CN105220134A

CN105220134A - 一种镁合金表面硬化技术

Info

Publication number: CN105220134A
Application number: CN201510716426.1A
Authority: CN
Inventors: 沈秋
Original assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-01-06

Abstract

本发明公开了一种镁合金表面硬化技术，通过对铸造镁合金的表面预处理后，在镁合金的表面进行化学镀镍，以提高镁合金的耐腐蚀性，包括：铸造成型—化学除油—自来水漂洗—砂纸打磨—热处理—碱洗—超声波水洗—酸洗中和—蒸馏水水洗—浸锌—脉冲电流预镀镍—化学镀镍—超声波水洗—加热炉烘干。化学除油包括碳酸钠5g/L，磷酸钠20/L，硅酸钠10g/L。浸锌溶液为35—45g/L氧化锌，90—100g/L？HEDP，3—4ml/L磷酸钠，适量NaOH溶液，PH8.0，温度为70—80度，时间30—45min。化学镀镍溶液为15—20g/LNi(CH₃COO)₂，20—25ml/L氢氟酸，19—25ml/L碳酸钠，5—6ml/L光亮剂，温度为80—90度，时间90—120min。该发明操作安全，镍镀层与基体镁合金材料结合良好，镀层厚度均匀，能够有效提高镁合金的耐腐蚀性和耐磨性。

Description

一种镁合金表面硬化技术

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面硬化技术。

背景技术

镁合金被誉为2l世纪的绿色金属结构材料，是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。镁合金性能特点可以总结为以下几点：(1)重量轻。镁合金是最轻的工程结构材料，镁的密度1.74，约为钢的1/4，铝的2/3，相比，为工程塑料的1。5倍。(2)比强度、比刚度高。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的10倍。(3)振动性好。在相同载荷下，减振性是铝的l00倍，钛合金的300～500倍。(4)电磁屏蔽性佳。(5)散热性好。一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。(6)耐蚀性好。镁合金在耐腐蚀性为碳钢的8倍，铝合金的4倍，更为塑料材料的10倍以上。(7)质感佳。镁合金的外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感。(8)可回收性好。只要花费相当于新料价格的4％，就可将镁合金制品及废料回收利用。镁合金具有的这些性能使其在陆地交通工具、航空航天飞行器、3C产品(Computer，Communication，ConsumerElectronicProduct)、家居生活用品领域受到越来越多的关注。

在其它领域，镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐，作为镁牺牲阳极的镁合金有3～4万吨/年的市场需求量，且每年以20％的速度增长；镁合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或国防领域，近几年由于镁合金生产能力和技术水平的提高，其生产成本已下降到与铝合金相当的程度，极大地刺激了其在民用领域的应用，如用做自行车架、轮椅、康复和医疗器械及健身器材等。

镁合金在较多领域得到了广泛而实际的应用，镁合金的发展方向主要有耐热镁合金、耐蚀镁合金、阻燃镁合金、高强高韧镁合金、变形镁合金和镁合金成形技术。

(1)耐热镁合金

耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件(如发动机零件)材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。已开发的耐热镁合会中所采用的合金元素主要有稀土元素(RE)和硅(si)，但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍。

(2)耐蚀镁合金

镁合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决：一是严格限制镁合金中的Fe、Cu、Ni等杂质元素的含量。二是对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求，可选择化学表面处理、阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。

(3)阻燃镁合金

镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烷。熔剂保护法和气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它们在应用中会产生严重的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心通过同时加入几种元素，开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金，成功地进行了轿车变速箱壳盖的工业试验，并生产出了手机壳体、MP3壳体等电子产品外壳。

(4)高强高韧镁合金

现有镁合会的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在镁合金中加入Ca、Zr可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度；通过快速凝固粉术冶金、高挤压比及等通道角挤(ECAE)等方法，可使镁合金的晶粒处理得很细，从而获得高强度、高塑性。

(5)变形镁合金

新型变形镁合金及其成型工艺的开发，己受到国内外材料工作者的高度重视。与压铸镁合金产品相比，变形的镁合金材料可获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不同场合结构件的使用要求。

(6)镁合金成形技术

镁合金成形分为变形和铸造两种方法，当前主要使用铸造成形工艺，压铸是应用最广的镁合金成形方法。镁合金半固态触变铸造成形新技术，近年来受到美国、日本和加拿大等国家的重视。与传统的压铸相比，触变铸造法无需熔炼、浇注及气体保护，生产过程更加清洁、安全和节能。

各国纷纷加大镁合金制品的研发力度，尤其是20世纪90年代以来，相继出台了镁研究计划，开展了大型的“产、学、研”联合攻关项目和计划。德国政府制订了一个投资2500万德国马克的镁合金研究开发计划，主要研究压铸合金工艺，快速原型化与工具制造技术和半固态成型工艺，以提高德国在镁合金应用方面的能力；1993年欧洲汽车制造商提出“3公升汽油轿车”的新概念，美国也提出了“PNGV"(新一代交通工具)的合作计划，其目标是生产出消费者可承受的每百公里耗油3公升的轿车，且整车至少80％以上的部件可以回收，这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术，生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车：日本通过了“家电回收法”，以限制工程塑料的使用，率先将镁合金用于笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机上，并计划推广到家电和通讯器材等领域。

