一種鎂合金硬化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎂合金硬化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金是一種理想的現(xiàn)代工業(yè)結(jié)構(gòu)材料，早期被廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)，目前在交通、電子工業(yè)、電訊、光學(xué)儀器、音響材料等領(lǐng)域也有了廣泛的應(yīng)用。鎂合金是汽車“輕量化”最有吸引力的結(jié)構(gòu)材料之一。其應(yīng)用到汽車上可減輕汽車自重，減輕100kg的重量，消耗的燃料就可以下降5%，而降低汽車自重是節(jié)約能源與減輕環(huán)境污染最基本的措施。
[0003]在航空航天工業(yè)和軍事工業(yè)上，鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域包括各種民用、軍用飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、螺旋槳、齒輪箱、支架結(jié)構(gòu)以及火箭、導(dǎo)彈和衛(wèi)星的一些零部件。飛機(jī)上由于大量使用鎂合金，質(zhì)量大大減輕，飛行速度及航程均顯著提高。先后有很多民用飛機(jī)使用了鎂合金部件，數(shù)量達(dá)到250多種。
[0004]在電子工業(yè)中鎂合金的增長需求主要是鎂合金在減輕重量和其具有良好的薄壁鑄造性能等方面的優(yōu)勢，同時(shí)，它的可再生性能、高的熱傳導(dǎo)性能，良好的電磁屏蔽作用，以及很高的抗電磁干擾(EMI)性能等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于3C類產(chǎn)品及電動(dòng)車、汽車零件的要求，因此，鎂合金在電子產(chǎn)品中發(fā)展具有不可替代的作用。
[0005]鎂合金具有優(yōu)良的性能，但在實(shí)際應(yīng)用中卻并未得到充分的發(fā)揮，這主要是由于鎂合金的耐蝕性較差，妨礙了其進(jìn)一步的開發(fā)使用，也限制了其在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為2.36V，比鐵低約2v，比鋁低0.7v左右，是負(fù)電性很強(qiáng)的金屬。在常用介質(zhì)中的電極電位也很低，純鎂在3% NaCl溶液中穩(wěn)定電位為1.72V，在海水中穩(wěn)定電位為1.6V，是工業(yè)合金中最低的。鎂很容易與氧氣、氮?dú)狻⑺?、等發(fā)生反應(yīng)，表面生成的膜層致密度系數(shù)較低，這層膜一般不僅疏松，而且多孔，對金屬基體基本沒有保護(hù)作用，故鎂和鎂合金具有極高的化學(xué)和電化學(xué)活性，耐蝕性很差。
[0006]通常，鎂合金的腐蝕形態(tài)主要有以下幾種方式:
[0007](1)電偶腐蝕:是不同的金屬在同一種介質(zhì)中由于腐蝕電位不同而造成的接觸處的局部腐蝕，這是鎂合金最常見的一種腐蝕形態(tài)。兩種存在電位差的金屬進(jìn)入電解液相互接觸時(shí)，將構(gòu)成宏電池，產(chǎn)生電偶電流，電位較負(fù)的金屬一般在鹽溶液中為陽極，溶解速度加大，電位較正的金屬一般為陰極，溶解速度減緩，受到保護(hù)。鎂對于其他金屬來說都是陽極，所以很容易受腐蝕。通常鎂合金中還存在著析出相及各種雜質(zhì)成分，因此即使不與其它材料接觸，其基體成分之間也會(huì)由于電化學(xué)活性的差異而導(dǎo)致電偶腐蝕。
[0008](2)點(diǎn)蝕:是一種腐蝕集中在金屬(合金)表面數(shù)十微米范圍內(nèi)并且向縱深發(fā)展的一種典型的局部腐蝕形式。點(diǎn)蝕通常發(fā)生在中性或堿性介質(zhì)中，或者在含有氯離子的非氧化性介質(zhì)中，鎂合金因產(chǎn)生自腐蝕電位也容易發(fā)生點(diǎn)蝕。
[0009](3)應(yīng)力腐蝕:是指金屬在特定的腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下發(fā)生的脆性斷裂。鎂合金在含有氯離子的中性溶液甚至蒸餾水中都會(huì)有應(yīng)力腐蝕開裂的傾向。但其在當(dāng)ρΗ>11.5時(shí)的堿性介質(zhì)中或氟化物的溶液中，均表現(xiàn)出良好的抗應(yīng)力腐蝕的性能。
