镁合金表面处理
镁合金表面处理技术与性能分析
镁合金表面处理技术与性能分析第一章：引言镁合金因其轻质、高强度、良好的耐腐蚀性和良好的可塑性而被广泛应用于汽车、航空航天、电子设备等领域。
然而，镁合金在表面处理方面仍存在一些挑战，例如热稳定性和耐氧化性较差，易发生腐蚀等问题。
因此，寻找更有效的镁合金表面处理技术变得至关重要。
第二章：镁合金表面处理技术2.1 电化学处理在电解液中，通过电解方法对金属进行阳极处理，并在其表面上形成一层氧化膜，该方法可以在多种材料上迅速形成具有良好抗腐蚀性的涂层，并且可以通过调整电流密度和时间来改变氧化膜的厚度和颜色。
2.2 化学处理化学处理可通过浸泡或刷涂等方法使镁合金表面发生离子交换或化学反应来形成一种保护性膜。
例如，使用含有多种有机和无机酸的溶液对镁进行浸泡，可以形成一层质地坚硬的氧化铝膜。
2.3 物理处理物理方法包括喷砂、喷丸和激光熔射等。
通常，这些方法会在表面形成一层粗糙的纹理，以增加镁与空气或其他介质之间的接触面积和摩擦力。
第三章：表面处理后的镁合金性能分析3.1 腐蚀性能镁在空气中易形成氧化层，在湿润环境下还容易形成水合层导致易腐蚀。
针对这一问题，通过表面处理后形成的化学膜可以防止氧化层和水合层的形成，提高了镁合金的抗腐蚀能力。
3.2 力学性能表面处理对镁合金的力学性能影响较小，但是通过物理处理方法，可以显著降低镁合金表面的粗糙度，提高其表面质量和结构强度，从而改善其力学性能。
3.3 热稳定性要使镁合金在高温下稳定，需要通过表面处理形成一层高温氧化层。
常用的高温氧化方法包括热氧化和熔盐氧化。
这些方法可以在镁合金表面形成一层密封的氧化层，有效防止氧化和腐蚀。
第四章：未来展望镁合金作为一种重要的轻金属材料，其应用前景非常广阔。
未来，在表面处理技术方面，我们可以进一步开发和完善表面处理材料和新技术，并将其与其他表面处理方法相结合，使其性能得到进一步提高，并满足更广泛的工业和消费领域对高性能镁合金的需求。
第五章：结论镁合金表面处理技术不断创新和完善，可以提高其腐蚀性能、力学性能和热稳定性，有利于其在工业和消费领域的广泛应用。
镁合金表面处理方法的优化和改进
镁合金表面处理方法的优化和改进镁合金是一种具有轻质、高强度、高比刚度和较高的热导率等优点的金属材料。
它广泛应用于航空、汽车、电子、医疗和军工等领域。
然而，镁合金在实际应用中，由于其表面容易氧化、腐蚀和磨损等问题，其应用范围受到一定的限制。
因此，为了提高镁合金的表面性能，人们研究并发展了各种表面处理方法。
本文将对镁合金表面处理方法的优化和改进进行探讨。
一、化学处理方法化学处理是目前使用最广泛的一种表面处理方法。
其中，单位面积处理成本低、处理厚度易控制、成型成本低、处理速度快等特点使其在实际生产中得到广泛应用。
1.1 酸蚀处理酸蚀处理是指将镁合金表面暴露在稀酸性溶液中，以形成一层具有一定厚度、均匀、致密并表面平整的氧化膜。
氧化膜的厚度和性质取决于酸性溶液的成分、浸泡时间和处理温度等因素。
酸蚀处理可以提高镁合金表面的耐腐蚀性和耐磨性，并可以提高其表面美观度。
然而，酸蚀处理也存在一些缺点。
首先，如果酸性溶液中的浓度、处理温度、时间等因素不恰当，会导致镁合金表面粗糙、不规则、氧化膜薄和不致密等缺陷。
其次，氧化膜虽然可以保护镁合金表面免于腐蚀和磨损，但其本身也具有一定的脆性，易于剥离和破裂。
为了克服这些缺点，人们进行了一系列的研究。
例如，可以通过改变酸性溶液的成分、添加复合添加剂、控制温度等因素来改善氧化膜的性质。
此外，还可以将酸蚀处理与其他表面处理方法结合起来使用，以提高表面成品质量。
