汽车用镁合金表面强化工艺研究

2015-01-29郑利霞孙焕新

电镀与环保 2015年4期

郑利霞，孙焕新

（北京信息职业技术学院，北京100070）

0 前言

镁合金因具有质量轻、切削加工性好、比强度和比刚度高、抗震及减震性强等优点，已在航空、冶金、汽车、纺织和通讯等行业中得到应用。汽车行业中，镁合金已成为制造部分车体构件、传动构件和车内饰件的理想材料［1-2］。然而，与其他结构功能材料类似，镁合金同样存在着性能缺陷，表现为塑性、耐热性和耐蚀性较差，同时硬度和抗拉强度也不尽理想［3］。这在一定程度上限制了其在汽车行业中的应用广度和深度。

研究表明［4-8］：激光冲击强化、等离子微弧阳极氧化、化学转化膜和电镀／化学镀等表面强化处理，是弥补镁合金性能缺陷的有效方法。对此，本文采用电镀工艺对镁合金实施表面强化，并进一步开展研究分析。

1 工艺原理及工艺流程

1.1 工艺原理

图1为镁合金表面电镀强化原理示意。采用电镀工艺实施镁合金表面强化处理的原理可概述为：在经过预处理的镁合金表面镀覆合适厚度且与基体紧密结合的金属层，借助其发挥保护和强化效果，间接弥补镁合金的性能缺陷。

图1 镁合金表面电镀强化原理示意

1.2 工艺流程

本文以汽车行业中较常用的AZ31B 型镁合金为研究对象，对其实施表面强化。考虑到镁合金结构及性能的特殊性，制订下述工艺流程：表面修整→除油清污→冲洗→酸洗活化→冲洗→干燥。其中：表面修整是采用机械方式修磨整平镁合金表面；除油清污则是采用化学方式在温度适宜的碱性溶液中进行；为彻底去除镁合金表面的氧化膜及可能残存的油污，常在除油清污步骤后再进行酸洗活化处理；冲洗过程尽量选用去离子水，以消除杂质离子的影响。

2 强化镁合金性能分析

2.1 耐蚀性

盐雾试验结果表明：强化处理可明显改善镁合金的耐蚀性。图2为未经强化处理及经强化处理的镁合金的腐蚀形貌对照。后者发生轻微程度的遍及腐蚀，虽然同样存在点蚀坑，但相对细微，并且仍较清晰显现晶粒形态。而前者晶间腐蚀严重，形成的腐蚀坑较大且密集排布。由于镀覆层暴露在外，直接承受腐蚀介质的侵蚀，可以有效保护镁合金表面。加之其自身耐腐蚀，能够延缓腐蚀进程，并阻碍腐蚀区域扩展，因而等同于间接赋予镁合金较理想的耐蚀性。

图2 镁合金的腐蚀形貌对照

2.2 硬度

表1为镁合金表面强化处理前后相同位置的硬度测定结果。由表1可知：经表面强化处理的镁合金的硬度有较大幅度的提高，最高达到3 538 MPa，约为基体的3.5倍。

表1 镁合金表面强化处理前后硬度测定结果

图3为镁合金表面镀覆层的断面形貌与微观结构。由图3 可知：镀覆层呈现为细晶特征，组织紧凑，结构致密。根据晶体材料的硬度取决于其晶体尺寸和结构致密程度的Hall-Petch定律［9］，不难作出解释。虽然镁合金基体的硬度相对偏低，但由于镀覆层的紧密附着，致使其表面硬度提高。另外，因镀覆层较薄且组织致密均匀，发挥的表面强化效果相当，故不同位置的硬度测定结果基本持平。