輕金屬通常是指相對(duì)密度在4.5以下的金屬，主要包括鋁、鎂、鈦等金屬。 伴隨著國民經(jīng)濟(jì)和國防現(xiàn)代化的發(fā)展 ，輕金屬材料的應(yīng)用越來越廣泛 。鎂合金被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”，是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減振性好、導(dǎo)熱及電磁屏蔽效果佳、機(jī)加工性能優(yōu)良、零件尺寸穩(wěn)定 、易回收等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、汽車工業(yè)、電子通信、醫(yī)療及一般民用產(chǎn)品等行業(yè)。

我國是鎂資源大國，在鎂及鎂合金工業(yè)應(yīng)用方面擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。然而在國內(nèi)，鎂合金的應(yīng)用現(xiàn)狀和預(yù)期仍然存在巨大的差距，這是因?yàn)殒V及鎂合金還存在一些固有缺點(diǎn)，如鎂合金化學(xué)和電化學(xué)活性很高，耐腐蝕、耐磨性較差等，很大程度上制約了鎂合金的開發(fā)和應(yīng)用。因而，在目前全球環(huán)境惡化和資源短缺問題日益嚴(yán)峻的壓力下，加強(qiáng)對(duì)鎂合金耐蝕耐磨性能的研究，積極探索提高鎂合金耐蝕性能的方法途徑，對(duì)拓寬鎂合金的應(yīng)用范圍并充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 

通常而言，控制鎂合金的成分，合理控制材料制備工藝，可以改善鎂合金的綜合性能，但會(huì)使生產(chǎn)成本大幅增加。由于金屬材料的腐蝕、磨損和疲勞斷裂等材料的失穩(wěn)多始于表面，因此通過對(duì)材料表面處理可進(jìn)一步提高鎂及鎂合金的使用特性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。鎂合金常用的表面處理工藝主要有電鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽極氧化、氣相沉積、微弧氧化、激光表面處理等。

鎂合金：向金屬鎂中加入少量的其他金屬 ，如鋁、鋅、錳、鋯等元素時(shí)，形成以鎂為基的合金，即鎂合金，可以大大提高鎂合金的強(qiáng)度，因此用于結(jié)構(gòu)材料的一般為鎂合金。密度≈鋁的2/3，鋼的1/4，是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料；鎂合金還具有比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、阻尼減振、電磁屏蔽、易于機(jī)械加工和容易回收等優(yōu)點(diǎn)，

由于鎂化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)活性高，在大氣中特別是在潮濕和沿海地區(qū)很容易受到腐蝕這限制了鎂合金的廣泛應(yīng)用。控制鎂合金的成分和形成均勻的組織可以提高鎂合金的抗蝕 ，但鎂合金的最終腐蝕防護(hù)常需要進(jìn)行表面處理，以便改善鎂合金的性能，擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，提高鎂合金材料的使用壽命。

金屬鎂的應(yīng)用主要集中在鎂合金生產(chǎn) 、鋁合金生產(chǎn) 、煉鋼脫硫、稀土合金、金屬還原、腐蝕保護(hù)及其他領(lǐng)域。如很多鋼廠都采用鎂脫硫，使用鎂粒的脫硫效果 比碳化鈣好。使用鎂犧牲陽極進(jìn)行陰極保護(hù)，是一種有效防止金屬腐蝕的方法 ，鎂犧牲陽極廣泛用于石油管道、天然氣、煤氣管道和儲(chǔ)罐、冶煉廠、加油站的腐蝕防護(hù)以及熱水器、換熱器、蒸發(fā)器、鍋爐等設(shè)備。目前鎂合金已成為新型材料的發(fā)展方向之一。“十三五”規(guī)劃指出鎂合金材料重點(diǎn)發(fā)展方向?yàn)椋汉娇蘸教煊酶邚?qiáng)鎂合金大尺寸復(fù)雜鑄造件 ，高強(qiáng)耐熱鎂合金大規(guī)格擠壓型材／鍛件，3C產(chǎn)品用鎂合金精密壓鑄件，大卷重、低成本、高成形性鎂合金板帶材，汽車輕量化結(jié)構(gòu)件用鎂合金精密壓鑄件等。同時(shí)，“十三五” 規(guī)劃預(yù)測鎂金屬年增速7.1％，高于十種有色金屬平均增速 4.1%。這是因?yàn)殒V合金具有良好的輕量性、切削性、耐蝕性、減振性 、尺寸穩(wěn)定性和耐沖擊性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他材料。這些特性使得鎂合金廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子通信、 醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。

