CN105256358A

CN105256358A - 一种镁合金硬化方法

Info

Publication number: CN105256358A
Application number: CN201510767165.6A
Authority: CN
Inventors: 唐靖岚
Original assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-01-20

Abstract

本发明公开了一种镁合金硬化方法，该方法为镁合金微弧氧化方法，通过对镁合金的预处理后，选择合适的电解液和电参数，在镁合金的表面形成一层氧化膜，从而有效提高镁合金的硬度和耐磨性，包括：镁合金除油—超声波水洗—选择电解液和电解液浓度—选择电参数—超声波水洗—质量检验。电解液包括NaOH电解液，加入适量的NaSO₃和NaAlO₃，浓度为2—9g/L，电解液温度为30—50度。电参数为能量密度，包括电压和电流，能量密度为300—600W/dm²，氧化时间为60—90min。该发明能够在镁合金表面形成一层氧化层，该氧化层厚度均匀，有效提高镁合金的耐腐蚀性和，并且能够加工异形件，扩展镁合金的应用范围。

Description

一种镁合金硬化方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金硬化方法。

背景技术

镁合金是一种理想的现代工业结构材料，早期被广泛地应用于航空航天工业，目前在交通、电子工业、电讯、光学仪器、音响材料等领域也有了广泛的应用。镁合金是汽车“轻量化”最有吸引力的结构材料之一。其应用到汽车上可减轻汽车自重，减轻100kg的重量，消耗的燃料就可以下降5％，而降低汽车自重是节约能源与减轻环境污染最基本的措施。

在航空航天工业和军事工业上，镁合金的应用领域包括各种民用、军用飞机的发动机零部件、螺旋桨、齿轮箱、支架结构以及火箭、导弹和卫星的一些零部件。飞机上由于大量使用镁合金，质量大大减轻，飞行速度及航程均显著提高。先后有很多民用飞机使用了镁合金部件，数量达到250多种。

在电子工业中镁合金的增长需求主要是镁合金在减轻重量和其具有良好的薄壁铸造性能等方面的优势，同时，它的可再生性能、高的热传导性能，良好的电磁屏蔽作用，以及很高的抗电磁干扰(EMI)性能等优点，非常适合于3C类产品及电动车、汽车零件的要求，因此，镁合金在电子产品中发展具有不可替代的作用。

镁合金具有优良的性能，但在实际应用中却并未得到充分的发挥，这主要是由于镁合金的耐蚀性较差，妨碍了其进一步的开发使用，也限制了其在工程领域的广泛应用。镁的标准电极电位为2.36V，比铁低约2v，比铝低0.7v左右，是负电性很强的金属。在常用介质中的电极电位也很低，纯镁在3％NaCl溶液中稳定电位为1.72V，在海水中稳定电位为1.6V，是工业合金中最低的。镁很容易与氧气、氮气、水、等发生反应，表面生成的膜层致密度系数较低，这层膜一般不仅疏松，而且多孔，对金属基体基本没有保护作用，故镁和镁合金具有极高的化学和电化学活性，耐蚀性很差。

通常，镁合金的腐蚀形态主要有以下几种方式：

(1)电偶腐蚀：是不同的金属在同一种介质中由于腐蚀电位不同而造成的接触处的局部腐蚀，这是镁合金最常见的一种腐蚀形态。两种存在电位差的金属进入电解液相互接触时，将构成宏电池，产生电偶电流，电位较负的金属一般在盐溶液中为阳极，溶解速度加大，电位较正的金属一般为阴极，溶解速度减缓，受到保护。镁对于其他金属来说都是阳极，所以很容易受腐蚀。通常镁合金中还存在着析出相及各种杂质成分，因此即使不与其它材料接触，其基体成分之间也会由于电化学活性的差异而导致电偶腐蚀。

(2)点蚀：是一种腐蚀集中在金属(合金)表面数十微米范围内并且向纵深发展的一种典型的局部腐蚀形式。点蚀通常发生在中性或碱性介质中，或者在含有氯离子的非氧化性介质中，镁合金因产生自腐蚀电位也容易发生点蚀。

(3)应力腐蚀：是指金属在特定的腐蚀介质和拉应力的共同作用下发生的脆性断裂。镁合金在含有氯离子的中性溶液甚至蒸馏水中都会有应力腐蚀开裂的倾向。但其在当pH>11.5时的碱性介质中或氟化物的溶液中，均表现出良好的抗应力腐蚀的性能。

