镁合金的一些知识 三.docx

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镁合金的一些知识三

镁合金的一些知识（三）

防腐蚀方法

化学转化处理

镁合金的化学转化膜按溶液可分为：

铬酸盐系、有机酸系、磷酸盐系、KMnO4系、稀土元素系和锡酸盐系等。

传统的铬酸盐膜以Cr为骨架的结构很致密，含结构水的Cr则具有很好的自修复功能，耐蚀性很强。

但Cr具有较大的毒性，废水处理成本较高，开发无铬转化处理势在必行。

镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜，耐蚀性与铬酸盐膜相当。

碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀镍的前处理，取代传统的含Cr、F或CN等有害离子的工艺。

化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性，并能改镀镍层的结合力与耐蚀性。

有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学、电子学等综合性能，在化学转化处理的新发展中占有很重要的地位。

化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。

阳极氧化

阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。

传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铬、氟、磷等元素，不仅污染环境，也损害人类健康。

近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较经典工艺Dow17和HAE有大程度的提高。

优良的耐蚀性来源于阳极氧化后Al、Si等元素在其表面均匀分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。

一般认为氧化膜中存在的孔隙是影响镁合金耐蚀性能的主要因素。

研究发现通过向阳极氧化溶液中加入适量的硅-铝溶胶成分，一定程度上能改善氧化膜层厚度、致密度，降低孔隙率。

而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长，但基本上不影响膜层的X射线衍射相结构。

但阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层。

金属涂层

镁及镁合金是最难镀的金属，其原因如下：

（1）镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力；

（2）镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，或与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散；

（3）第二相（如稀土相、γ相等）具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀；

（4）镀层标准电位远高于镁合金基体，任何一处通孔都会增大腐蚀电流，引起严重的电化学腐蚀，而镁的电极电位很负，施镀时造成针孔的析氢很难避免；

（5）镁合金铸件的致密性都不是很高，表面存在杂质，可能成为镀层孔隙的来源。

因此，一般采用化学转化膜法先浸锌或锰等，再镀铜，然后再进行其它电镀或化学镀处理，以增加镀层的结合力。

镁合金电镀层有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等涂层，化学镀层主要是Ni-P、Ni-W-P等镀层。

单一化学镀镍层有时不足以很好地保护镁合金。

有研究通过将化学镀Ni层与碱性电镀Zn-Ni镀层组合，约35μm厚的镀层经钝化后可承受800-1000h的中性盐雾腐蚀。

也有人采用化学镀镍作为底层，再用直流电镀镍能得到微晶镍镀层，平均结晶颗粒大小为40nm，因晶粒的细化而使镀层孔隙率大大降低，结构更致密。

电镀或化学镀是同时获得优越耐蚀性和电学、电磁学和装饰性能的表面处理方法。

缺点是前处理中的Cr、F及镀液对环境污染严重；镀层中多数含有重金属元素，增加了回收的难度与成本。

由于镁基体的特性，对结合力还需要改善。

激光处理

激光处理主要有激光表面热处理和激光表面合金化两种。

激光表面热处理又称为激光退火，实际上是一种表面快速凝固处理方式。

而激光表面合金化是一种基于激光表面热处理的新技术。

激光表面合金化能获得不同硬度的合金层，具有冶金结合的界面。

利用激光辐照源的熔覆作用在高纯镁合金上还可制得单层和多层合金化层。

采用宽带激光在镁合金表面制备Cu-Zr-Al合金熔覆涂层时，由于涂层中形成的多种金属间化合物的增强作用，使合金涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。

