0．8％， Mn0．15％一0．5％，Fe0．08％，Sio．25％，Cu0．1％， Ni0．01％，余量为Mg。试样规格为10 nlln×30 nlln×15 toni的标准小方块。 ZM5属于Mg-A1．Zn系铸造镁合金，它有良好的流 动性，热裂倾向小，固溶处理后具有较高的强度和塑性， 是应用广泛的一种铸造镁合金，用于制造飞机的框、翼 肋、油箱隔板、导弹和副油箱的挂架、各种支臂、支座、轮 毂、机匣、壳体。 2试验方法 ．——：兰===j 2涂膜 ■口正王王三苫苫= e—Q，＼分e— Mg—Mg”忆一 号02+2H 20+2e一一20H 图1皮膜的图膜防锈机理 2．1按照皮膜的图膜防锈机理(见图1)设计工艺方案 本试验所采用的工艺流程主要包括：试样打磨、脱 脂、水洗、表面调整、化学转化膜的生成、干燥、涂层。具 体操作流程如下： 圆一匦圈一圆一医亘画一区习一 医亘囹一圆一匝至受囹囹一圆一囹一 圈一囹 2．2工艺流程的内容和作用 (1)脱脂 金属材料经库存防锈和各种加工过程，表面会黏附 防锈油、切削油、抛光膏等油污，所以，在涂膜之前必须 将其彻底除去，以保证涂层有良好的附着力和防护性 能[11]。 脱脂方法：将试样浸入盛有5％～10％的氢氧化钠 及表面活性物质的脱脂槽中，加热至88。94℃，加热时 间为20。30 min，使油脂与碱性溶液及表面活性物质发 生皂化反应和乳化反应而溶解于水中。 (2)水洗 水洗是为了去除每道工序后残余在镁合金表面的 *江西省科技厅工业攻关项目、江西省教育厅科技项目 **刘旭波，男，1971年出生，博士生，南昌大学机电工程学院，南昌(330029)，电话：0791—8304135，E—mail-,linxbl6@sina．c0IIl 收稿13期：2004—04—08 253 ——特种铸造及有色合金 2004年年会专刊 溶液成份和杂质。把脱脂后的试样放入水洗槽中，在室 温下通过超声波清洗30一50 s。 本试验均采用此水洗方法。 (3)表面调整1 进行第一步表面调整的目的就是将在脱模剂和原 材料表面偏析溶化的合金成分(址、Zn等)溶解除去。 调整方法：在室温下配制氢氟酸40 g、乙二醇30 g， 先溶解，然后配制成1升的酸性溶液。将镁合金放人， 在室温下通过超声波作用1～2 min。肉眼观察到，镁合 金一放人溶液中四周马上冒气泡，然后机体逐渐变黑。 (4)表面调整2 进行第二步表面调整的目的就是除去舢、zn与氧 化合形成的粉状物。 方法：将试样放人20％的高碱溶液，在室温下浸泡 25～30 min。浸泡后镁合金稍微变白了