镁合金表面处理新技术及发展方向
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第３ １卷
第 ５期
四 川 兵 工 学 报
２１ ００年 ５月
【 制造技术】
镁 合 金 表 面处 理 新 技术 及 发展 方 向岽
沈远 香 ， 晓 霞 黄
（ 中国兵器工业 第五九研究所 ，Hale Waihona Puke Baidu重庆 ４０ ３ ） ００ ９
摘要： 针对镁合金耐蚀差成为 阻碍其推广应用的问题 ， 提出 了镁合 金等离 子微 弧氧化 、 激光 表面处理 、 表面渗 层 处 理、 表面协合 涂层 等表 面处理新技术 ， 并对镁合金的发展方 向作 了分析 。
关键词 ： 镁合金 ； 表面处理 ； 发展方 向
中 图分 类号 ：Ｇ ４ ． Ｔ ７ Ｔ １６２；Ｇ１８ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： ０ １ ６—００ （０ ０ ０ ０ ６ ０ ０ ７７ ２ １ ｝５— ０ ０— ３
镁合金是 比模 量 最高 和 比强 度仅次 之钛合 金处 于第 二位的金属 结构 材料 ， 在航 空航 天 、 武器装 备 、 汽车 、 电子 等领域有着广 阔 的应 用前 景 ， 镁合 金 的耐蚀 差 ， 但 阻碍 了 镁合金产品在应用 中发挥其优势 ， 限制其应用范 围。
度是 比较低 的， 随着深度 的增 加 ， 硬度上 升， 耐蚀性 也有所
提高 。
１ ２ １ 镁 合 金 激 光 表 面重 熔 ．．
产生火花放电 ， 使表面温度达２０ ０ｏ ０ Ｃ以上 ， 利用这种微 弧
区瞬间高温的烧结 作用 直接 在镁 、 、 铝 钛等 金属 表面原 位 生成 陶 瓷 膜 ，这 种 膜 的 显 微 硬 度 可 高 达 ２５ ０～ ０ ３００ＨＶ 。镁 合金微弧 氧化膜分为表面疏松层和次表 ０ 一 面致密层 ２层 结 构 ， 密 层 是 膜 的 主 体 ， 致 由立 方 结 构 的 Ｍ Ｏ组成 ； ｇ 表面疏 松层 由 Ｍ Ｏ和 Ｍｇ ｌ０ ｇ Ａ 尖 晶石相 混合
镁合金激光表 面重熔 用较 高 能量密度 的激 光束 照射 金属表面 ， 使一 定厚 度 的表 层 瞬间熔 化 ， 然后依 靠处 于低 温 的基体 自身的冷却 ， 将熔 池急冷从 而达到表 面强化。这 种处理可以使镁合金表面组织发生 较大变化 ， 包括 晶粒细
体组成。镁合金微弧氧化时 ， 微弧 区瞬间 的局 部高温高压 大大促进 了孔壁 附近膜里氧 和镁离子 问的相互扩 散 ， 另一 方面放 电通道也直接 向膜 内输 送氧 ， 形成一定厚 度 的疏松
生长速度 ， 镁合金微弧氧化厚 度可达 １０ Ｉ 。 ０ ， ． ｔ ｍ 微弧氧化膜具有 阳极氧化 膜的性能 ， 又兼 有陶瓷喷涂
层的优点 ， 破 了传统 的 阳极 氧 化技 术。 陶瓷 膜结 构致 突 密、 陶瓷膜与基 体结 合牢 固 ， 有 良好 的耐磨性 、 蚀性 、 具 耐 耐高温和电绝缘性能 Ｊ摩擦 因数小 、 ， 导热性低 ， 特别适用 于处于高速运 动 ， 且对 耐磨性 、 蚀性 等要求 高 的零部件 耐 的表面 处 理 ， 一 种 具 有 发 展 潜 力 的 镁 合 金 表 面处 理 是
技术。 镁合金微弧 氧化 过程 中连续 而强 烈 的辉光放 电阶段
如何 提高镁合金 的耐蚀性 、 耐磨性 、 耐热性 等， 已成为
国内外学者关注 的焦点和热点。增强镁耐蚀性 的途径有 ２
种： 一种是开发耐蚀 性强 的高 纯合金 或新合 金 ； 另一 种是
对现有镁合金进行表面处理 。目前 ， ｊ 镁合金表 面处理技 术主要是借鉴铝合金和钢 ， 重点发展 的方 向有 等离子微弧 氧化 、 激光表面处理 、 表面渗层 处理 、 表面协合涂层 等表面 处 理新 技 术 。
１２ 激 光 表 面 处理 ．
１ 表 面 处 理 新 技 术
１ １ 等离子微弧氧化技术 ．