1.2 电解沉积处理电解沉积处理是利用电化学原理，在特定条件下，将金属离子沉积在镁合金表面上的一种表面处理方法。
该方法可以形成高质量的金属涂层，具有厚度均匀、致密、耐腐蚀和较高的硬度等优点。
电解沉积处理可以用于制备镀铬、镀镍、镀锌、镀铜等多种涂层。
尽管电解沉积处理具有许多优点，但其存在一些缺点。
首先，处理过程的费用较高，因为需要使用大量的电能和金属离子等。
其次，在实际生产中，如果沉积条件不当，容易造成涂层的不均匀、太薄或太厚等缺陷。
镁合金表面处理方法
镁合金表面处理方法
常见的镁合金表面处理方法包括：
1. 阳极氧化：将镁合金制品作为阳极，经过电解处理，在硫酸、硝酸、磷酸等溶液中形成氧化膜，并以阳极氧化的方法进行膜层增长，以提高镁合金的耐蚀性、硬度和耐磨性。
2. 电化学抛光：将镁合金制品浸泡在含有工业碱的电解液中，通过电解反应溶解表面的氧化层和锈层，使表面变得光滑且均匀。
3. 化学镀：利用化学溶液中的金属基质离子，在镁合金表面上化学还原析出金属膜层，以增加镁合金的表面性能。
4. 电镀：通过电解将金属阳离子沉积在镁合金表面，形成金属膜层，包括镍、铬、铜等。
5. 喷涂涂层：将陶瓷、聚合物等高强度材料喷涂在镁合金表面，以提高其表面硬度、磨损性和耐腐蚀性。
6. 增强改性：通过加工、热处理和强化合金等方式，改善镁合金的力学性能和耐蚀性。
这些处理方法可以根据镁合金的具体用途和要求来选择和应用，以提高镁合金的性能和延长使用寿命。
镁合金表面处理技术及其耐蚀性能研究
镁合金表面处理技术及其耐蚀性能研究镁合金是一种重量轻、高强度的金属材料，因此在各个领域中得到了广泛应用。
然而，由于其在大气环境中容易受到腐蚀，使得其耐用性和可靠性受到一定的影响。
为了提高镁合金的耐蚀性能，各种表面处理技术被广泛研究和应用。
下面将从常见的几种表面处理技术入手，介绍它们对镁合金耐蚀性能的影响。
一、阳极氧化阳极氧化是一种常见的表面处理技术，通过在金属表面形成一层氧化膜以提高其表面性能。
在镁合金表面上，氧化膜可以增加金属表面的硬度和耐磨性，同时也可以提高其防腐蚀性能。
然而，由于氧化膜是一种多孔材料，且氧化膜的密度和厚度也会影响其性能。
因此，氧化膜的质量和厚度需要得到控制，才能够发挥出其最佳的防腐蚀性能。
二、化学转化处理化学转化处理是利用化学反应在镁合金表面产生一种保护膜的技术。
常见的方法包括磷化、钝化和转化膜等。
这些保护膜具有良好的耐蚀性能，可以更好地保护镁合金表面不受到腐蚀的影响。
三、喷涂处理喷涂处理是将一种防腐涂料喷涂在镁合金表面上，以形成一种保护膜的技术。
这种方法具有一些优点，如简单和易于实现，同时也可以在较短的时间内形成保护层，有效提高镁合金表面的耐蚀性。
然而，由于镁合金表面的特殊性质，这些表面处理技术仍需要加以改进和优化。
例如，喷涂处理中的涂料选择需要注意其与镁合金表面的相容性，使得涂层可以牢固地附着在表面并保持长时间的防腐蚀性能。
同时，氧化膜的质量和厚度也需要加以监控和控制，才能够在镁合金的使用过程中发挥最好的防腐蚀性能。
总而言之，表面处理技术是提高镁合金表面耐蚀性能的主要手段之一。
通过选择适当的表面处理技术，可以有效减少镁合金的腐蚀损失，延长材料使用寿命，并且在各个领域中得到更加广泛的应用。
随着技术的不断发展和优化，相信未来会有更多更好的表面处理技术出现，推动镁合金材料的更进一步发展。
镁合金的表面处理
鎂合金拋光與擦光步驟
操作
磨蝕粒徑
磨輪
速度
類別
直徑(mm) M/S
sfm
粗拋光
60-100(SiC,Al2O3) 帆布﹑羊皮﹑毛氈 150-360 15.3-25.5 3000-5000
中度拋光 100-320(SiC,Al2O3)
疊布
