一種表面改性工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面改性工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂是密排六方晶格，室溫下的變形只能進行滑移，其室溫塑性很差，單一的滑移系使得它的壓力加工變形能力很低。只有加熱到225°C以上時，滑移系增加，塑性才能顯著提高，所以鎂及鎂合金的壓力加工都是在熱狀態(tài)下進行的，一般不宜進行冷加工。鎂的電負性很強，標準電極電位是-2.37eV(相對于標準氫電極)，比鋁(_1.71eV)還低，具有很強的化學(xué)活潑性。鎂在潮濕大氣、海水、無機酸及其鹽類、有機酸、甲醇等介質(zhì)中均會發(fā)生劇烈的腐蝕，只有在干燥的大氣、碳酸鹽、氟化物、鉻酸鹽、氫氧化鈉溶液、苯、四氟化碳、汽油、煤油及不含水和酸的潤滑油中才穩(wěn)定。室溫下，鎂容易被空氣氧化，生成一層很薄的氧化膜，這種薄膜多孔疏松，脆性較大，因此耐蝕性很差。
[0003]此外，工業(yè)純鎂的力學(xué)性能很低，不能直接作結(jié)構(gòu)材料，但通過形變硬化、晶粒細化、合金化、熱處理以及鎂合金及陶瓷相的復(fù)合等方法或這些方法的綜合運用，鎂的力學(xué)性能將會得到大幅度改善。在這些方法中，鎂的合金化是實際應(yīng)用中最基本、最常用、最有效的強化途徑。
[0004](I)比耐力比鋁、鐵都要高。這一特性對于現(xiàn)代社會的隨身數(shù)碼產(chǎn)品減輕重量、車輛減少能耗具有非常重要的意義。
[0005](2)良好的阻尼和吸震、減震性能
[0006]鎂合金的阻尼性比鋁合金大數(shù)十倍，且具有極好的吸收能量的能力，可吸收震動和噪音，保證設(shè)備能安靜工作，這個特性對于用作設(shè)備機殼以減少噪音傳遞、提高防沖擊、預(yù)防凹陷性的損壞十分有利。
[0007](3)良好的抗沖擊和抗壓縮能力
[0008]鎂合金的抗沖擊能力是塑料的20倍，當(dāng)鎂合金鑄件受到?jīng)_擊時，在其表面產(chǎn)生的疤痕比鐵和鋁都要小的多。鎂合金具有吸收彈性性能的特性，能產(chǎn)生良好的沖擊強度與壓縮強度的組合。
[0009](4)尺寸穩(wěn)定性
[0010]不需要退火和消除應(yīng)力就具有很好的尺寸穩(wěn)定性是鎂合金的一個很突出的特性。在負載情況下，還具有良好的蠕變強度，這種性能對制作發(fā)動機零件和小型發(fā)動機壓鑄件具有重要意義。
[0011](5)良好的機械加工性能
[0012]鎂合金的切削阻力小，約為鋼鐵的1/10，鋁合金的1/3，其切削速度大大高于其他金屬，切削加工時間短，工具使用壽命長。因其較高的穩(wěn)定性，鑄件的鑄造和加工尺寸精度高，不使用切削液即可得到光潔的表面。
[0013](6)良好的電磁屏蔽性
[0014]鎂合金具有優(yōu)良的磁屏蔽性能和阻隔電磁波功能，適合于制作發(fā)出電磁干擾的電子產(chǎn)品，也可以用作計算機、手機等產(chǎn)品的外殼，以降低電磁波對人體輻射危害。
[0015](7)可再生性
[0016]廢舊鎂合金鑄件具有可回收再熔化利用的特性，并可作為二次材料進行再鑄造。這種符合環(huán)保要求的特性，使得鎂合金比許多塑膠材料更具有吸引力。
[0017](8)耐腐蝕性能差
[0018]鎂合金盡管具有上述諸多優(yōu)點，但其作為結(jié)構(gòu)材料至今沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，其中一個重要的原因是其耐腐蝕性能差。因為合金內(nèi)部的第二相或雜質(zhì)會引起電偶腐蝕，而且鎂合金表面形成的氫氧化物膜層的穩(wěn)定性和致密性很差，容易發(fā)生點蝕。鎂合金的腐蝕實質(zhì)上是鎂被氧化成氧化鎂或氫氧化鎂的電化學(xué)和化學(xué)過程。由此可見，鎂的腐蝕過程是自發(fā)的、極易發(fā)生的，且是不可逆的。
[0019]1.2我國鎂合金的發(fā)展現(xiàn)狀