微弧氧化技术是 近年 来在 铝合金 阳极 氧化 处理技 术 基础上发展起来 的一 项新 型表面 处理技 术 ｊ 。一般认 为
微弧氧化过程分为 ４个 阶段 ： 一是表面生成氧化膜 ； 二是氧 化膜被击穿 ， 发生 等离子 微弧 放 电现象 ； 并 三是 氧化进 一 步 向深层次渗透 ； 四是 氧化、 融、 固平稳 阶段 。在微 弧 熔 熔 氧化过程中 ， 当电压增 大到 某一值 时 ， 镁合 金表 面微孔 中
众多气泡来 不及溢 出、 烧结态 的膜 层独特 的结 构 以及热 应
力的存 在 ， 使氧 化膜 中含有 大量 的微孔 、 纹等 缺 陷。而 裂 这些微孔 和裂纹 的存在 ， 一方面增 加了材料暴 露在空气或
电解 质 中的有 效面 积 ， 另一 方 面加速 了孔 隙 和裂纹 的延 伸， 这都直接影响到涂层 的耐蚀性能 。
激光表面处理技术通过高 能激光在材料 表面作用 ， 形 成一定厚度 的处 理层 ， 变处理 层 内的化 学成分 、 结构 改 相 及力 学性 能、 物理 性能 ， 以提 高材料 表面 的耐磨 、 耐蚀 、 耐
疲 劳等性能 。镁 合金 的激光 表面 处理方 法 主要有激 光表 面重熔 、 激光表 面合金 化 、 激光熔 覆 Ｊ 。利用 激光束 对镁 合金表 面的辐射处理 ， 使表 面在高 能光 束作用 下熔 化后再 凝 固。处理过的合金显 微硬度 在 由表 向里 的前 ３ ｍ硬 ０
层后 ， 向基体内部 渗透 氧化 占据 了主导地 位 ， 氧离 子向 内 部扩散是主要方 向， 氧化膜 向内生长速 度决定 了总膜厚 的
化、 显微偏析减少 、 有非平衡相生成 等 ， 这些都可 以引起表
面 强 化 ［ －ｌ。 Ｉｌ Ｏ 】
｛ 收 稿 日期 ：００— ３—１ ｌ ｝ ２１ ０ ２
作者简介 ： 沈远香 （９ ４ ） 女 ， １６ 一 ， 高级 工程师 ， 主要从事科技采编研究 。
沈远香 ， ： 合金 表 面处理 新技 术及发 展 方向 等 镁
１２ ２ 镁 合 金 激 光表 面合 金 化 ．．
６ １
引入不 同的功 能物质 ， 可得 到不 同的表 面功 能特性 ， 其 使
第 ５期
四 川 兵 工 学 报
２１ ００年 ５月
【 制造技术】
镁 合 金 表 面处 理 新 技术 及 发展 方 向岽
沈远 香 ， 晓 霞 黄
（ 中国兵器工业 第五九研究所 ，Hale Waihona Puke Baidu重庆 ４０ ３ ） ００ ９
摘要： 针对镁合金耐蚀差成为 阻碍其推广应用的问题 ， 提出 了镁合 金等离 子微 弧氧化 、 激光 表面处理 、 表面渗 层 处 理、 表面协合 涂层 等表 面处理新技术 ， 并对镁合金的发展方 向作 了分析 。
关键词 ： 镁合金 ； 表面处理 ； 发展方 向
中 图分 类号 ：Ｇ ４ ． Ｔ ７ Ｔ １６２；Ｇ１８ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： ０ １ ６—００ （０ ０ ０ ０ ６ ０ ０ ７７ ２ １ ｝５— ０ ０— ３
镁合金是 比模 量 最高 和 比强 度仅次 之钛合 金处 于第 二位的金属 结构 材料 ， 在航 空航 天 、 武器装 备 、 汽车 、 电子 等领域有着广 阔 的应 用前 景 ， 镁合 金 的耐蚀 差 ， 但 阻碍 了 镁合金产品在应用 中发挥其优势 ， 限制其应用范 围。
度是 比较低 的， 随着深度 的增 加 ， 硬度上 升， 耐蚀性 也有所
提高 。
１ ２ １ 镁 合 金 激 光 表 面重 熔 ．．
产生火花放电 ， 使表面温度达２０ ０ｏ ０ Ｃ以上 ， 利用这种微 弧
区瞬间高温的烧结 作用 直接 在镁 、 、 铝 钛等 金属 表面原 位 生成 陶 瓷 膜 ，这 种 膜 的 显 微 硬 度 可 高 达 ２５ ０～ ０ ３００ＨＶ 。镁 合金微弧 氧化膜分为表面疏松层和次表 ０ 一 面致密层 ２层 结 构 ， 密 层 是 膜 的 主 体 ， 致 由立 方 结 构 的 Ｍ Ｏ组成 ； ｇ 表面疏 松层 由 Ｍ Ｏ和 Ｍｇ ｌ０ ｇ Ａ 尖 晶石相 混合