針對(duì)鎂合金腐蝕的特點(diǎn)，國內(nèi)外的研究者提出了提高鎂合金耐腐蝕性的主要方法：

①開發(fā)新的合金或提高鎂合金的純度 ；

②采用快速凝固技術(shù)；

③采用表面強(qiáng)化技術(shù)。

前兩種方法主要是提高整體部件的耐蝕性，而后一種方法是在整體提高的基礎(chǔ)上，通過不同方法在表面形成一種很薄的功能層來提高鎂合金的耐蝕性。

鎂合金的腐蝕形態(tài)包括全面腐蝕和局部腐蝕。通常而言，全面腐蝕將會(huì)造成局部腐蝕的產(chǎn)生，而局部腐蝕則更容易受到弱電解質(zhì)和小陽極／陰極相對(duì)面積比的影響。局部腐蝕又分為電偶腐蝕 、點(diǎn)蝕 、絲狀腐蝕 、應(yīng)力腐蝕開裂與腐蝕疲勞等。

針對(duì)鎂合金腐蝕的特點(diǎn)，表面強(qiáng)化技術(shù)是目前鎂合金防腐蝕最常用的技術(shù)。而用于鎂合金防護(hù)表面強(qiáng)化技術(shù)大致有陽極 氧化處理 、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理 、微弧氧化處理 、表面滲層 、電鍍和化學(xué)鍍處理 、熱噴涂 、有機(jī)涂層 、氣相沉積 、激光處理等 ，這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

在鎂合金件成形過程中，工件表面或多或少附著有氧化 膜、脫模劑、離型劑 等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)在后續(xù)處理如微弧氧化、電鍍等處理過程中脫落并進(jìn)人電解液 ，影響電解液的壽命。此外，鎂合金表面的自然氧化物疏松多孔和化學(xué)成分不均勻等特性也通常會(huì)導(dǎo)致后續(xù)表面處理結(jié)合力不佳。因而對(duì)鎂合金表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼剑绱蚰ァ娚暗阮A(yù)處理 ，則能很好地改善膜層的結(jié)合力和耐蝕性能等。對(duì)于鎂合金的表面整平 ，目前應(yīng)用較多的有噴砂、磨光等。

*由于鎂合金硬度不高 ，在機(jī)械磨光工序中稍不注意就會(huì)破壞鎂合金壓鑄零件表面的致密層，使鑄件表層的微細(xì)裂紋、氣孔外露，造成涂裝表面出現(xiàn)起泡 、縮孔等缺陷，因此在對(duì)鎂合金進(jìn)行表面整平時(shí) ，一定要嚴(yán)格控制整平工藝，確保不降低其耐蝕性能。此外，由于鎂合金粉末燃點(diǎn)低 ，與氧的親和力高 ，在噴丸、機(jī)械磨光過程中容易發(fā)生燃燒 ，甚至引起爆炸，因此操作時(shí)還應(yīng)注意安全。

鎂及鎂合金部件在加工及存放等過程中，不可避免地會(huì)黏附各種油污，如礦物油、植物油和動(dòng)物油等。而這些油污的存在通常會(huì)影響后續(xù)表面處理的質(zhì)量。因此在對(duì)鎂合金件進(jìn)行表面強(qiáng)化處理前通常需要進(jìn)行脫脂處理。