而由于稀土元素Nd的存在，在经过激光快速熔凝处理之后得到的激光多层涂敷，晶粒得到明显细化，能提高熔覆层的致密性和完整性。

激光处理能处理复杂几何形状的表面，但镁合金在激光处理时易发生氧化、蒸发和产生汽化、气孔以及热应力等问题，设计正确的处理工艺至关重要。

其他表面处理技术

离子注入是在高真空状态下，在十至数百KV电压的静电场作用下，经加速的高能离子（Al、Cr、Cu等）以高速冲击要处理的表面而注入样品内部的方法。

注入的离子被中和并留在样品固溶体的空位或间隙位置，形成非平衡表面层。

有研究认为耐蚀性能的提高是由于自然氧化物的致密化、注入离子的辐射和形成镁的氮化物的结果。

所得改性层的性能与所注入离子的量和改性层的厚度有关，而基体表面的MgO对改性层的耐蚀性能的提高也有一定的促进作用。

气相沉积即蒸发沉积涂层，有物理气相沉淀（PVD）和化学气相沉积（CVD）两种。

它是利用能使镁合金中的Fe、Mo、Ni等杂质含量大幅度降低，同时利用涂层覆盖基体的各种缺陷，避免形成局部腐蚀电池，从而达到改善防腐性能的目的。

与镁合金的其他表面处理技术相比，有机涂层保护技术具有品种和颜色多样、适应性广、成本低、工艺简单的优点。

目前广泛使用的主要是溶剂型的有机涂料。

粉末型的有机涂层因无溶剂，和具备污染少、厚度均匀以及较佳耐蚀性能等特点，近几年来在汽车、电脑壳体等镁合金部件上的应用较受欢迎。

镁合金压铸件由于锁模力不足、合模不良、模具强度不足、熔汤温度太高等问题会出现表面有毛刺的现象，这种现象叫做产品披锋，往往是企业必须要面对的后处理加工工序.目前主要是根据产品性质运用手工打磨，氢氧爆炸以及昭凌冷冻抛丸机去解决

镁合金生产火灾预防及扑救对策

镁合金切削工艺的火灾危险性

1.1镁屑性质活泼，高温下极易燃烧。

镁合金切削过程中，镁屑切口处大部分是未氧化的镁和镁合金。

由于金属镁属一级遇湿易燃品，着火点及最小引燃能量低，加之切屑薄而小，比表面积大，因此高温环境下在空气中极易燃烧。

1.2高速切削时会产生高温，引燃镁屑。

机械加工时，为充分发挥刀具的切削性能，提高生产效率和工件质量，一般要求较高的切削速度。

而高速度的切削往往会使金属切屑的温度高达700°C~1000°C，当缺乏冷却液的有效供应时，高温将足以引燃镁屑起火。

1.3镁屑燃烧温度高，火灾蔓延速度快，扑救难度大。

镁一旦发生火灾，其燃烧温度可达3000°C，燃烧热值高达25121kJ/kg。

当镁屑呈粉状时与空气混合遇火能发生爆炸。

此外，由于镁高温时遇水可发生化学反应放出氢气，故金属镁火灾中，水、泡沫、四氯化碳等灭火剂都受到限制，干粉、卤代烷灭火剂的灭火效果亦不明显，扑救难度大。

金属切削加工过程中影响切削温度的因素

金属切削过程中，99%的切削变形与摩擦所消耗的功转化为热能,可用

（1）式表示：

Q总=Q1+Q2+Q3

（1）

式中：

Q总——切削过程产生的总热量，又称切削热；

Q1——变形消耗的功转变的热量；

Q2——前刀面与切屑表面摩擦所消耗的热量；

Q3——后刀面与切屑表面摩擦所消耗的热量。

切削热主要通过切屑、刀具、工件、切削液（如冷却液、润滑液）和周围空气传导出去，当不加切削液时，则大部分热由切屑传出。

镁合金切削加工工艺火灾预防

3.1控制好切削速度。

切削热的产生与切削速度呈同比例增长，因此切削速度对切削温度影响极大。

在实际工作中我们发现，不同的切削速度产生的切削热会使切屑的表面氧化膜颜色发生变化。

因此，通过不同切削速度下的镁合金切削氧化膜颜色，便可估算出安全的车床主轴转速。

3.2正确选择切削液。

除非机械构造本身限制，在镁合金切削加工时应始终充分供应切削液以及时降低切屑温度。

考虑到镁的化学特性，切削液的选择应避免采用可燃、具有强氧化性及含水量较高的液体，从而防止冷却液遇高温镁屑燃烧或反应放热起火。

3.3强化易燃、可燃物品的监管。

冷加工切削过程中使用的润滑油及精密机床使用的液压油、导轨油、主轴油等大多为可燃液体，而且一般储油量都较大，如普通机床液压油约有20kg~70kg。

所以日常工作中应加强设备的检修与维护，保持机床完好，严防漏油。

对清洁机床后遗留的油抹布、油棉纱等，应及时清理，并与镁屑相隔离。

镁屑火灾的扑救

4.1严禁使用水、泡沫、四氯化碳、二氧化碳灭火器扑救。

4.2对已燃金属镁屑应选用D级灭火器。

如7150、D类干粉、干砂等，考虑到目前国内市场上7150、D类干粉灭火器并不常见，而干砂对机床（特别是精密机床）损坏大，根据实际可就地取材选用75%~80%的覆盖熔剂粉加20%~25%硫磺粉经混合制成的撒粉熔剂灌装在手提干粉灭火器中进行灭火，效果明显。

4.3扑救镁屑火灾时，应使灭火器喷嘴与起火镁屑间保持一定距离，以尽量减少灭火器喷射过程中对镁屑的冲击作用，防止镁屑扩散形成爆炸性混合物。

镁合金板材用途

①镁合金板材是航空、航天工业不可缺少的材料。

航空材料减重带来的经济效益和性能改善十分显著，商用飞机与汽车减重相同质量带来燃油费用节省，前者是后者的近100倍，而战斗机的燃油费节省又是商用飞机的近10倍，更重要的是其机动性能改善可以极大提高其战斗力和生存能力。

