镁合金表面处理国内外研究应用现状

表面工程技术

镁合金表面处理国内外研究应用现状Magnesium alloy surface treatment of domestic and foreignresearch

and application status

学院名称：材料科学与工程学院

专业班级：复合材料1101

学生姓名：曹成成

学号： 3110706055

指导教师：张松立

2014 年 6 月

摘要：介绍了国内外镁合金表面处理的最新研究进展，其中包括

化学转化、自组装单分子膜、阳极氧化、电镀与化学镀、液相沉积

与溶胶凝胶涂层、气相沉积、喷涂、激光熔覆合金技术等，并对镁

合金表面处理的发展趋势作了展望。

关键词：镁合金表面处理涂层

引言

镁是金属结构材料中最轻的一种# 纯镁的力学性能很差。但镁合金

因体积质量小、比强度高、加工性能好、电磁屏蔽性好、具有良好

的减振及导电、导热性能而备受关注。镁合金从早期被用于航天航

空工业到目前在汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等方

面的应用有了很大发展。但是镁的化学稳定性低、电极电位很负、

镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差。在某种程度上又制约

了镁合金材料的广泛应用，因此，如何提高镁合金的强度、硬度、耐磨、耐热及耐腐蚀等综合性能，进行适当的表面强化，已成为当

今材料发展的重要课题。

镁合金是最轻的金属结构材料之一，密度仅为1.3g/cm3 ~ 1.9 g/cm3，约为Al 的2/3，Fe 的1/4。镁合金具有比强度高，比刚度高，减震性、导电性、导热性好、电磁屏蔽性和尺寸稳定性好，易回收

等优点。以质轻和综合性能优良而被称为21 世纪最有发展潜力的绿

色材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。

但是镁合金的化学和电化学活性较高，严重制约了镁合金的应用，

采用适当的表面处理能够提高镁合金的耐蚀性。

一、微弧氧化处理

微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火花沉积, 实质上是

一种高压的阳极氧化, 是一种新型的金属表面处理技术。该工艺是

在适当的脉冲电参数和电解液条件下, 使阳极表面产生微区等离子

弧光放电现象, 阳极上原有的氧化物瞬间熔化, 同时又受电解液冷

却作用, 进而在金属表面原位生长出陶瓷质氧化膜的过程。与普通

阳极氧化膜相比, 这种膜的空隙率大大降低, 从而使耐蚀性和耐磨

性有了较大提高。目前, 微弧氧化技术主要应用于Al、Mg、Ti 等有

色金属或其合金的表面处理中。镁合金微弧氧化技术所形成的氧化

膜主要由MgO 和MgAl2 O4 尖晶石相组成, 总膜厚可达100 Lm以上,

具有明显的三层结构: 外部的疏松层、中间的致密层和内部的结合层。致密层最终占总膜厚的90% , 与基体形成微区冶金结合。疏松

层中存在许多孔洞及其它缺陷, 其物理、化学特性与微弧氧化处理

时电参量的选择、电解液的配方以及样品自身的特性有关。与普通

的阳极氧化膜相比, 微弧氧化膜的空隙小, 空隙率低, 与基质结合

紧密, 且在耐蚀、耐磨性能等方面得到了很大的提高。微弧氧化技

术生成的膜层综合性能优良, 与基体结合牢固, 且工艺简单, 对环

境污染小, 目前对其生长规律、生长机理和影响因素等已经有了较

为深入的研究, 在工业上得到了一定的应用, 是一种具有发展潜力

的镁合金表面处理技术。

二、化学转化

化学转化是在化学处理液中在金属表面形成氧化物或金属化合

物钝化膜。化学转化膜较薄，结合力较弱，只能减缓腐蚀速度，并

不能有效地防止腐蚀，还需要进一步涂装。镁合金化学转化的研究

较多，最成熟的是铬酸盐转化，但是Cr6+ 有毒，危害人体健康且污

染环境。近年来开发了一系列新型的对环境和健康无害的转化工艺，这些转化工艺大体上又可以划分为两类：有机化合物溶液和无机盐

溶液转化处理。前者包括植酸转化［ 1，2］、硅烷衍生物转化［3］、酸

盐转化［ 4］等，后者包括磷化［ 5~7］、锡酸盐转化［8］氟化物转化［ 9，10］、磷酸盐—高锰酸盐转化［ 11~13］、稀土转化膜［ 14~16］和磷酸—碳

酸锰—硝酸锰［ 17］转化等。

2.1 植酸转化植酸（ C6H18O24P6）处理

植酸转化植酸是一种少见的金属多齿螯合剂，具有独特的结构，是一种全新的无毒环保型金属表面处理剂。植酸在金属表面发生化

学吸附，形成一层致密的单分子有机保护膜，膜层能有效阻止侵蚀

性阴离子等进入金属表面，抑制金属的腐蚀。目前植酸转化在镁合

金上的研究还比较少，只有国内少数学者初步进行了研究。

郑润芬等［ 1］对AZ91D 镁合金植酸转化膜的组成以及耐蚀性进行了

研究。研究发现，膜层主要成分为植酸的镁盐和铝盐，膜层具有纤

维网状裂纹结构，与基体结合牢固，耐蚀性有明显提高，腐蚀电位

比铬酸盐转化高0.4 V，腐蚀电流密度较铬酸盐转化小5 个数量级。Liu 等［ 2］也使用植酸转化液在镁合金上生成了保护膜，膜层的耐

蚀性与铬酸盐转化膜相当。植酸转化形成的单分子有机膜层和有机

涂料具有相近的化学性质，与有机涂料的粘结性增强，能进一步提

高镁合金的耐蚀性。

2. 2 磷化镁合金的磷化处理