150-360 20.4-30.6 4000-6000
細拋光
240-400
鎂合金表面處理除改變金屬表面之耐腐蝕性﹐也可提供裝 飾性之外觀 ﹐利用硝酸鐵﹐醋酸﹐硝酸鹽或磷酸清洗皆可達到 目的。硝酸鐵酸洗會在表面形成氧化鉻膜﹐使表面鈍化而增強 其耐腐蝕性。醋酸-硝酸鹽及磷酸酸洗可作為一種螫合劑﹐自鎂 合金表面有效去除其它金屬雜質﹐阻止局部電流腐蝕。下表為 鎂合金之酸洗處理法。
布或 羊皮 25-360 22.9-38.2 4500-7500
鍛面表面處理
50-320
擦光圓盤 150-300 15.3-25.5 3000-5000
擦光 矽藻土或Al2O3擦光化合物
棉
150-400 20.4-40.8 4000-5000
化學清洗
鎂合金化學清洗包括蒸氣脫脂﹑溶劑清洗﹑乳化清洗﹑酸洗 及鹼洗。
表面處理
1 溶劑或鹼液脫脂 2 酸洗 3 沖蝕(化學﹑動力﹑干式) 4 機械拋光
1 陽極處理染色 2 噴漆 3 化成處理 4 電鍍
1 陽極處理 2 噴漆 3 化成處理
1 陽極處理/電鍍 2 陽極處理/電鍍 3 陽極處理/化成處理 4 陽極處理及潤滑
鎂合金之表面預處理
鎂合金之表面預處理與其它金屬處理一樣重要﹐因為它會影響到隨后之被覆 制程于鎂零件之制造過程中﹐一些污染物如油脂﹑氧化物或骯臟異物皆可能存 在﹐此外化學處理后之殘留雜質亦必須去除。一般鎂合金零件之清洗制程可分為 四種類別﹕即機械清洗﹑溶劑清洗﹑鹼液清洗及酸洗﹐其中溶劑清洗﹑鹼液清洗 及酸洗亦被歸類為化學清洗。這些方法可單獨使用﹐亦可以組合使用﹐視工作狀 況而定﹐下表為鎂合金使用之清洗制程說明﹕
镁合金表面处理技术现状
镁合金表面处理技术现状
镁合金作为一种轻量化材料，具有优异的物理和化学性质，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
然而，镁合金在应用过程中存在着易氧化、耐磨性差、腐蚀性强等问题，需要进行表面处理以提高其性能。
目前，镁合金表面处理技术主要包括化学处理、电化学处理和物理处理等方法。
1. 化学处理：常见的化学处理方法包括酸洗、碱洗、酸碱中和、酸洗除油和镀硬铬等。
酸洗可以去除镁合金表面的氧化层和杂质，提高镁合金的表面质量和附着力；碱洗可以去除表面的油污和有机物；酸碱中和可以中和残留的酸碱溶液；酸洗除油可以去除镁合金表面的油脂和污染物；镀硬铬可以提高镁合金的硬度和耐腐蚀性。
2. 电化学处理：电化学处理主要包括阳极氧化和电沉积等方法。
阳极氧化可以形成一层致密的氧化膜，提高镁合金的抗氧化、耐蚀和耐磨性能；电沉积可以通过电解沉积金属或合金在镁合金表面，改善表面的硬度、耐磨性和耐蚀性。
3. 物理处理：物理处理主要包括机械研磨、喷砂、阳极砂化等方法。
机械研磨可以去除镁合金表面的氧化层和粗糙度，提高表面质量；喷砂可以通过高速喷射硬度较高的粒子，去除表面的氧化层和杂质；阳极砂化可以通过在阳离子溶液中进行磨料刷砂，提高表面的粗糙度和附着力。
综上所述，镁合金表面处理技术涵盖了化学处理、电化学处理和物理处理等多种方法，不同的处理方法可以根据具体需求选择，以提高镁合金的性能和使用寿命。
镁合金的表面处理技术及其在材料工程中的应用
镁合金的表面处理技术及其在材料工程中的应用引言镁合金是一种重要的结构材料，在各个领域都有着广泛的应用前景。
然而，由于其易氧化、易腐蚀等特点，镁合金的表面处理成为了解决其应用限制的重要环节。
本文将探讨一些常用的镁合金表面处理技术，并讨论其在材料工程中的应用。
表面处理技术一：阳极氧化阳极氧化是一种常见的表面处理技术，可以形成致密的氧化膜，提高镁合金的抗腐蚀性能和耐磨性能。