正因为如此，航空工业才会采取各种措施增加镁合金应用。

现在飞机所用的铝材料约占飞机总重量的85%，高强度、耐腐蚀的镁合金板比铝板性能更好，在飞机上应用更有优势。

②镁合金是减轻武器装备质量，实现武器装备轻量化，提高武器装备各项战术性能的理想结构材料。

军工上应用，如直升机、歼击机都要大量使用；坦克、装甲车、军用吉普车、枪械武器等等，可使单兵综合作战系统降到6.37Kg。

用镁板制造子弹壳、炮弹壳，使单兵子弹负载增加一倍。

③交通工具上应用，如汽车、火车、船舶等，减轻重量、节省能源、减少污染，国家正大力发展。

④在3C产品上广泛应用。

⑤在电源上应用，镁电源类产品都是高能无污染电源，如制造镁锰干电池、镁空气电池、镁海水电池、鱼雷电源以及动力电池。

⑥高电位镁合金牺牲阳极板用在金属保护上。

⑦民用也很广。

如环保建筑装饰板材、体育、医疗器械、工具、高级眼镜架、手表壳、

高级旅行用品等

镁合金焊丝

镁合金焊丝用于各种锻压镁合金及铸造镁合金，广泛应用于光学仪器，航空航天，汽车配件及民用镁制品和工艺品的焊接，是用于焊修镁合金断裂，裂纹，沙眼气孔的专用镁合金焊丝。

镁合金和铝合金挤压铸造技术革新

最近，日本宇部公司在挤压铸造机上进行了铝合金和镁合金的半固态挤压铸造方面的研发工作。

其开发的半固态新工艺流程是：

首先将金属液在高精度控温式熔化保温炉中熔化，在稍高于合金熔点温度下浇入用于保温的中间容器中，然后通过控制气流，将中间容器中的半液态金属的温度调节到所要求的温度，并防止过冷，随后将中间容器中的半固态浆料倒置注入倾斜杯中，这样就可使氧化层保留在杯中挤压头的表面，以防进入铸件中;然后，挤压头将半固态浆料压入型腔中成形，以实现压力下凝固成铸件。

用此种工艺生产的铸件，比常规挤压铸造有更致密的组织和更好的性能，并且可以成形更薄壁的铸件。

挤压铸造，又称液态模锻，是一种使液态或半固态金属在高压下充型和凝固的精确成形铸造技术。

这种工艺有效地提高了铸件的补缩和成形能力，具有避免或减少气孔等铸件缺陷，提高铸件力学性能，适用范围广，节约能源等优点。

目前，这种工艺在国际上已经广泛用于汽车、摩托车等重要安全和高性能零件的生产，在能源日趋紧张和力学性能要求日益提高的将来具有重要的应用前景。

挤压铸造设备的改进是挤压铸造工艺得以推广的重要条件。

目前，世界各国进行挤压铸造生产的各种液压机大致有1000台，先进的专用挤压铸造设备主要分布在日、美等发达国家，以日本最多。

挤压铸造机大致发展成三类：

垂直合模垂直挤压式;水平合模水平挤压式;水平合模垂直挤压式。

挤压铸造设备的研发主要集中在以下几个方面：

（1）挤压铸造方式从传统的直接挤压和间接挤压单一方式走向复合化，兼有两种方式的优点，形成适用范围更广的新型挤压铸造工艺。

又如，与压铸及半固态铸造方式相融合，形成挤压压铸工艺和半固态挤压铸造。

（2）浇注方式及浇注系统装置注重提高浇注的自动化水平和改善浇注条件，开发出高精度的液压控制阀和闭环控制的压射系统，建立专用高效的浇注系统。

（3）合模力规格多样化，对压射系统的压力控制方法进行改进，提高其控制精度及稳定性，实现对挤压过程的精确控制;拓宽设备挤压速度和挤压压力的范围。

也可作为阴极保护材料来使用。

关于挤压铸造新产品的开发，各国均遵循如下方向：

（1）取代常规的压铸工艺，使其有更致密的组织，可固溶热处理，并提高其力学性能或提高其耐磨性、抗渗漏性;

（2）取代砂型、金属型铸造，使铸件内部组织更致密，表面轮廓更清晰，尺寸精度更高;（3）取代锻造、热挤压等工艺，以降低成本，简化工艺。

近年来，世界各国对挤压铸造铝基复合材料的研究工作十分活跃，由于挤压铸造工艺是制备金属基复合材料最廉价又适合大批量生产的一种很实用的工艺方法，因此备受关注。