摘要：綜述了鎂合金的腐蝕機理及腐蝕防護研究的現狀、進展與問題。重點介紹了壓鑄鎂合金製品的表面特性、表面處理原理、工藝、應用例項及未來發展方向。
關鍵詞：鎂合金腐蝕與防護表面處理
0 前言
以質輕和可**為應用特點的鎂合金，日益成為現代工業產品的理想材料，特別是汽車零部件的大量應用，電訊產品向輕、薄、短、小方向發展的需求，使得這種新興材料的發展呈現極為樂觀的前景。
隨著現代科技的發展，曾經困擾鎂合金產業的相關技術問題如壓鑄問題、**問題已經相繼得到解決，鎂合金產品後段工序——表面處理技術亦取得重大進展，這使得鎂合金的應用範圍不斷擴大，使用量也迅速增大，鎂產業正以幾何級數高速增長。
適當的表面處理能使產品具有保護性和裝飾性，並可賦予某些特殊功能。對於活潑的鎂來說，通過表面技術獲得較高的裝飾性和功能性肯定重要，而提高其防腐蝕效能則是現階段最最重要的一面。
１ 鎂合金的腐蝕與防護
1.1 鎂的性質
鎂元素符號mg，原子序數為12，電子結構為2-8-2，標準電極電位很負（-2.36v），較易失電子而發生氧化反應，從而導致鎂及鎂合金的耐腐蝕性很差，在腐蝕性介質中很容易發生嚴重的腐蝕。鎂合金自然形成的氧化膜疏鬆多孔，以mgo、mg2+為主要成份的膜的致密度係數為0.
8左右（<1），對基體的保護能力較差，不適用於大多數的腐蝕性環境。
1.2 鎂合金的腐蝕方式
鎂合金的腐蝕方式通常有兩種情況：一是在一般環境中的腐蝕，稱「一般腐蝕」或「環境腐蝕」，也稱「化學腐蝕」，二是在原電池環境下產生的「電化學腐蝕」。
暴露在乾燥的空氣中時鎂合金表面會形成一層很薄的膜，這層膜在沒水接觸的情況下很穩定，此時就不會發生腐蝕現象。但在實際操作環境中可能會與水或水氣接觸，這時就會導致膜（表面）的顏色變深（從淺灰到深灰）。如果進一步暴露在液態水和空氣中，就會繼續跟空氣中的co2與h2o反應生成碳酸鹽，使這層膜變厚。
一般情況下這層膜足夠穩定，具有一定的保護性，此時不需要作任何處理亦可使用。例如汽車自動（剎車）閘外殼，就不需要外加保護措施。
當使用高純度az91d時，也不需要保護措施。即使車與路面濺起的水接觸，也不需要保護，因為這層膜在中性、鹼性（或一般條件下）比較穩定，具有保護作用。
但是，如果在設計上存在有水進入（或殘留）的問題，或者在使用過程中遇到含鹽的環境（如海水），就會形成乙個微電池環境，產生較為嚴重的電化學腐蝕，包括在中性、鹼性環境中都會產生類似的腐蝕。此時就需要乙個良好的表面處理保護措施。
由上所知，電化學腐蝕是鎂合金腐蝕的主要方式，在中性、鹼性環境中，電化學腐蝕的原理如下（圖一）：
圖一電化學腐蝕的原理圖
其化學反應原理如下：
mg-2e=mg2+ （陽極反應）
2h2o+2e=h2+oh-（陰極反應）
mg2++2oh-=mg(oh)2（腐蝕產物）
總反應為mg+2h2o= mg(oh)2+ h2
在上述反應中，鎂作為陽極失去電子而腐蝕，在陰極釋放電子產生氫氣。通常情況下，陰極可能是外部與鎂合金相接觸的其它金屬部件，也可能是合金元素或雜質元素，它們與鎂合金基體形成原電池，誘發電極反應，產生電化學腐蝕。
1.3 鎂合金的腐蝕形態
鎂合金的腐蝕形態主要有以下幾種：
（一）、電偶腐蝕：這是鎂合金最易發生的一種腐蝕形態，鎂基體與陰極相鄰的區域性區域通常會發生嚴重的腐蝕。
（二）、點蝕：在含有cl—的非氧化性介質中，鎂合金在自腐蝕電位下容易發生點蝕；在中性或鹼性介質中，鎂合金的腐蝕形態通常也是點蝕。
（三）、應力腐蝕：在含有cl—的中性溶液甚至蒸餾水中，鎂合金都有腐蝕開裂的傾向；在鹼性介質中，當ph>10.2時，鎂合金表現出良好的抗應力腐蝕的效能；在氟化物的溶液中，鎂合金也有良好的抗應力腐蝕的效能。
（四）、晶間腐蝕：鎂合金一般對晶間腐蝕不敏感，腐蝕不能夠沿著晶界發展。