该技术主要是将镁合金作为阳极，在硫酸、硝酸等电解液中进行电解，使得表面形成一层氧化膜。
经过阳极氧化处理的镁合金表面具有较好的耐腐蚀性和附着力，可以延长其使用寿命。
表面处理技术二：化学镀化学镀是一种通过化学反应，在镀液中形成金属对镁合金表面进行覆盖的方法。
常见的化学镀方法有镀镍、镀铬等。
这种表面处理技术可以提高镁合金的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以改善其外观。
表面处理技术三：喷涂涂层喷涂涂层技术是一种将具有一定特性的材料涂覆在镁合金表面的方法。
这种技术可以改善镁合金的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
常见的喷涂涂层材料有陶瓷涂层、金属涂层等。
通过选择合适的喷涂涂层材料，可以满足不同工程的需求。
表面处理技术四：溅射溅射是一种利用高能离子束轰击镁合金表面，使其表面溅射出材料形成涂层的技术。
溅射涂层具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和抗疲劳性能，可以有效地提高镁合金的使用寿命。
此外，溅射还能够改变镁合金的表面电子结构，从而改善其光学性能。
应用一：航空航天领域镁合金在航空航天领域有着广泛的应用。
通过表面处理技术，可以提高镁合金的耐腐蚀性，增加其在腐蚀环境下的使用寿命。
此外，表面处理技术还可以改善镁合金的表面硬度和耐磨性，提高其在高速飞行中的应力承载能力。
应用二：汽车工业领域镁合金在汽车工业中也有着重要的应用前景。
通过表面处理技术，可以提高镁合金的整体性能，如抗腐蚀性、耐磨性等，在汽车零部件的制造中起到了至关重要的作用。
特别是在电动汽车领域，镁合金的轻质化特点使得其成为理想的材料选择。
11-专题-镁合金的表面处理
1
镁合金表面处理及其功能
镁合金零件常见之表面处理大致可分为﹕油与蜡之外表被覆﹑ 化学处理法﹑阳极氧化法﹑喷漆法﹑电镀法﹑气体/电浆氮化法﹑雷 射合金化﹐而一般机械方法如抛光﹑擦光﹑滚桶研磨﹑及震动磨蚀 法亦可使用表面处理方法使用选择所需考虑之因素： 1.表面处理是否仅装饰或美观用途
11
7.抛光与擦光﹕
可作为镁合金电镀﹑阳极氧化及喷涂前之预处理。镁压 铸件抛光时应尽量减少磨除量﹐以保持铸件外层薄而无孔 质层。标准件抛光可使用磨轮及皮带﹐可去除粗糙表面﹑ 分模线﹑及镁合金零件表面之缺陷。可使用Al2O3﹐及SiC 磨料﹐其粒径大小视表面粗糙度﹐及最终所需之表面处理 而定。游离铁及其它重金属微粒不可用做镁合金抛光之磨 料﹐因为这些金属若嵌入镁合金表面会引起腐蚀﹐或在酸 洗时造成孔洞。镁合金亦可用硅藻土化合物或 Al2O3于缝 合轮作平滑光泽表面处理抛光。对着色抛光可用干石灰石 化合物﹐抛光化合物若含有游离铁或其它重金属磨料不可 使用。抛光或擦光后﹐在有机涂装之前应作硝酸铁光泽酸 洗﹐硝酸铁光泽酸洗可生成钝化表面﹐增加被覆物之附着 性及耐蚀性﹐也可以阻止被覆物干燥后发生污点。
2.镁合金零件是否具备某种程度之保护特性或机械效益只强化。
3.上述功能皆须满足 若镁合金零件之应用仅须面对风化间歇性之润湿﹐而不需有豪华 美丽外观﹐则不需做任何表面处理﹐但有些表面处理具较复杂程度 之涂装﹐可在长期严苛环境下保护零件。
2
表面处理之应用亦须考虑到整体经济成本效益﹐ 要选择最佳条件之表面处理﹐必须了解镁零件所处之 环境条件﹐急镁零件表面处理之耐腐蚀行为及机械特 性。镁金属表面处理最佳条件之决定因素包括可容忍 之腐蚀程度及操作环境之严苛程度。压铸镁合金于汽 车零组件应用﹐对严苛之盐雾暴露﹐及未做化学处理 或被覆之电解腐蚀抑止效果﹐皆优于碳钢及压铸380 铝材。而于油腊被覆﹑化学处理及喷涂﹐电镀技朮亦 皆可满足装饰及保护需求。
