镁合金表面浸锌技术文献综述

镁合金表面浸锌技术现状和发展趋势

1镁及镁合金的特性

镁属于元素周期表上的IIA族碱土金属元素。其结构为密排六方晶格，无同素异构转变；熔点648.8℃,沸点1107℃,密度1.74g/cm3。镁是继氧、硅、铝、铁、钙之后地壳中第六位富有的元素，约占地壳重量的2.3%，镁的含量相当丰富[1]。镁及镁合金具有银白色光泽，略有延展性。并且镁及镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性和电磁屏蔽性好、易机械加工和再回收利用[2]。与铝、锌、锆和稀土等构成的合金及热处理后强度大大提高。其减震、降噪性能好,比强度高于铝合金和某些高强度钢。

其中，AZ31B更是以其抗冲击、减震性能好，可铸造性强，尺寸稳定性好，以及较好的机械性能和良好的电磁屏蔽性等优点脱颖而出[3]。

2镁合金的应用现状

镁基材料被誉为世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”被广泛应用于航空航天、军事、交通及3C产品等领域中[4]。交通工具轻量化成为当今发展趋势，镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料。非常适用于交通运输领域，是生产重量轻、油耗低、环保的新一代交通工具的最佳材料[5]。

目前，镁合金应用主要有以下三个方面：

(1)汽车、摩托车等交通类产品用镁合金

世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。在欧美国家中，各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少来作为自身车辆领先的标志，大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷纷使用镁合金[6]。美、欧、日等发达国家投入大量人力和物力，实施多项大型联合研究发展计划，研究用镁合金制造汽车零

部件。这些研究开发计划促进了镁合金在汽车上应用的发展。目前，镁合金压铸汽车零部件至少已超过90种，例如，已经使用要快速推广的零部件有轮毂、仪表盘、座椅框架、变速箱壳体、转向系统、汽缸盖、大的车体外部件、支撑柱、发动机箱体、油底盘。其中，安装安全气囊的汽车都开始改用镁合金方向盘，这既可减重，又可降低震动，在发生意外撞击时，镁合金可吸收更多的能量，有利于保证驾驶员的安全。

我国是一个摩托车生产、消费和出口大国，也是一个潜在的汽车生产和消费大国。在改革开放的二十年中，我国已经在长春、上海、十堰、重庆等地形成了以汽车、摩托车为龙头的生产基地。2000年已形成生产250万辆各型汽车、1000万辆各型摩托车的能力。按2001年汽车产量237万辆（其中轿车和微车100万辆），摩托车产量1000万辆，每辆汽车镁合金用量20公斤，每辆摩托车用量5公斤计算，该产业将使用镁合金9.7万吨[7]。

(2)电子及家电用镁合金

汽车行业对镁合金的大量需求，推动了镁合金生产技术的多项突破，镁合金的使用成本也大幅度下降，从而促进了镁合金在计算机、通讯、仪器仪表、家电、医疗、轻工等行业的应用发展。其中，镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业。电子信息行业由于数字化技术的发展，市场对电子及通讯产品的高度的集成化、轻薄化、微型化和符合环保的要求是越来越高。工程塑料曾作为主要材料，但其强度终究无法和金属相比。例如，镁合金具有优异的薄壁铸造性能，其压铸件的壁厚可达11.5mm[8]，并保持一定的强度、刚度和抗撞能力，这非常有利于产品超薄、超轻和微型化的要求。这是工程塑料，甚至铝合金所无法达到的。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑，

镁合金成了厂家的最佳选择。另外，镁合金外壳可使产品更豪华、美观，也是工程塑料所无法比拟的。在电子信息和仪器仪表行业的镁合金制品的单位重量和尺寸不如汽车零部件，但它的数量大、覆盖面大，其用量也是巨大的。所以，近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。

(3)其它应用领域

其它如铝合金添加剂、镁牺牲阳极和型材用镁合金等。镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。目前，作为镁牺牲阳极的镁合金有3万～4万吨每年的市场需求量，且每年以20%的速度增长[9]。

镁合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或国防领域。现代战争需要军队具有远程快速部署运动的能力，要求武器装备轻量化，在手持式武器、装甲战车、运输车、航空制导武器上将大量采用轻金属材料[10]。轻量化是提高武器装备作战性能的重要方向。镁所具有的轻质特性决定了镁合金是生产航天器、军用飞机、导弹、高机动性能战车、船舶的必不可少的结构材料，因此，大力开发镁合金应用范围是国防现代化的需要。

3镁合金表面浸锌的研究现状

镁合金表面处理技术很多，如阳极氧化、微弧氧化、化学转化、有机涂层、表面镀覆等。镀锌层在工业生产中有广泛的应用,能显著提高基体防护性和装饰性。镁合金表面电镀锌,不仅可以保持镁合金本身的优点,还能大大提高其表面的耐腐蚀性能[11]。

由于镁合金耐蚀性、耐磨性差,使其应用受到了很大限制。目前,国内外解决

这两大难题的主要技术有电镀、化学镀、阳极氧化、化学转化膜、物理气相沉积、表面有机涂层、激光表面处理等方法,但都不同程度地存在一些问题[12]。

镁合金浸锌工艺是解决其电镀与化学镀技术的关键,对镁合金材料表面改性研究与应用有重要的影响。目前,浸锌工艺应用于镁合金的主要有Dow工艺、Norsk-Hydro工艺以及WCM工艺,其中WCM工艺在以上3种浸锌溶液中获得的浸锌层最为均匀,而且浸锌层的耐蚀性、与基体的结合力、装饰性等方面均最好[13]。为此,本工作对浸锌合金的反应机理和各种金属离子对浸锌层的影响进行了探讨。

近年来，国内外冷涂锌制造和使用技术发展很快，作为涂锌材料的涂料化，它与电镀层有明显的区别。当前，国内外著名的冷涂锌品牌有比利时的zinga、加拿大的CRC.、美国LUST-OLEUM的2100系列、日本的ROVAL、深圳彩虹公司的7CF强力锌[14]。8年来，我国冷涂锌已拥有大量的工程业绩，如杭州湾大桥、上海磁浮轨道功能件、葛洲坝水闸门维修、广州大唐电厂等。

4镁合金表面冷浸锌的优点

1从浸锌层的微观形貌、耐蚀性和与基体的结合力等因素综合考虑可以得出,Zn层的综合性能明显要优于其他镀层。

2.冷涂锌材料优异的防腐性能已得到钢结构行业的好评。另外，施工方便也是其优良特性之一。热浸涂锌涂层虽然也具有优异的防腐蚀性能，但其工艺复杂，钢材须经过酸洗、清洗、烘干和热浸锌等流程，所用设备庞大，耗能高，但最主要的是产生的废气、废水和废渣难于处理[15]。替代热浸镀锌工艺的最好办法是采用冷涂锌系列配套及涂装工艺。

3.冷涂锌涂料不仅适用于大型钢结构制造厂，而且适用于中小型钢结构制造厂，既可在室内进行涂装，也可在室外涂装。一般采用部件喷砂后，即可直接涂