镁合金激光表 面重熔 用较 高 能量密度 的激 光束 照射 金属表面 ， 使一 定厚 度 的表 层 瞬间熔 化 ， 然后依 靠处 于低 温 的基体 自身的冷却 ， 将熔 池急冷从 而达到表 面强化。这 种处理可以使镁合金表面组织发生 较大变化 ， 包括 晶粒细
体组成。镁合金微弧氧化时 ， 微弧 区瞬间 的局 部高温高压 大大促进 了孔壁 附近膜里氧 和镁离子 问的相互扩 散 ， 另一 方面放 电通道也直接 向膜 内输 送氧 ， 形成一定厚 度 的疏松
生长速度 ， 镁合金微弧氧化厚 度可达 １０ Ｉ 。 ０ ， ． ｔ ｍ 微弧氧化膜具有 阳极氧化 膜的性能 ， 又兼 有陶瓷喷涂
层的优点 ， 破 了传统 的 阳极 氧 化技 术。 陶瓷 膜结 构致 突 密、 陶瓷膜与基 体结 合牢 固 ， 有 良好 的耐磨性 、 蚀性 、 具 耐 耐高温和电绝缘性能 Ｊ摩擦 因数小 、 ， 导热性低 ， 特别适用 于处于高速运 动 ， 且对 耐磨性 、 蚀性 等要求 高 的零部件 耐 的表面 处 理 ， 一 种 具 有 发 展 潜 力 的 镁 合 金 表 面处 理 是
技术。 镁合金微弧 氧化 过程 中连续 而强 烈 的辉光放 电阶段
如何 提高镁合金 的耐蚀性 、 耐磨性 、 耐热性 等， 已成为
国内外学者关注 的焦点和热点。增强镁耐蚀性 的途径有 ２
种： 一种是开发耐蚀 性强 的高 纯合金 或新合 金 ； 另一 种是
对现有镁合金进行表面处理 。目前 ， ｊ 镁合金表 面处理技 术主要是借鉴铝合金和钢 ， 重点发展 的方 向有 等离子微弧 氧化 、 激光表面处理 、 表面渗层 处理 、 表面协合涂层 等表面 处 理新 技 术 。
１２ 激 光 表 面 处理 ．
１ 表 面 处 理 新 技 术
１ １ 等离子微弧氧化技术 ．
微弧氧化技术是 近年 来在 铝合金 阳极 氧化 处理技 术 基础上发展起来 的一 项新 型表面 处理技 术 ｊ 。一般认 为
微弧氧化过程分为 ４个 阶段 ： 一是表面生成氧化膜 ； 二是氧 化膜被击穿 ， 发生 等离子 微弧 放 电现象 ； 并 三是 氧化进 一 步 向深层次渗透 ； 四是 氧化、 融、 固平稳 阶段 。在微 弧 熔 熔 氧化过程中 ， 当电压增 大到 某一值 时 ， 镁合 金表 面微孔 中
众多气泡来 不及溢 出、 烧结态 的膜 层独特 的结 构 以及热 应
力的存 在 ， 使氧 化膜 中含有 大量 的微孔 、 纹等 缺 陷。而 裂 这些微孔 和裂纹 的存在 ， 一方面增 加了材料暴 露在空气或
电解 质 中的有 效面 积 ， 另一 方 面加速 了孔 隙 和裂纹 的延 伸， 这都直接影响到涂层 的耐蚀性能 。
激光表面处理技术通过高 能激光在材料 表面作用 ， 形 成一定厚度 的处 理层 ， 变处理 层 内的化 学成分 、 结构 改 相 及力 学性 能、 物理 性能 ， 以提 高材料 表面 的耐磨 、 耐蚀 、 耐
疲 劳等性能 。镁 合金 的激光 表面 处理方 法 主要有激 光表 面重熔 、 激光表 面合金 化 、 激光熔 覆 Ｊ 。利用 激光束 对镁 合金表 面的辐射处理 ， 使表 面在高 能光 束作用 下熔 化后再 凝 固。处理过的合金显 微硬度 在 由表 向里 的前 ３ ｍ硬 ０
层后 ， 向基体内部 渗透 氧化 占据 了主导地 位 ， 氧离 子向 内 部扩散是主要方 向， 氧化膜 向内生长速 度决定 了总膜厚 的
化、 显微偏析减少 、 有非平衡相生成 等 ， 这些都可 以引起表
面 强 化 ［ －ｌ。 Ｉｌ Ｏ 】
｛ 收 稿 日期 ：００— ３—１ ｌ ｝ ２１ ０ ２
作者简介 ： 沈远香 （９ ４ ） 女 ， １６ 一 ， 高级 工程师 ， 主要从事科技采编研究 。
沈远香 ， ： 合金 表 面处理 新技 术及发 展 方向 等 镁
１２ ２ 镁 合 金 激 光表 面合 金 化 ．．
６ １
引入不 同的功 能物质 ， 可得 到不 同的表 面功 能特性 ， 其 使