[0020]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬材料的消耗量急劇上升，目前地球上常用的金屬礦產(chǎn)資源正日趨貧乏。目前常用的三大工程材料的可開采年限為Al和Fe可開采100-300年，而Mg可開采使用近千年。新世紀對材料的要求主要包括三個方面，即資源豐富、節(jié)約能源和環(huán)境保護，因此輕質(zhì)高強材料符合新世紀對材料的要求，其中Mg合金是最具有發(fā)展前途的綠色新型結(jié)構(gòu)材料。鎂在地殼中約占2.3，海水中鎂的儲量為2.lX1015t，鹽湖中鎂的儲量也十分巨大。
[0021]從1998年開始，我國鎂產(chǎn)量連續(xù)9年居世界首位，近3年產(chǎn)量穩(wěn)居全球總量的70%以上，其市場份額已是四分天下有其三。10年來，人們對金屬鎂、鎂材及鎂產(chǎn)業(yè)的認知度有了很大的提高。鎂由100年前的“貴族金屬”發(fā)展成為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ摹熬G色工程材料”。鎂產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是被全球看好的可持續(xù)發(fā)展的好產(chǎn)業(yè)。中國的鎂產(chǎn)業(yè)已成為參與全球競爭的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，而且國內(nèi)鎂消耗迅速增長，2005年突破10萬噸，2006年達15萬噸，2007年預(yù)計將超過25萬噸。我國將成為全球最大的鎂消費國。同時，金屬鎂還是發(fā)展中的材料，其應(yīng)用的成熟平臺區(qū)還遠沒到來。鎂產(chǎn)業(yè)仍處于艱難的爬坡階段。我國目前鎂冶煉的皮江法生產(chǎn)工藝還屬落后的方法，新型的鎂合金及其加工成形工藝、技術(shù)正在研發(fā)和工業(yè)試驗?？梢哉f，我國僅是原鎂的生產(chǎn)大國，還遠不是鎂工業(yè)強國。
[0022]近幾十年來，隨著鎂合金應(yīng)用需求的不斷擴大，表面處理技術(shù)作為一種重要的鎂合金防腐技術(shù)得到了快速發(fā)展。目前有關(guān)鎂合金表面處理技術(shù)主要集中在以下幾個方面:
[0023](I)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理
[0024]目前鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)化處理技術(shù)比較成熟的是鉻化處理，即以鉻酸鹽或重鉻酸鹽為主要成分的水溶液進行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理形成防護膜技術(shù)。美國Dow公司開發(fā)了一系列較成功的鎂合金鉻酸轉(zhuǎn)化膜處理工藝。在成膜過程中，金屬表面的原子先溶于溶液，引起金屬表面與溶液界面的PH值上升，然后金屬離子與溶液中的鉻酸根離子發(fā)生反應(yīng)，在金屬表面沉積一薄層6價與3價的鉻酸鹽與基體金屬膠狀物的混合物，三價鉻作為骨架，而六價鉻則有自修復(fù)功能，從而對鎂合金表面起到一定的保護作用。
[0025]雖然鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜有較好的防腐效果，但此種工藝會生成有害的六價鉻離子，并且廢液不易處理，對環(huán)境造成污染。因此，人們正在尋找無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法，目前主要有磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜、錳系轉(zhuǎn)化膜以及稀土轉(zhuǎn)化膜等。
[0026](2)陽極氧化及微弧氧化處理
[0027]陽極氧化是利用電解作用使金屬表面形成