（五）、絲狀腐蝕：在保護性有機塗層或陽極氧化膜下，由於腐蝕電池在鎂合金基體表面的移動而產生絲狀腐蝕。
1.4 鎂合金與其它材料腐蝕性對比
20世紀80年代，鎂合金材料開發取得了長足進展。人們發現fe、ni、cu等雜質元素以及fe與mn的比例對鎂合金耐蝕性的影響非常之大，為此開發了高純度的新一代的壓鑄鎂合金az91d等。高純度鎂合金的耐蝕性能提高了100倍，使其超出了其它與之競爭的材料，在不經保護的狀態下即可滿足大部分汽車應用的要求，甚至是暴露在冬季道路條件下。
這一技術上的突破對後期壓鑄鎂合金的發展至關重要，也是目前鎂合金能夠得到大量應用的重要原因。在耐鹽霧腐蝕能力方面，大多數壓鑄鎂合金牌號都已經超過了鋁合金a380（如圖二所示）。
1.5 鎂合金腐蝕的防護技術
針對鎂合金發生腐蝕的機理，目前鎂合金腐蝕防護技術的研究工作主要集中在以下幾個方面
1.5.1 零件設計（如圖三所示）
乙個好的保護措施要從乙個好的設計開始。這是乙個系統工程，從腐蝕防護的角度出發，乙個好的鎂合金零件設計應考慮下列因素：
（一）、不能讓水或其它液體聚積在一起，使之形成原電池環境。
（二）、邊角應設計成圓弧形，尖銳的邊角會降低保護作用。
1.5.２ 材料選擇（如圖三所示）：
產品設計中，各相鄰零配件所用原材料的選擇也是很重要的。既要保證其結構性功能不受影響，又要使兩種材料間的電位差不大，方能保證不產生嚴重腐蝕現象。
另乙個要注意的問題是，零件之間的鏈結件及鏈結介質的材料與防腐蝕處理工藝
也是要十分注意的問題。
圖三鎂合金腐蝕防護方法
下面列出了一些常用材料的電化學活性順序（室溫下，海水中），離鎂越近則其與鎂的相容性越好：
鎂鎂合金
鋁合金5000、30000、1100、6000
鎘鋁合金2000
鋼13%鍍鉻不鏽鋼（活性的）
18-8不鍍鋼（活性的）鋁鋅
海軍黃銅
鎳（活性的）
鋁銅合金
紅銅，銅
鎳（惰性的）
鎳銅合金
鈦18-8不鏽鋼（惰性的）
金1.5.３ 冶金控制
冶金因素包括合金組元、雜質元素、相組成和微結構。
不同元素對鎂合金的腐蝕性能影響不同，依據目前常用鎂合金材料的合金組元，一般分為三類，如表一所示。通過合金元素對鎂合金腐蝕速度影響的分析，通常將第三類元素的含量降低到臨界值以下，採用提高純度的方法來增加耐腐蝕性。
表一不同元素對鎂合金的腐蝕性能影響
相組成對鎂合金的腐蝕性能影響也很大，合金的加工工藝不同，相成份和含量不同，其影響機理也不同。如快速凝固可以改善材料的相成份和微觀結構，使基體組織更加均勻，減少缺陷，抑制區域性腐蝕。
另一方面，就是開發高耐蝕新型合金系統，以適應不同腐蝕性環境的影響。
1.5.４ 表面處理
在冶金控制及新型合金開發取得重大進展之前，通過各種表面處理技術來控制鎂合金的腐蝕，毫無疑問，這應是當前業界最重要的研究課題。
下面將對鎂合金的表面處理技術及工藝進行扼要的闡述。
2.1 鎂製品主要表面效能要求
通常用於取代鋁、鐵或塑膠的鎂合金，表面處理時的原則之一是保持材料本身的優越性能，而更重要的一點是要把一些差於其它材料的效能提公升上來，以達到產品的效能要求，如耐腐蝕性。下面列出一些鎂合金製品的主要表面效能要求。
2.1.1 汽車、電單車、工具類效能要求
（一）、一般機械效能：硬度、強度、抗衝擊性、抗疲勞性等。
（二）、保護性：耐腐蝕性、耐化學性、耐候性、防汙染性。
（三）、裝飾性：著色性、光澤性等。
（四）、可加工性：如焊接性、粘接性等
2.1.2 3c製品類效能要求
（一）、一般機械效能：硬度、強度、抗衝擊性、抗疲勞性等。
（二）、保護性：耐腐蝕性、耐化學性、耐候性、防汙染性。
（三）、熱傳導性
（四）、導電性
（五）、電磁遮蔽性
（六）、可加工性：如焊接性、粘接性等
（七）、裝飾性：著色性、光澤性等。
大多數產品零件不會對全部效能提出較高要求，通常只針對其產品的部分效能提出高要求，以便降低技術門檻，降低產品綜合成本。