(4)晶间腐蚀和缝隙腐蚀：晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。一般情况下，镁合金对其不敏感，腐蚀不能沿着晶界方向发展。缝隙腐蚀可发生在金属和合金上，且钝化金属及合金更容易发生。任何介质(酸碱盐)均可发生缝隙腐蚀，含氯离子的溶液更容易发生。

镁合金耐蚀性能差限制了其广泛应用，因此如何更好的发挥其作用，最根本的任务就是提高镁合金的耐蚀性。增强镁合金耐蚀性能的途径通常包括快速凝固技术、开发高纯镁合金或新合金、表面改性以及表面施加保护涂层等。

(1)快速凝固技术(RSP)指的是在比常规方法过程中快得多的冷却速度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固态的过程。快速凝固技术能显著提高镁合金的耐蚀性，因为它可以扩大合金化元素在基相中固溶度的限制，形成新相，使有害元素以危害更小的相态或在危害较小的位置存在。同时由于快速凝固技术可以增大以高浓度存在时可以形成玻璃体氧化膜的元素的固溶度，促进了更具有保护性并具有“自愈"能力的玻璃体膜的形成，因此也能提高材料的耐蚀性能。

(2)开发高纯合金或新合金合金中的杂质含量是影响镁合金耐蚀性最重要的因素之一。镁中一般含铁、镍、铝、钙、钾、硅等杂质，其中氢过电位低的杂质如铁、镍、铜、钴的存在，会使镁在氢去极化过程中的腐蚀速度急剧增大，所以控制有害元素的含量，提高镁合金自身的纯度，是一条解决镁合金耐蚀性的有效途径。此外，在镁合金中加入适当的合金化元素，开发新的合金种类，也是解决镁合金腐蚀问题的有效途径。

(3)表面改性技术主要包括离子注入技术和激光处理技术。其中离子注入技术是将原子离子化后，在电场中获得高能量，强行注入材料表面层，从而改变其表面成分与性能的方法。激光处理技术是一门新技术，包括激光热处理和激光表面合金化。激光法由于能进行局部快速加热和通过选择波长使其产生特定的化学反应，所以对材料表面改性能起到非常大的作用。虽然该技术能够有效改善镁合金的耐蚀性，但由于其设备要求较高、操作方法比较复杂，因此，还没有大量投入实际生产应用当中。

(4)表面涂层处理是金属防护中最有效、简便的方法。一般采用化学或电化学方法在金属表面进行表面涂层处理，利用涂层本身的特性在基体和外界环境之间形成一层保护膜，从而减少对基体金属的腐蚀。目前，在镁合金表面施加保护涂层的方法主要有：化学转化处理、有机涂层及特殊涂层、金属镀层、阳极氧化等。

化学转化处理通过发生化学或电化学反应，使基体金属表层原子与介质中的阴离子发生反应，从而在金属表面形成一层薄膜，起到保护基体材料的作用。化学转化处理方法形成的膜层均匀，方法简单，适用于各种形状的零件。目前镁合金化学转化处理技术研究较多的是铬化处理和磷化处理。其中铬化处理包括浸渍、喷液、刷涂等方法，处理液主要为铬酸、碱金属的铬酸盐或重铬酸盐水溶液，是目前较为成熟、应用最多的表面处理方法。磷酸盐.高锰酸钾方法就是常用的一种新型无铬化学转化处理方法，其成膜机理与铬酸盐处理类似，其耐蚀性与铬化膜相当，可以用作镁合金加工工序问的短期防蚀或涂漆前的底层，但是由于处理液消耗较快，并且前处理采用的高浓度磷酸提高了成本，使得磷化膜的应用受到了限制。

有机涂层及特殊涂层镁合金表面采用环氧树脂、聚氨酯、乙烯树脂等材料涂覆获得有机涂层防护膜。在镁合金上涂覆油、油脂、油漆、蜡和沥青也可作为短时间的防护处理的一种方法。但是有机涂层及特殊涂层一般只能在较短时间内保护基体金属，不能用作长效防腐涂层。采用特殊涂层，如陶瓷涂层能对镁合金达到一定的防腐耐磨目的。

金属镀层金属涂层的制备可以用电镀、化学镀、热喷涂等方法，因为镁合金熔点低、易燃烧，所以很少采用热喷涂方法。通常镁合金的金属涂层一般选用电镀方法。常用电镀方法是预镀锌后镀铜，再镀镍。还可以用电沉积的方法沉积金膜、银膜。最近几年又发展了不需要镀铜的直接化学镀镍的方法。