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Mg在各种介质下之腐蚀情形
CrO3 HF Alkali 有机酸 中性介质 钝化状态 MgF2保护膜 Mg(OH)2非常耐蚀 不耐蚀 不耐蚀
S2O62-、CL-、SO42SiO32-、CrO42-、 Cr2O72-、PO43-
腐蚀速率大 促进保护膜形成
Anodizing bath type
I. Acid electrolytes: currently being phased out
Anodmag (Magnesium technology Licensing Ltd.)
Anodizing (Ⅰ)
Type Magoxide-coat (GmbH Ltd.) Description & Properties 1. The coating consists of three layers, a thin (100µm) barrier layer at the metal surface followed by a low porosity oxide ceramic layer. The final layer acts as a good base for paint adhesion 2. The coating has been shown to consists of mainly MgAl2O4.The process is capable of producing uniform coating even on edges and cavities 1. At a lower voltage a 5-µm thick, light tan sub coating is produced. At a higher voltage a dark brown, thicker(30µm)film is produced, upon sealing the HAE treatment provides excellent corrosion resistance
• • • II. Dow9 Dow17 Cr22 V≤300V I:10~50A/ft2 T:50~90℃
Alkaline electrolytes • • • • HAE Tagnite Magoxid-coat Anodmag V:100~600V I:10~40A/ft2 pH:10~13 T:20~60 ℃
Anodic film properties
Acid anodizing Anodic coatings Coating thickness Mg oxide, chromate, fluoride, and phosphate <~30 µm 20~50 µm Rough and 1. Non-porous with randomly distributed micro scale holes 2. Light grays to white Soft Alkaline anodizing
镁合金皮膜之阳极极化曲线
1. 基材铝含量愈高，抗腐
蚀性愈强！
2. 以电压3V成长之皮膜耐 蚀性较佳
3. 电压80V成长之皮膜耐蚀
性较10V佳
Corrosion interfaces between solution and (A)AZ21,(B)AZ501 and (C)AZ91 in solution at their corrosion potentials.