2.2 壓鑄鎂合金製品素材表面分析
要開發出乙個完善的表面處理技術與工藝，必須要充分掌握原材料表面的物理化學特性的影響，現僅對鎂合金壓鑄件的表面狀況對處理工藝的影響進行分析。
2.2.1 表面原始疏鬆膜的影響
在通常的大氣環境中，鎂合金製品表面會形成以mg(oh)2和mgco3為主的不動態被膜，這層膜防腐蝕效能不好，不適合作長期的防護，處理前應先想法除去。
2.2.2 脫模劑附著的影響
在目前最實用的壓鑄法中，成型時脫模劑粘著在原材料表面上，在時還會捲入原材料內部，這導致製品表面化學性質不均勻，給處理工作帶來困難。
2.2.3 合金表面偏析濃化的影響
在成型過程中，某些合金元素會偏析富集於工件表面，如az91系列的al、zn會在壓鑄件表面偏析濃化，造成表面化學性質與基體內部不一致，從而導致處理難度的增加。
2.2.4 成型不均勻的影響
一指脫模劑的殘留與合金成份的偏析濃化不均勻，每一件都不一樣，對同一工件，各部分也完全不同； 二指成型過程中，各部分的結晶結構不均勻。如澆口部和溢位部一處緻密精細，一處粗糙多孔，另有一些部位緻密部分和粗糙部分混在一起，這些都會影響處理工藝與處理效果。
2.3 鎂合金表面處理技術
不同產品及其應用環境的差異，以及同一產品不同部位的零件，其表面處理工藝、方法都有所不同。
下面簡要的介紹一下各處理工藝。
圖四鎂合金表面處理技術示意圖
2.3.1 化學轉化膜
化學轉化膜主要針對塗裝前處理，目前應用較多的有下列幾種：
（一）、鉻系無機鹽轉化膜。以鉻酸和重鉻酸為主要成份的水溶液化學處理工藝，生成的鉻酸鹽複合膜耐蝕性好，塗裝附著力強，具有自動修復能力。目前相關工藝已比較成熟，但其生產過程對環保不利，已逐漸被其它非鉻系處理工藝所取代。
（二）、非鉻系無機鹽轉化膜。目前以磷酸鹽、錳酸鹽系列為主，皮膜耐蝕性已接近鉻化膜，其它各項效能指標也都達到要求。由於環保要求所至，逐漸成為當前研究和生產所採用的主流工藝。
（三）、非鉻系有機轉化膜。最早研發於日本，國內部分外資企業已開始引進運用於生產，主要針對既要求高耐蝕性又須具備良好導電性能的3c製品。
（四）、化學氧化膜。通過各種化學氧化方法獲得的轉化膜，主要應用於要求不高的低端產品的塗裝前處理及工序間臨時防護處理。國內航天航空、軍工企業早在60年代已有比較成熟的處理工藝。
（五）、化學轉化膜的比較。幾種常用化學轉化膜的效能比較見表二。
2.3.2 陽極氧化膜
一種電化學轉化膜，比化學轉化膜厚，強度高、硬度大、耐磨耐蝕性好，膜層具有多孔性，可作為塗裝前的良好基底。經過封閉處理後的工件防腐效能更好，可直接作為最終塗層使用。
鎂合金壓鑄件的表面處理
摘要 按照表面成膜過程中有無 外加電壓作用，將現有鎂合金壓鑄件的表面處理技術歸納為化學成膜技術和陽極氧化成膜技術二大類。分別介紹了化學成膜技術中的鉻化處理 磷化處理 鋅置換處理 化學腐蝕處理等4類表面處理技術和陽極氧化成膜技術中的常規陽極氧化 等離子體微弧陽極氧化等2類表面處理技術，同時還簡要地介紹...
鋁合金常用表面處理方法
主要工序只有前處理 靜電噴塗和烘烤三個工序。典型的粉末靜電噴塗工藝流程如下 上件 脫脂 清洗 去鏽 清洗 磷化 清洗 鈍化 粉末靜電噴塗 固化 冷卻 下件 氟碳噴塗 1 基本原理 也採用靜電噴塗的原理，為液態噴塗，香港稱為鋦油。屬於高檔次噴塗，較高。2 氟碳噴塗原料及結構 氟碳噴塗料是以聚偏二氟乙烯...
鎂合金犧牲陽極的施工要求
在使用犧牲陽極陰極保護方法的時候，應該按照設計要求來選用鎂合金犧牲陽極，而且埋設位置應該與需要保護的燃氣管道的距離不能小於零點三公尺，但是也不能距離過於大於七公尺，埋設陽極的井深度不應該小於一公尺，而且必須直接埋設在潮濕的土壤中。鎂合金犧牲陽極的埋設形式可以採用陽極立式擺放或者臥式擺放都可以。在鎂合...