阳极氧化它是一种特殊的化学转化膜，利用电解作用使金属表面形成氧化膜层。影响镁阳极氧化成膜效果的因素有：电解液、电压、电流、温度、pH值及处理时间等，其中电解液是决定性因素。典型方法有德国的Ma90xidC0at法和新西兰近年开发的Anomag法。它是通过等离子放电火花发生在工件表面70mn之内，形成较好的膜层，但影响工件的力学性能，并且电解液含铬化合物及氟化物，对环境和人类健康不利。我国近来开发了无铬、无磷等无毒害组分的绿色环保型电解液。

阳极氧化处理实质上是一种电化学反应过程，由于整个过程影响因素较多，使得金属表面不同部位膜的生长不能完全均衡的进行，导致金属表面膜层厚度的不均匀分布。因此，从处理方法的影响因素入手，开发具有合适电解液、稳定电源形式等条件的阳极氧化处理方法，从而在金属表面形成均匀、有效的保护膜，是镁合金阳极氧化处理未来的一个发展方向。

上述这些表面处理方法所获得的膜层大部分都比较薄，并且耐磨、耐蚀性都不是很理想。因此在阳极氧化的基础上又发展出了一种更为先进的表面处理技术——微弧氧化处理。

微弧氧化技术是通过电解液与相应电参数的结合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层的方法。微弧氧化技术是由常规的电化学阳极氧化技术发展而来，但同时又是对阳极氧化技术的一大改进，此技术突破了传统的阳极氧化电流、电压法拉第区域的限制，在阳极氧化的基础上，增加工作电压，把阳极电位从几十伏提高到几百伏，使电压从普通阳极氧化法拉第区进入到微弧放电区，因此，微弧氧化也是一种特殊的阳极氧化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种镁合金硬化方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种镁合金硬化方法，该方法为镁合金微弧氧化方法，通过对镁合金的预处理后，选择合适的电解液和电参数，在镁合金的表面形成一层氧化膜，从而有效提高镁合金的硬度和耐磨性，包括：镁合金除油——超声波水洗——选择电解液和电解液浓度——选择电参数——超声波水洗——质量检验。电解液包括NaOH电解液，加入适量的NaSO₃和NaAlO₃，浓度为2——9g/L，电解液温度为30——50度。电参数为能量密度，包括电压和电流，能量密度为300——600W/dm²，氧化时间为60——90min。

具体实施方式

实施例1

一种镁合金硬化方法，该方法为镁合金微弧氧化方法，通过对镁合金的预处理后，选择合适的电解液和电参数，在镁合金的表面形成一层氧化膜，从而有效提高镁合金的硬度和耐磨性，包括：镁合金除油——超声波水洗——选择电解液和电解液浓度——选择电参数——超声波水洗——质量检验。镁合金为AM60B镁合金，电解液为NaOH电解液，加入适量的NaSO₃，浓度为4g/L，电解液温度为30度。电参数为能量密度，包括电压和电流，能量密度为300W/dm²，氧化时间为60min，经过该方法处理后，硬度达到HV1500，氧化膜厚度为350μm。

实施例2

一种镁合金硬化方法，该方法为镁合金微弧氧化方法，通过对镁合金的预处理后，选择合适的电解液和电参数，在镁合金的表面形成一层氧化膜，从而有效提高镁合金的硬度和耐磨性，包括：镁合金除油——超声波水洗——选择电解液和电解液浓度——选择电参数——超声波水洗——质量检验。镁合金为AZ81镁合金，电解液为NaH₂PO₄电解液，加入适量的NaSO₃，浓度为7g/L，电解液温度为45度。电参数为能量密度，包括电压和电流，能量密度为500W/dm²，氧化时间为90min，经过该方法处理后，硬度达到HV1600，氧化膜厚度为300μm,并且耐磨性和耐腐蚀性明显增强。

Claims

1.一种镁合金硬化方法，该方法为镁合金微弧氧化方法，其特征在于通过对镁合金的预处理后，选择合适的电解液和电参数，在镁合金的表面形成一层氧化膜，从而有效提高镁合金的硬度和耐磨性，包括：镁合金除油——超声波水洗——选择电解液和电解液浓度——选择电参数——超声波水洗——质量检验。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电解液包括NaOH电解液，加入适量的NaSO₃和NaAlO₃，浓度为2——9g/L，电解液温度为30——50度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电参数为能量密度，包括电压和电流，能量密度为300——600W/dm²，氧化时间为60——90min。