镁合金表面热扩渗处理研究现状

摘要：镁合金被称为“二十一世纪最具发展潜力的绿色工程材料”，在航空航天、汽车、电子产业、医疗器械等行业得到广泛应用。耐腐蚀性研究是目前镁合金研究的主要热点之一，表面扩渗合金元素是镁合金表面改性重要的方法之一，本文就目前镁合金表面扩渗合金元素的研究现状进行了综述。

关键词：镁合金；热扩渗；铝；锌；稀土

镁是金属结构材料中最轻的元素，密度为 1.74 g/cm，仅是铝的1/3，具有高的比强度、比刚度、减振性、导热性、可切削加工性和可回收性，在汽车、航空和电子工业等方面正得到日益广泛的应用。

目前，制约镁合金应用和发展的主要原因之一是其耐腐蚀性较差，因为镁合金缺乏自愈合的、自然钝化的表面膜，使其基体无法得到保护。表面改性处理是改善镁合金耐腐蚀性能的主要方法之一，如扩渗合金化、沉积涂层、激光表面改性、金属或有机镀层等 。

热扩渗技术由于渗层与基体金属之间是冶金结合，结合强度很高，渗层不容易脱落或剥落，是镁合金表面改性研究的热点问题。热扩渗原理就是将合金材料置于固体粉末内借助相应的加热设备，通过对温度与时间控制，使合金表面达到合金化形成一定的表面渗层，借以改善基材原有的不足以提高表面性能。本文就目前国内外有关镁合金表面扩渗合金元素的研究进行综述。

一、表面渗锌

马幼平等人进行了纯镁固态扩渗Zn研究，研究渗Zn后合金层组织结构、硬度及其腐蚀行为。研究结果表明，经400℃ 8h扩渗处理后，纯镁表面形成了Mg7Zn3金属间化合物，使其显微硬度提高，同时有效抑制了试样在盐水浸泡过程中的腐蚀速度，耐腐蚀性能得到了改善。林文光等人采用Zn与Al2O3固体混合粉末对AZ91D镁合金表面进行热扩渗处理。研究结果表明，400℃、8h表面扩渗处理后，AZ91D镁合金表面形成了组织细密 、均匀连续且与基体结合较好的扩渗层，形成了由共晶化合物 Mg7Zn3和 Mg-Zn化合物构成的复合层，盐雾腐蚀试验结果表明合金的耐蚀性得到了一定程度的提高。

二、表面渗铝

王晓东等人采用化学扩渗的方法对半固态成形的ZA91D镁合金表面进行了渗铝处理。研究结果表明：扩渗层与基体之间形成了连续且均匀细密的渗铝层，渗层主要由Mg17A112相，A13Mg2相和α-Mg基体相等组成，渗层的厚度随扩散温度升高和扩散时间延长而增加。经扩散渗铝后，合金的腐蚀电位比未渗铝试样的腐蚀电位提高了约100mV，渗层的显微硬度较基体硬度提高1倍以上。赵爱彬等人对AZ91镁合金进行了渗Al研究。研究结果表明：在AZ91镁合金表面获得了均匀细致的渗铝膜层，渗层主要形成了Mg17A112相，耐蚀性试验结果表明，热扩散渗铝膜层的耐腐蚀性相比基体相比有了显著提高。

三、铝-锌共渗

毛广雷等人对AZ91D镁合金进行了Al-Zn共渗处理，对渗层显微组织、物相组成和耐腐蚀性能进行了研究。研究结果表明，经410、430和450℃恒温热扩散8h后，均形成了组织均匀细密的扩渗层，但在不同扩渗温度形成的渗层结构不同。410℃扩渗层由Mg-A1-Zn固溶体组成， 450℃扩渗则形成了稳定的A1Mg2Zn与Mg-A1-Zn固溶体层共同组成的扩渗层。温度升高，扩渗层厚度增加。浸泡腐蚀实验结果形成的扩渗层组织大幅度提高了AZ91D镁合金表面的耐腐蚀性。刘胜新等人采用扩渗法在AM60镁合金表面共渗Al-Zn，研究了前期处理对合金渗层显微组织和腐蚀性能的影响。研究结果表明：使用硅溶胶作为粘结剂在镁合金表面获得了优良的扩渗层，扩渗层由Mg-Zn-Al固溶体和Al5Mg11Zn4金属间化学物共同组成，扩渗层有效地提高了合金的显微硬度和耐腐蚀性。

四、扩渗稀土

许越等人进行了AZ91镁合金稀土表面改性的研究。试样经打磨、抛光、除油、除水等表面预处理后，在井式滴控渗碳炉中进行稀土多元共渗处理。研究结果表面，稀土多元共渗后，合金表面获得组织均匀、致密的扩渗层，对合金的耐腐蚀性能起到很大的改善作用。徐哲等人对AZ91D镁合金进行了Al-Ce共渗扩散处理研究，扩渗固体粉末渗剂由铝粉、氯化铵、氧化铝和碳酸铈组成，将经前期处理过得试样填埋与配制好的渗剂中，扩渗温度为437℃，扩渗时间为1h。研究结果表面。扩渗层出现了CeO2和AlmCen型化合物，合金的显微硬度明显提高，耐腐蚀性能得到极大改善。

五、结束语

随着科学技术的不断发展，镁合金在汽车、电子工业、医疗器械、航空航天等领域不断扩大应用，已经成为迫切发展的轻型金属结构材料，如何改善和提高镁合金各方面性能已经成为国内外关注的焦点。可以预见，随着镁合金表面处理工艺的不断完善，新技术和新产品的不断推出，镁合金材料将有更广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 王晓东，李元东，陈体军，康燕平，高 坤.半固态成形镁合金表面扩散渗铝技术的研究[J].表面技术，2001（5）.

[2] 赵爱彬，尹志娟，席慧智，阮 霞.AZ9 1镁合金热扩渗涂层的研究[J].应用科技，2006 （8）.

[3] 毛广雷，林文光.AZ91D镁合金表面扩渗铝锌膜层改性研究[J].热加工工艺，2008 （8）.

[4] 刘胜新，马全仓，张宝平.AM60镁合金表面扩渗Zn-Al工艺研究[J].轻金属，2008 （5）.

[5] 许 越，滕玉洁，张 勇，李英杰.AZ91镁合金稀土表面改性的研究，2004（5）.

[6] 徐 哲，席慧智，姜 鹏，等.AZ91D镁合金热扩渗涂层研究[J]. 稀有金属材料与工程，2007（12）.

（作者单位：张 萍，新乡职业技术学院；刘德波，黄河科技学院）