在化学转化处理中，环保仍是目前最大的问题，解决六价铬的环保问题而开展的无铬转化膜、磷化等技术，目前还存在膜层不够致密、膜薄、保护性能差、损伤后不能自愈的缺点。阳极氧化膜多孔，必须采用封闭处理，否则其耐蚀性还不如镁合金化学转化膜的耐蚀性。尽管用微弧氧化方法可以减少镁合金表面氧化膜的孔隙，但不能完全消除。而且微弧氧化电压高，设备投资大。由于产生电弧，局部过热，溶液需要大功率冷却设备，能耗大。有机涂层存在容易剥落、不耐磨、不耐高温的缺点，只能用来短时间的保护金属，不能长期用作保护涂层。物理气相沉积技术沉积的膜层种类较少，膜层厚度较薄，只适用于形状简单的镀件，并且设备成本较高，目前还难以大规模应用。

化学镀或电镀处理，不仅可以获得高的耐蚀性，而且镀层的性能可以根据不同的要求进行调节，在要求表面具有导电、导热性、钎焊性、耐磨性的场合，更是一种不可替代的表面处理方法。

虽然化学镀镍具有均镀能力好的优点，对复杂镁合金件的镀覆中能够得到很好的均镀层，特别是零件的深凹部位，但是化学镀镍获得的镀层薄，在镀层表面存在许多的空隙，能引起严重的电偶腐蚀，不致密的化学镀镍层的存在比无镀镍层的镁合金的腐蚀还要严重。化学镀镍后的镁合金表面还需要作严格的封闭处理和涂装工序才能应用。化学镀镍液的稳定性不高，施镀温度高，镀液容易分解，使用寿命低，经济效益不理想。化学镀镍工艺在“酸蚀”步骤中使用到的铬酸，不仅会严重腐蚀镁合金基体，而且铬的使用受到环保要求的限制而且，化学镀镍过程时间长，施镀温度高。这样生产过程能耗高、产品生产速度慢，已经落后于现在社会经济效益的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种镁合金表面硬化技术。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种镁合金表面硬化技术，通过对铸造镁合金的表面预处理后，在镁合金的表面进行化学镀镍，以提高镁合金的耐腐蚀性，包括：铸造成型——化学除油——自来水漂洗——砂纸打磨——热处理——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——浸锌——脉冲电流预镀镍——化学镀镍——超声波水洗——加热炉烘干。化学除油包括碳酸钠5g/L，磷酸钠20/L，硅酸钠10g/L。浸锌溶液为35——45g/L氧化锌，90——100g/LHEDP，3——4ml/L磷酸钠，适量NaOH溶液，PH8.0，温度为70——80度，时间30——45min。化学镀镍溶液为15——20g/LNi(CH₃COO)₂，20——25ml/L氢氟酸，19——25ml/L碳酸钠，5——6ml/L光亮剂，温度为80——90度，时间90——120min。

具体实施方式

实施例1

一种镁合金表面硬化技术，通过对铸造镁合金的表面预处理后，在镁合金的表面进行化学镀镍，以提高镁合金的耐腐蚀性，包括：铸造成型——化学除油——自来水漂洗——砂纸打磨——热处理——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——浸锌——脉冲电流预镀镍——化学镀镍——超声波水洗——加热炉烘干。镁合金型号为ZM6，尺寸为200mm×250mm×4mm化学除油包括碳酸钠5g/L，磷酸钠20/L，硅酸钠10g/L。浸锌溶液为35g/L氧化锌，90g/LHEDP，3ml/L磷酸钠，适量NaOH溶液，PH8.2，温度为70度，时间45min。化学镀镍溶液为15g/LNi(CH₃COO)₂，20ml/L氢氟酸，19ml/L碳酸钠，5ml/L光亮剂，温度为80度，时间115min。

实施例2

一种镁合金表面硬化技术，通过对铸造镁合金的表面预处理后，在镁合金的表面进行化学镀镍，以提高镁合金的耐腐蚀性，包括：铸造成型——化学除油——自来水漂洗——砂纸打磨——热处理——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——浸锌——脉冲电流预镀镍——化学镀镍——超声波水洗——加热炉烘干。镁合金型号为AM60B，尺寸为圆锥形，化学除油包括碳酸钠5g/L，磷酸钠20/L，硅酸钠10g/L。浸锌溶液为40g/L氧化锌，100g/LHEDP，4ml/L磷酸钠，适量NaOH溶液，PH8.5，温度为80度，时间35min。化学镀镍溶液为30g/L碱式碳酸镍，25ml/L氢氟酸，24ml/L次亚磷酸钠，10ml/L乳酸，5ml/L光亮剂，温度为90度，时间90min。

Claims

1.一种镁合金表面硬化技术，其特征在于通过对铸造镁合金的表面预处理后，在镁合金的表面进行化学镀镍，以提高镁合金的耐腐蚀性，包括：铸造成型——化学除油——自来水漂洗——砂纸打磨——热处理——碱洗——超声波水洗——酸洗中和——蒸馏水水洗——浸锌——脉冲电流预镀镍——化学镀镍——超声波水洗——加热炉烘干。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的化学除油包括碳酸钠5g/L，磷酸钠20/L，硅酸钠10g/L。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的浸锌溶液为35——45g/L氧化锌，90——100g/LHEDP，3——4ml/L磷酸钠，适量NaOH溶液，PH8.0，温度为70——80度，时间30——45min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的化学镀镍溶液为15——20g/LNi(CH₃COO)₂，20——25ml/L氢氟酸，19——25ml/L碳酸钠，5——6ml/L光亮剂，温度为80——90度，时间90——120min。