[0010](4)晶間腐蝕和縫隙腐蝕:晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界發(fā)生的一種局部腐蝕。一般情況下，鎂合金對其不敏感，腐蝕不能沿著晶界方向發(fā)展?？p隙腐蝕可發(fā)生在金屬和合金上，且鈍化金屬及合金更容易發(fā)生。任何介質(zhì)(酸堿鹽)均可發(fā)生縫隙腐蝕，含氯離子的溶液更容易發(fā)生。
[0011]鎂合金耐蝕性能差限制了其廣泛應(yīng)用，因此如何更好的發(fā)揮其作用，最根本的任務(wù)就是提高鎂合金的耐蝕性。增強(qiáng)鎂合金耐蝕性能的途徑通常包括快速凝固技術(shù)、開發(fā)高純鎂合金或新合金、表面改性以及表面施加保護(hù)涂層等。
[0012](1)快速凝固技術(shù)(RSP)指的是在比常規(guī)方法過程中快得多的冷卻速度下，金屬或合金以極快的速度從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程?？焖倌碳夹g(shù)能顯著提高鎂合金的耐蝕性，因?yàn)樗梢詳U(kuò)大合金化元素在基相中固溶度的限制，形成新相，使有害元素以危害更小的相態(tài)或在危害較小的位置存在。同時(shí)由于快速凝固技術(shù)可以增大以高濃度存在時(shí)可以形成玻璃體氧化膜的元素的固溶度，促進(jìn)了更具有保護(hù)性并具有“自愈"能力的玻璃體膜的形成，因此也能提尚材料的耐蝕性能。
[0013](2)開發(fā)高純合金或新合金合金中的雜質(zhì)含量是影響鎂合金耐蝕性最重要的因素之一。鎂中一般含鐵、鎳、鋁、鈣、鉀、硅等雜質(zhì)，其中氫過電位低的雜質(zhì)如鐵、鎳、銅、鈷的存在，會(huì)使鎂在氫去極化過程中的腐蝕速度急劇增大，所以控制有害元素的含量，提高鎂合金自身的純度，是一條解決鎂合金耐蝕性的有效途徑。此外，在鎂合金中加入適當(dāng)?shù)暮辖鸹?，開發(fā)新的合金種類，也是解決鎂合金腐蝕問題的有效途徑。
[0014](3)表面改性技術(shù)主要包括離子注入技術(shù)和激光處理技術(shù)。其中離子注入技術(shù)是將原子離子化后，在電場中獲得高能量，強(qiáng)行注入材料表面層，從而改變其表面成分與性能的方法。激光處理技術(shù)是一門新技術(shù)，包括激光熱處理和激光表面合金化。激光法由于能進(jìn)行局部快速加熱和通過選擇波長使其產(chǎn)生特定的化學(xué)反應(yīng)，所以對材料表面改性能起到非常大的作用。雖然該技術(shù)能夠有效改善鎂合金的耐蝕性，但由于其設(shè)備要求較高、操作方法比較復(fù)雜，因此，還沒有大量投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中。
[0015](4)表面涂層處理是金屬防護(hù)中最有效、簡便的方法。一般采用化學(xué)或電化學(xué)方法在金屬表面進(jìn)行表面涂層處理，利用涂層本身的特性在基體和外界環(huán)境之間形成一層保護(hù)膜，從而減少對基體金屬的腐蝕。目前，在鎂合金表面施加保護(hù)涂層的方法主要有:化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、有機(jī)涂層及特殊涂層、金屬鍍層、陽極氧化等。
[0016]化學(xué)轉(zhuǎn)化處理通過發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，使基體金屬表層原子與介質(zhì)中的陰離子發(fā)生反應(yīng)，從而在金屬表面形成一層薄膜，起到保護(hù)基體材料的作用?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化處理方法形成的膜層均勻，方法簡單，適用于各種形狀的零件。目前鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)化處理技術(shù)研究較多的是鉻化處理和磷化處理。其中鉻化處理包括浸漬、噴液、刷涂等方法，處理液主要為鉻酸、堿金屬的鉻酸鹽或重鉻酸鹽水溶液，是目前較為成熟、應(yīng)用最多的表面處理方法。磷酸鹽.高錳酸鉀方法就是常用的一種新型無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法，其成膜機(jī)理與鉻酸鹽處理類似，其耐蝕性與鉻化膜相當(dāng)，可以用作鎂合金加工工序問的短期防蝕或涂漆前的底層，但是由于處理液消耗較快，并且前處理采用的高濃度磷酸提高了成本，使得磷化膜的應(yīng)用受到了限制。
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