70
Film thickness
µm
皮 膜 50 硬 度
VHN 30
热处理70℃
2Hrs
15 10g/L 25g/L 50g/L 10g/L 25g/L 50g/L
Electrolyte concentration g/L
电解液浓度g/L
（三）电解液pH值与膜厚关系图
25
（四）电解液温度与膜厚关系图
25
皮 膜 硬 度
µm
20
皮 膜 硬 度
µm
20
15 4
15
电解液pH值
6
20
40
60
℃
电解液温度
镁合金在碱性溶液的阳极处理
基材：AZ31、AZ91（经铝粉0.05 µm机械抛光） 电解液：1N NaOH for 10 mins、25℃ SEM photographs of each specimen 电压：3V、10V、80V anodized in 1 N NaOH solution 皮膜腐蚀测试：0.1%NaCL（wt.%)、25 ℃ 中性及碱性介质中主要腐蚀行为： 总腐蚀反应： Mg+2H2O Mg(OH)2+H2 阳极反应： Mg Mg2++2e阴极反应： 2H2O+2eH2+2OHSurface oxide: Mg2++2OHMg(OH)2 高电压处理皮膜厚度较薄且平整！
•General alkaline cleaners can be used for degreasing
magnesium alloys •Typical acid picking solution •100~200 g/L CrO3 •100~200 g/L Na2Cr2O7 •100~200 g/L NHO3 •10~30 g/L NH4HF •150~250 g/L 50%HF •Sealing solution •25~55 g/L Na2Si4O9 •20~30 g/L Na2Cr2O7 •60~100 g/L NH4HF2
Alkaline clean Water rinse Acid picking Water rinse
Anodizing (AC or DC)
Cold DI water rinse
Sealing
Warm DI water rinse
Air dry
Water rinse
Compositions of electrolyte
Anodizing (二)
Type Dow 17 (Dow Chemicals) Description & Properties 1. Produce 2-phase, two layer coating 1st layer:5µm,light green coating, at a lower V 2nd layer:30µm,thick dark green coating, at a higher V 2. The film produces on AZ91D has a thin barrier layer at the interface with an overlying, cylindrical pore structure layer. The crystallization of MgF2 and NaMgF3 Proceed in the over layering porous layer. 1. The coatings produced are semi transparent to pearl color. The formation of a porous film with a pore size of about 6µm and porosity of 13%sealing and painting were shown to reduce the pore size and porosity to 3µm and 4%. 2. The three-step treatment was also shown to reduce galvanic corrosion rates and no change in the fatigue properties.
Pickling Bath Choice
I. 去除前加工成型所造成表面污染物
II. 去除表面2mil左右之喷砂后表面
III. 可移除表面氧化膜，及旧有化成皮膜
IV. 提供一清洁表面，供另做一道不会与金属
表面产生作用之化成皮膜处理，尤显重要
Black anodizing of Magnesium Alloy
•Thicker coating •Good corrosion-resistance barriers •Improve wear resistance, surface hardness, and
paint adhesion
Layout of a typical Mg anodizing line
镁合金阳极处理机制探讨
工业材料研究所
Surface treatment before painting
I. Chromating II. Phosphating III. Anodizing Enhance paint durability and adhension Slight corrosion protection
Black Anodizing bath
Potassium dichromate Ammonium sulfate pH Temperature Cathode Current Voltage
25g/L 25g/L 4.5 24±1℃ Anodizing tank (SUS)
1.Electrolyte reactions: K2Cr2O7 2K++Cr2O72(NH4)2SO4 2NH4++SO42H2O H++OH2.Anodic reactions: Mg0 Mg2++2e2Mg2++2Cr2O42-+6OH2MgCrO4+2Cr(OH)3+2e-
HAE
Anodizing (Ⅱ)
Type Tagnite Surface Treatment (Technology Application Group) Description & Properties 1. A chromate-free, anodic electrode position surface treatment 2. The pretreatment can consist of a) Immersion in an ammonium fluoride bath b) Electrolytic treatment in a aqueous bath containing hydroxide and fluoride compound 3. This produces a ceramic like coating of SiO2 at the surface.This process has been shown to holes of a gearbox. 4. The abrasion resistance, wear resistance paint adhesion and corrosion resistance were all improved compared to the Dow and HAE processes even prior to organic finishing.