镁合金的腐蚀与表面处理技术

镁合金作为最轻的工程金属材料，具有高的比强度、比刚度、比弹性模量，以及良好的铸造性、切削加工性能。但是，镁的化学性质十分活泼，导致镁合金的耐腐蚀性很差，随着镁合金的应用，镁合金的腐蚀与表面处理技术也越来越受到人们的重视。

镁合金腐蚀的主要形式

1、电偶腐蚀和全面腐蚀

镁的高反应性使得镁很容易与其它相组织形成腐蚀电池而发生电偶腐蚀。电偶腐蚀的阴极可能是金属内部的组织，也有可能是外部与之接触的金属。如果合金中存在Fe、Co、Ni、Cu等杂质相，镁合金将会发生很严重的电偶腐蚀。而镁合金中形成的正常的相组织之间也会发生电偶腐蚀，电位较低的相充当阳极被优先腐蚀(如镁铝合金中的α相与β相)。

2、局部腐蚀

镁合金的局部腐蚀主要有点蚀与丝状腐蚀。镁是一种自然钝化的金属，在含有Cl-的介质中，镁或镁合金的钝化膜很容易破坏而发生点蚀，而且在中性或碱性盐溶液中也会发生点蚀，重金属污染物能加速镁合金的点蚀。点蚀的形成主要是由于晶界处的析氢及沿晶界处基体优先腐蚀脱落。丝状腐蚀是由穿过晶界表面运动的活性腐蚀电池引起的，主要发生在保护性涂层和阳极氧化层下面，没有涂层的纯Mg不会受到丝状腐蚀。

3、高温腐蚀

在450℃以下干燥的氧气中，镁合金表面的氧化膜在很长时间内具有保护作用。因为在这样的温度下，氧化过程中形成的氧化物膜的体积(VMO)比生成这些氧化膜所消耗的金属的体积(VM)稍大，即PB(Pilling-Bedworth原理)比VMO／VM>1，所以氧化镁膜具有保护作用。当在450℃以上被氧化时形成的MgO膜的PB比为0．81(<1)，故无保护性。但在含硫的气氛中，镁合金的氧化膜具有保护性。因此，在高温熔炼的铸造过程中，常常使用S02或SF6气体作为镁合金熔炼的保护性气体，以防镁合金的高温氧化。

4、腐蚀疲劳

在疲劳载荷作用下，镁合金的微裂纹的起源与晶粒择优取向的滑移有关。准裂纹常常发生在疲劳裂纹生长的起始阶段，这是密盘六方晶体的特点。裂纹进一步生长的微观机制可以是脆性的也可以是韧性的，可以是穿晶的也可以是沿晶的，取决于冶金结构与环境的影响。通常降低温度，可以延长裂纹的起始期，提高镁合金的疲劳寿命。

针对镁合金易腐蚀的特点，不同的研究者提出了不同的方法来提高镁合金的抗腐蚀性能，这对实现镁合金大规模应用具有重要的意义。目前，镁合金表面处理技术的研究和应用主要有以下几种。

1、化学转化涂层

镁合金的化学转化膜就是通过化学处理在合金表面形成由氧化物或金属化合物构成的钝化膜的处理工艺。

目前，化学转化膜以铬酸盐转化膜的防蚀效果最 好，这种方法主要采用铬酐或重铬酸盐。美国化学品Dow公司开发了一系列铬化处理液。著名的Dow7工艺采用铬酸钠和氟化镁，在镁合金表面生成铬盐及金属胶状物，这层膜起屏障作用，减缓了腐蚀，并有自修复功能力。但是由于铬酸盐处理工艺中含Cr+离子，具有毒性，污染环境，且废液的处理成本高，而且，化学转化膜的耐磨性、耐蚀性不太好，它只能减缓腐蚀速度，并不能有效防止腐蚀。

2、有机涂层

有机物涂层是镁合金保护的一种常见方法。应用于镁合金表面的有机物涂层通常采用环氧树脂、乙烯树脂、聚氨酷以及橡胶等材料。也可以在镁合金上涂油脂、油漆、腊和沥青等。但是单独的有机物涂层耐蚀性能有限，结合力也较低，只能用来作为短时间的防护处理，或者在其它转化膜表面涂敷作为复合涂层。

3、化学镀镍涂层

在镁合金的表面可以通过电镀、化学镀、热喷涂等方法获得金属涂层。其中应用最广的是化学镀Ni-P,工艺简单，镀液中不含氰化物，逐渐受到重视。Sharma等讨论了热传导性高的ZM21镁合金用碱式碳酸镍、次磷酸钠为还原剂的直接化学镀镍工艺。得到的镀层具有良好的力学性能、耐蚀性、可焊性和对环境的稳定性。霍宏伟等在传统直接化学镀镍方法的基础上，对镀液成分和操作进行改进，在AZ91D镁合金表面得到了均匀、致密，无明显表面缺陷的Ni-P涂层。

4、镁合金表面铝涂层

在镁合金表面制备结合力好、均匀致密的铝锰合金镀层不仅可以单独作为防护层使用，而且可通过后续加工处理进一步转化为更加耐蚀耐磨及高硬度的膜层，以提高镁合金表面的综合性能。张吉阜等在熔盐中对镁合金直接进行电镀铝实验。首先对镁合金进行预镀锌处理，以镀锌层作为镀铝前的过渡层。然后再进行熔盐电镀实验，结果表明，锌层代替了夹杂层成为了熔盐镀层与镁合金基体之间的中间层，涂层表现了良好的结合性能。而且，电镀铝锰合金后镁合金的腐蚀电位得到了很大的提高，说明材料的腐蚀热力学稳定性得到了提高。

5、微弧氧化及其复合涂层技术的发展

微弧氧化是最近发展起来的，被认为是最有前途的轻合金表面处理方法。同其它表面处理方法相比，具有工艺简单、处理效率高、工艺成本低、无污染等特点，符合当前清洁工业的发展要求。它结合电化学，热化学及等离子体化学等方法，在镁合金表面可原位形成陶瓷质的氧化膜，该陶瓷膜能极大地提高轻合金表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和电绝缘性能等指标。