镁合金压铸件的表面处理工艺研究

李有新　戴邦华

摘 要：镁合金具有强度高、比重小等特点，被广泛应用在多个领域，如汽车、航空航天及3C行业等。。随着可持续发展理念的深入，汽车轻量化成为行业共识，节约油耗已经成为现代化汽车的重要发展方向。为了进一步提高镁合金压铸件的使用寿命和耐腐蚀性，应积极优化和改善镁合金压铸件的表面处理工艺，充分发挥镁合金压铸件的应用优势。本文分析了镁合金性能，阐述了镁合金压铸件的表面处理工艺。

关键词：镁合金压铸件；表面处理工艺

由于镁合金具有较强的活性，和空气接触后会形成碳酸盐膜，镁合金表面防护性较差，因此应对镁合金压铸件采用合适的表面处理工艺，提高镁合金压铸件的耐磨性、抗腐蚀性和防护能力。

1.镁合金性能

1.1切削性

镁合金的切削阻力较小，仅为铝合金的1/4，钢铁的1/10，因此切削速度快，工具完整性较高，使用寿命长，镁合金材料加工成本低，加工性能好，加工能耗约为铝合金的65%。

1.2轻量性

镁合金比强度高于钢和铝合金，低于强度最高的纤维塑料，比刚度与钢和铝合金相当，远远高于纤维增强塑料，比耐力、比强度比普通的铝和铁要高。

1.3耐蚀性

镁材料本身具有良好耐蚀性，特别是高纯镁合金的耐腐蚀性比铁和低碳钢要好很多，远远超过铝合金。镁合金中含有铜和镍，极大地降低了其耐腐蚀性能。

1.4减震性

镁合金和其它金属材料相比，具有良好的减震性。例如，在35MPa应力作用下，AZ91D镁合金衰减系数为20%，A380铝合金衰减系数仅为1%；在100MPa应力作用下，AZ91D镁合金衰减系数为55%，A380铝合金衰减系数仅为4%[1]。因此采用镁合金压铸件作为汽车结构件，有利于减轻汽车行驶过程中的震动和噪声。

2.镁合金铸件的表面处理工艺

2.1微弧氧化表面处理工艺

（1）表面清洗。对镁合金压铸件采用微弧氧化表面处理工艺，首先清洗镁合金压铸件表面，仔细清除镁合金压铸件表面附着的氧化物、灰尘、油污、脱模剂等，可采用以下几种清洗方法：其一，碱清洗，对镁合金压铸件采用苛性碱液或者高浓碱洗液浸泡法，清洗效果显著，但镁合金压铸件碱清洗后，应及时用清水彻底冲洗，避免污染之后的处理溶液；其二，酸清洗，对镁合金压铸件进行酸清洗，去除不溶于碱液或者和表面结合紧密的污染物，如乙醇醋酸法和磷化法清除镁合金压铸件表面污物和氧化膜的效果较好，并且磷酸侵蚀可快速去除镁合金压铸件表面的微量金属，可防止局部电偶腐蚀[2]；其三，超声波清洗，这种清洗方法具有较高的清洁度，对于镁合金压铸件的细缝、深孔也可以清洗干净，但是这种设备投资较大。

（2）微弧氧化表面处理。微弧氧化表面处理主要是在镁合金表面生成氧化镁陶瓷层，这种冶金组合形式和微晶烧结型陶瓷结构具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，其附着力、硬度和强度比传统阳极氧化要好。对镁合金压铸件进行微弧氧化表面处理，采用pH值为8.5碱性的氧化电解液，微弧处理时间控制在10min左右，膜层厚度约1～2mm。

2.2阳极氧化处理

对镁合金压铸件进行阳极氧化处理，在特定工艺和相应电解液条件下，在外加电流作用下，在镁合金压铸件表面形成一層氧化膜，这种镁合金氧化膜呈现疏松多孔状，强韧坚硬。镁合金压铸件阳极氧化处理在封孔时，用水合封氧化膜孔，封孔稳定性较高。镁合金压铸件表面多是氧化膜自身颜色，染色较困难，因此镁合金压铸件阳极氧化只能在涂装前处理，特别是对于耐腐蚀性较高的镁合金压铸件，采用阳极氧化处理后再进行多层涂装，和铝氧化膜相比，镁合金氧化膜具有良好的介电性、耐磨性和化学稳定性。

2.2化学转化处理

镁合金化学转化膜比自然氧化膜的抗腐蚀性较好，特别是化学转化膜可提供良好的涂装集体，镁合金化学转化处理主要有铬酸盐系氧化膜、氟锆酸盐转化膜、高锰酸盐转化膜、亚硒酸盐转化膜和锡酸盐转化膜四种方法，这些转化处理方法有不同的优点和缺点，为了提高镁合金压铸件的耐蚀性，可采用铬酸盐系氧化膜；考虑到镁合金压铸件的电磁屏蔽性，可采用非铬酸氧化膜。当前，镁合金压铸件的化学转化处理采用以重铬酸盐或者铬酸为主要成分的溶液进行铬化处理，根据镁合金压铸件表面处理要求，可采用镁合金铬化转化剂。铬酸盐混合层在空气和湿气中可以发挥重要的屏障作用，防止发生腐蚀，并且铬酸转化膜在没有失去结晶水时，具有良好的吸湿性，受到机械损坏或者磨损时，铬酸盐膜吸水膨胀，可以自我修复。铬化处理机制是将镁合金表面原子溶于溶液，使得溶液界面和金属表面pH值不断上升，在镁合金压铸件表面沉积一层金属胶状物和铬酸盐的混合物[3]，这种混合物包括3价和6价的基体金属和铬酸盐，由于这层胶状物比较软，在镁合压铸件表面处理过程中必须仔细操作，在热处理过后，可提高镁合金压铸件的耐磨性和硬度。经过化学转化处理后，镁合金压铸件表面干燥后的膜厚度只有湿润状态下的1/4，并且膜表面易出现微网裂纹，主要是由于化学转化膜干燥后收缩或者晶界破裂形成，而这种微网状裂纹可以和涂层实现有效结合。

3.结束语

镁合金不仅强度高，还具有良好的回收性能、机械加工性能和铸造性能，被广泛的应用在多个领域。在实际应用过程中，由于镁合金压铸件的抗腐蚀性和耐高温性较差，必须对镁合金压铸件表面采取有效的处理工艺，镁合金压铸件表面处理工艺应结合实际工业的需求，选择合适的处理方法，全面提高镁合金压铸件的使用性能。

参考文献：

[1]张鹏，曾大本.镁合金压铸件的表面处理[A].中国铸造协会（China Foundry Association）.第二届有色金属及铸造国际会议论文集[C].中国铸造协会（China Foundry Association），2001：5.

[2]白清友.AZ91D镁合金直接化学镀镍工艺与性能研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[3]廖慧敏.镁合金压铸件缺陷分析[D].重庆大学，2006.

作者简介：李有新（1981-），男，青海西宁人，学历：本科，研究方向：镁合金压铸成型工艺研究。