[发明专利]镁合金零部件表面耐蚀性的制备方法

说明书

本发明提出一种镁合金零部件表面耐蚀性的制备方法，旨在提供一种防腐蚀，可钎焊的适应生产过程触碰、划伤的镁合金应用设计方法。本发明通过下述方案予以实现：以加工的镁合金零部件为支撑件，将镁合金零部件表面规划成镀铝合金内层和镀覆或涂料涂覆外层；然后，在镁合金的各个表面采用增材方式打印一层铝合金，将镁合金零部件的内外表面完全包裹起来；再采用减材的方式，通过铣削，钻削机械加工减材实现镁合金零部件外形，腔体，孔类内表面的加工，将增加的打印铝合金材料减材去除多余的余量，加工到尺寸要求的形状结构，然后对加工好的镁合金零部件进行电镀，化学氧化，电化学氧化，油漆，喷塑处理。本发明解决了镁合金零件难于工业应用的问题。

技术领域

本发明涉及镁合金应用中，镁合金的表面耐蚀性的方法。

背景技术

镁合金因其不可替代的综合性能优势被誉为2l世纪最理想的电子产品壳体材料和轻型车辆转向系统材料，与其它轻质材料相比，镁合金具有比重小，比强度高，能量衰减系数大，电磁屏蔽性好，可回收利用，利于环保的一种绿色金属材料。镁合金在电子工业中的应用也具有很大的潜力，在航空航天、汽车等领域具有较大的应用前景，但镁合金的电极电位很低，极易被腐蚀，特别是与其它金属连接时更易形成电偶腐蚀，虽然镁合金在大气中能自然形成碱式碳酸盐膜，但这种自然氧化膜不足以防止恶劣环境下的腐蚀，所以镁合金作为结构材料和壳体时，镁合金的耐蚀性差，大大制约了其作为工程材料的应用范围；必须采取可靠的表面防护措施。镁元素符号Mg，原子序数为12，电子结构为2-8-2，标准电极电位很负(-2.36V)，较易失电子而发生氧化反应，从而导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差，在腐蚀性介质中很容易发生严重的腐蚀。镁合金自然形成的氧化膜疏松多孔，以MgO、Mg2+为主要成份的膜的致密度系数为0.8左右，对基体的保护能力较差，不适用于大多数的腐蚀性环境。镁合金化学活性较高，在自然条件下容易氧化，抗腐蚀性能差，需要进行防腐蚀处理。镁合金的腐蚀方式镁合金的腐蚀方式通常有两种情况：一是在一般环境中的腐蚀，称“一般腐蚀”或“环境腐蚀”，也称“化学腐蚀”，二是在原电池环境下产生的“电化学腐蚀”。暴露在干燥的空气中时镁合金表面会形成一层很薄的膜，这层膜在没水接触的情况下很稳定，此时就不会发生腐蚀现象。通常为了满足航天、汽车、机械工业的特殊要求，一般会在铝和镁中加入其它金属，如Cu、Mn等，以制成综合性能较好或具有特殊用途的合金，由于其它合金元素的存在，进一步导致这两种金属耐腐蚀性明显下降。目前镁合金所采用的表面处理措施主要有化学转化处理、阳极氧化处理、激光表面合金化、微弧氧化、表面充填密封、物理气相沉积、离子注入、化学镀及电镀等。阳极氧化是镁合金最基本也是应用很广的表面处理方法。但镁合金的阳极氧化产生的膜结构疏松，孔隙率高，孔洞大而不规则，与基体结合不牢固。而用化学转化处理方法得到的转化膜比较薄，且质脆多孔，一般只能作为装饰及中间防护工序，并不能作为长期防腐保护膜。研究发现，激光处理使表面局部溶解，而激光束边缘处金属几乎不受影响。因而表面存在一个个的熔池，这样会产生选择性溶蚀，腐蚀首先发生在熔池中心，激光表面重熔增加了局部腐蚀的产生。腐蚀试验结果表明，激光表面重熔镁合金时熔化层有金属蒸发损失，Mg的损失量尤其严重，激光表面重熔处理并没有提高镁合金的耐蚀性能。而且在高的输人能量时还会使耐蚀性能下降。金属等离子体注入沉积技术离子注入所得到的改性层非常薄，往往无法满足所需要的表面性能。铬化处理和阳极氧化处理是传统的镁合金表面处理方法，它们虽然能在一定程度上提高镁合金的耐蚀性，但是在处理过程中这两种方法能耗高，对环境污染严重，处理后需与其它有机涂层结合使用，成本较高，在含盐腐蚀性电解液和含S0₂气体的恶劣条件下腐蚀仍然很严重。目前，制备镁合金耐蚀保护膜常采用铬酸盐处理，如著名的DOW7工艺采用铬酸钠和氟化镁，制备了具有一定耐蚀性的防护膜。但是这种工艺生成的六价铬毒性大，严重危险环境和人类的健康。中国专利公开号为CN101096761A的中国专利提到了镁合金表面磷化溶液配方，含有锰、锌、氟等物质，用的是高锰酸钾和磷酸二氢锌，但是含氟化物耐蚀性也不高；公开号为CN1598055A的中国专利提到了镁合金磷化溶液配方，其中含有腐蚀抑制剂氟化钠，氟化物的存在容易产生有害物质污染环境。文献“AZ31镁合金磷化工艺研究”(高焕方等，表面技术，2008，37(4)：37-39)在镁合金AZ31表面制备了耐蚀膜层，但磷化配方中除了含有镍、氟、亚硝酸盐物质外，成分较多(9种成分)，而且膜层的耐蚀性较铬酸盐处理差。近年来，人们在这些方面做了大量的工作，取得了很多的成果。然而至今为止仍没有重大的突破，所制备膜层还不符合铝合金和镁合金的防腐蚀性能要求。由此可以看出，镁合金防护是工业界一大难题，国内外很多大学，科研院所，制造工厂，电镀厂家不遗余力的研究，进展非常有限。