镁合金腐蚀

镁合金腐蚀

镁合金的腐蚀实质上是镁被氧化成氧化镁或氢氧化镁的电化学和化学过程。从热力学角度看，不同价态的镁及其化合物的电化学位和自由能都要比单质镁低得多。由此可见，镁的腐蚀过程是自发的、极易发生的，且是不可逆的。

1. 化学腐蚀

大气环境中，镁和镁合金常温就会发生腐蚀现象。在干燥空气中，镁的表面会生成氧化镁；在湿润环境中，镁的表面的氧化镁会转变成氢氧化镁。大气中的二氧化碳与水形成碳酸，与表面的氢氧化镁反应还会生成碳酸镁。此外，镁合金表面的氢氧化镁还会与大气中的污染物发生反应，例如二氧化硫。这些物质在镁合金外形成了一层表面膜，但是这层表面膜并无法对镁合金起到保护作用。这是由于，这些表面的物质在水中都是可以溶解的，它们不可能起到阻止内部的镁继续与外界发生反应的作用。

镁合金在溶液环境中的腐蚀比在空气中更加严重。镁浸泡在自来水中，表面很快就产生了腐蚀坑，这说明自来水中的一些离子对镁的表面膜产生了影响。这种影响会由于空气中的二氧化碳溶入水中，形成的碳酸，而加速了镁的腐蚀速度。镁合金在溶pH值低于10.5的溶液环境中，即在酸性、中性、弱碱性的环境中，合金表面的氢氧化镁会不稳定，从而内部的镁也会被腐蚀。当溶液的pH值高于10.5时，虽然说在热力学上，氢氧化镁表面膜是稳定的，但是受膜层致密度的影响，在一些含有强腐蚀性离子的溶液中，例如含有氯的溶液，镁表面的氢氧化镁膜层还是会被部分溶解。同时，溶液中的镁离子遇到氢氧根离子生成的氢氧化镁有可能再回到基体表面，在腐蚀过程中生成的氢气会影响新形成的表面膜的质量。这样沉淀而来的膜层较为疏松，起不到任何保护作用。

2.应力腐蚀

除了化学腐蚀外，镁合金还普遍的存在应力腐蚀开裂现象（SCC），即镁合金在几乎不腐蚀的环境介质中，在拉伸应力尚未达到屈服强度一半的情况下仍有可能发生开裂现象。导致这种原因的因素有很多，如工作时构件的受力，热胀冷缩引起的应力，工件装配过程中的扭、压、撞等引入的应力，构件生产的过程以及热处理、成形、机械加工等引入的各种应力。一般的，认为SCC倾向随着残余拉应力的变大而变大。

这种应力腐蚀现象通常认为是由于一种氢脆的机制引起的。应力导致表面产生裂纹，产生裂纹处的表面没有表面膜保护，氢原子能够轻易地进入镁和镁合金中与镁反应生成氢化镁。这些进入的氢原子属于小分子，它会位于晶格的间隙中，或在裂纹尖端的表面上。它们会影响到金属原子的在这些位置上的电子密度分布，使其与相邻的金属原子间的键变弱，以致于更容易发生滑移，产生开裂。裂纹处的应力较为集中，晶格畸变较大，这就使氢原子更易优先存在于这些地方，降低了位错间弹性的交互作用。氢原子的分布还会根据应力场的变化而进行调整，从而降低了位错运动的阻力，提高了位错的运动速度。

3.镁合金防护

由于镁与镁合金具有许多特性，其防护技术与一般普通金属的防腐大不相同，并且不能以过多的牺牲镁合金的性能为代价。例如：镁合金的优点在于比铝合金更轻，如果为了提高镁合金的耐腐蚀性而加入过多的重金属元素，就会使镁合金本身比重远远超过铝合金。理论上，非晶化能够提高镁合金的耐腐性。但是以现阶段技术，形成大块非晶镁合金，总需要加入较多的重金属元素，因而常常非晶镁合金要比铝合金重得多。

目前，较常用的防腐技术是将镁合金进行阳极氧化处理，就是在镁合金表面上生成一层像陶瓷般硬的沉积膜的过程。这层阳极化膜具有一定的耐磨性，同时对镁基底有一定的保护作用。它与有机涂料具有良好的结合力，可以作为有机涂层的基底。此外，阳极氧化膜还具有良好的热稳定性和绝热性能。

化学转化膜是另一种镁合金比较常用的表面处理工艺，用于涂漆底层或保护镁合金。目前大多数化学转化膜是采用铬酐或重铬酸盐为主要成分的水溶液处理(铬化处理)。由于使用铬酸盐，势必造成很大的污染，因此有必要寻找环保型的化学转化膜，如Rudd 2 等发现铈、镧、镨等稀土转化膜在pH=8.6的溶液中明显提高了镁和镁合金的耐蚀性。但在长期浸泡之后涂层的保护性开始恶化，这被认为是电解液穿越膜层，在镁合金基底形成氢氧化镁，致使涂层的稳定性下降。