鎂及鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，只有在 pH>12的堿溶液中生成 Mg(OH)：才趨于穩(wěn)定，在其他水溶液中都不穩(wěn)定。在純凈的自來水中浸泡也會(huì)發(fā)生腐蝕 ；在酸中，鎂與 H＋發(fā)生激烈的氧化還原反應(yīng)，析出大量氫氣與熱量 ，會(huì)引起零件的過蝕 ，甚至發(fā)生自燃 、爆炸事故 。因而，目前生產(chǎn)上鎂合金化學(xué)脫脂一般使用堿性脫脂法。這種方法的實(shí)質(zhì)是依靠皂化和乳化作用 ，前者可以除去動(dòng)植物油 ，后者可以除去礦物油。堿性脫脂溶液通常含有氫氧化鈉 、碳酸鈉、磷酸三鈉、焦磷酸鈉、硅酸鈉以及其他表面活性劑等。

表1 鎂合金堿性脫脂液組成及工藝

表2 乳化液脫脂工藝

將金屬工件浸入酸、酸性鹽和緩蝕劑等溶液中，以除去金屬表面的氧化膜、氧化皮和銹蝕產(chǎn)物的過程稱為浸蝕或酸洗。

鎂化學(xué)性質(zhì)活潑，鎂合金在各種環(huán)境介質(zhì)中的耐腐蝕性能都比較差 。為了提高鎂合金材料的耐腐蝕性能，通常要對(duì)鎂合金材料的表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，在其表 形成具有一定防腐蝕能力的覆蓋層。鎂合金常用的表面強(qiáng)化處理方法有化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、陽極氧化處理、電鍍、化學(xué)鍍 、有機(jī)涂層等。在進(jìn)行這些處理之前 ，必須對(duì)鎂合金材料進(jìn)行浸蝕 （酸洗）除銹 ，以除去其表面的氧化物、腐蝕產(chǎn)物以及其他污染物 ，同時(shí)浸蝕還可以為后續(xù)表面處理提供更多的結(jié)合位點(diǎn)，增強(qiáng)鍍層的結(jié)合力，提高其表面質(zhì)量 。

表3 鎂合金浸蝕液組成及工藝

鎂合金自然氧化膜不致密，不能有效保護(hù)金屬基體。此外，金屬鎂電負(fù)性很強(qiáng)，當(dāng)與其他金屬接觸時(shí)，易發(fā)生電偶腐蝕，引起鎂的加速溶解。這些都限制了鎂合金的應(yīng)用。因此，鎂合金件出廠時(shí)都要經(jīng)過表面處理以提高其抗腐蝕性能。通常最常用、操作簡單的方法是化學(xué)處理（化學(xué)轉(zhuǎn)化處理）或電化學(xué)處理 （即陽極氧化）。

表4 鎂合金磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝

磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理各成分的作用及影響

表5 鎂合金磷酸鹽一高錳酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝

磷酸鹽-高錳酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理影響因素

溶液組成和工藝參數(shù)的影響

工藝流程

為了進(jìn)一步改善膜層質(zhì)量，促進(jìn)膜層生長，通常需要向微弧氧化電解液中加 入各種添加劑。目前研究的添加劑大多為可溶性鹽或有機(jī)物，按照作用主要分為以下幾類：

① 抑制試樣表面尖端放電，提高電解液穩(wěn)定性 。

主要有 KF、甘油、C3H8O3, Na2EDTA等。

② 有助于放電，提高溶液的電導(dǎo)率。

主要有 NaOH、KOH、NaF和 NaAl02 等 ；但添加劑的含量過高會(huì)抑制放電或引起嚴(yán)重的邊緣放電。

③ 減少膜層的孔洞和裂紋，相應(yīng)地提高陶瓷層的致密性 、耐蝕性能。

如 Na2W04、氫氧化鉀、EDTA、蒙脫石、稀土鹽、有機(jī)酸鹽、二氧化硅、硅酸鋁等。

④ 調(diào)整陶瓷層色彩的成分 ，如 Cu2＋呈藍(lán)色，Ni2＋呈紫綠色，Cr3＋呈綠色 。