镁合金防腐的最后一步是在表面涂一层有机涂层，主要作用是起到进一步防腐和装饰表面的作用。为了增加有机涂层与镁表面的结合能力，可以直接在经阳极极化或经化学转化膜处理的镁合金表面上形成涂层。此外，还可以应有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、离子注入等技术对镁合金表面进行处理，从而达到表面防腐的效果。

4.镁合金的优越性

目前3C产品外壳大都使用塑胶材料（如PC、ABS、PC/ABS或添加纤维等）。一般厚件3C产品（厚度2.5-3.2mm,长度比<100），可用射出成型或气体辅助成型制作，但厚度太大或长度比太小，会产生喷泉流现象，造成产品外观瑕疵且应力分布不均，致使产品强度减弱。而目前3C产品外壳有越来越薄的趋势，以薄壳成型来制作，当肉厚低于1mm时，产品刚性及耐冲击性的要求快速上升。如此，一般塑料材料已不适用，若添加纤维来增强强度，散热及电磁遮蔽、产品耐冲击性又差。因此，为解决以上问题，选择另类材料及新的加工工艺将成为必然。镁合金在此情况下脱颖而出。

5.概述

轻量化

镁合金比重为铝合金的68%，锌合金的27%，钢铁的23%，所以它在所有结构用合金中属于最轻者。因此镁合金适用于汽机车零件、机械零件、3C产品外壳、建筑材料等产品。极佳的电磁遮蔽性手机及电脑的金属外壳能提供优越的抗电磁保护作用。一般而言，轻的电

脑外壳采用不支持电磁遮蔽的塑料，它需要再加工或喷层导电漆来达到电磁遮蔽性的要求。镁合金外壳能够完全吸收频率超过100dB的电磁干扰。极佳的热传导性及热扩散性一般来讲，笔记本电脑的电力消耗大约20至30瓦。因此，热传导是考虑系统稳定的一个主要因素。在笔记本电脑内，CPU能达到最高温度。因此，为了防止电脑温度过高，我们就必须防止CPU过热。通常，笔记本电脑的设计者选择导热管加风扇来使系统降温，但是随着CPU频繁地升级，这种方法将不能有效地降低系统的温度并会导致一些设计上的问题，比如更大的电力消耗以及空间不够。根据最近的测试报告，镁合金的热传导性是塑料的100倍，所以如果选择镁合金外壳，过热的问题就会得到缓和与解决。

刚性高，耐冲击

镁合金具有多方面的优势。尽管它的比重要比塑钢轻,但它的强度和刚性都要比塑钢强得多。根据测试报告，对镁合金笔记本电脑外壳的耐冲击性测试如下：1 将一米高五磅重东西以自由落体的方式撞击镁合金笔记本电脑外壳，镁合金外壳可以承担它的撞击，而不造成损伤；2 将镁合金外壳的笔记本电脑从一米高的地方落下，镁合金外壳不容易破裂，而且因为具有防震效果，所以能够保护内部零件。

耐蚀性佳

镁合金的耐蚀性（在盐腐蚀试验中）是碳钢的8倍，铝合金的4倍，更是塑料材料的10倍以上，防腐能力是合金中最佳者。

美好的质感

自上世纪起，人类对金属质感、光泽仍有不可抹减的爱恋，多种品牌型号的手机外壳做成类金属样式，但其光泽仍与金属有差距，质感更不同于金属。但镁合金作为金属，外观及质感极佳，对于工业设计师而言，这是不可忽略的事实。

费用考虑

尽管塑料比镁便宜，但使用塑料的笔记本电脑外壳需要制作得厚些（超过2mm）以便保持坚固性。在使用后，由于内部温度的上升，塑料常产生软化作用，不足以达到支撑的强度。这就迫使设计者常在塑料内部增加金属支撑框体，以保护内部零件。且成型以后，工程塑料仍需作电镀或加金属薄膜以使它具备抗电磁干扰功能。这些工序都会大量增加采用塑料外壳的成本。镁合金外壳可以被制作得更薄些（在0.35mm到1mm之间）并且外观方面它也可以烤漆或电镀过程。尽管有一些外壳的成本可能会比塑料高些，但是经过一些合适的设计，如不用埋螺丝，不用不锈钢支撑，不用导电漆等等；及专业的生产控制，它的成本可以与塑料一样。同时，与铝合金，锌合金来做成本比较，它还是低成本的材料，并且还可以提供了一些附加的价值，比如可以给人一种高档及高科技产品的外观形象。