宝山销售稀土镁合金材料稀土有色金属

镁及其合金具有许多优良的物理和机械性能，具有较高的比强度和比刚度、易于切削加工、易于铸造、减震性好、能承受较大的冲击震动负荷、导电导热性好、磁屏蔽性能优良，是一种理想的现代结构材料，现已广泛应用于汽车、机械制造、航空航天、电子、通讯、军事、光学仪器和计算机制造等领域.为使镁合金应用于不同的场合，经常需要改变其表面状态以提高耐蚀性、耐磨性、可焊性、装饰性等性能。目前有许多工艺可在镁及镁合金表面上形成涂覆层，包括电镀、化学镀、转化膜，阳极氧化、氢化膜、有机涂层、气相沉积层等。其中为简单有效的方法就是通过电化学方法在基体上镀一层所需性能的金属或合金，即电镀与化学镀。本文对这两种处理方法在镁及镁合金上的应用所面临的问题、工艺流程、各种前处理方法、常用镀层及发展现状作简要概述。

由于镁的电极电位很低，为-2.34V(相对于标准氢电极)，易于发生电偶腐蚀，在电解质中与其它金属接触时，易于形成腐蚀微电池，导致镁合金表面迅速发生点蚀。因此，在电镀或化学镀时，在镁合金上形成的镀层无孔，否则不但不能有效防止腐蚀，反而会加速镁合金的腐蚀。尤其是进行浸锌、直接化学镀镍等前处理时，所形成的底层无孔。对于镁合金上的Cu/Ni/Cr镀层，曾有人提出镀层的厚度至少应为50μm，无孔才能进行室外应用.镁合金上电镀或化学镀所形成镀层的质量还取决于镁合金的种类。对于不同的镁合金，由于元素组成及表面状态不同，进行前处理时应采取不同的方法，镁合金表面存在大量金属间化合物，如MgxAly金属间相的存在，导致表面电势分布不均，增加了电镀及化学镀的难度.电镀及化学镀的共同缺点是镀液中含有重金属，影响镁合金的回收利用，增加了回收的难度与成本。

浸锌基于浸锌已发明了许多前处理工艺，主要有Dow工艺、Norsk2Hydro工艺及WCM工艺。各种方法的处理过程大致如下：Dow工艺：除油阳极清洗酸蚀酸活化浸锌镀铜Norsk2Hydro工艺：除油酸蚀碱处理浸锌镀铜WCM工艺：除油酸蚀氟化物活化浸锌镀铜Dow工艺发展早，但得到的浸锌层不均匀、结合力差。改进的Dow工艺在酸活化后加入了碱活化步骤，在AZ31、AZ91镁合金上得到的Ni2Au合金镀层结合力良好，前处理时间也明显缩短。Norsk2Hydro工艺同Dow工艺相比，在结合力、耐蚀性、装饰性方面都有所提高，AZ61镁合金经此前处理后得到的Cu/Ni/Cr多层镀层达到了室外应用的标准。Dennis等人的研究表明，经Dow工艺和Norsk2Hydro工艺处理得到的浸锌层多孔，热循环性能不好。

在三种工艺中，WCM工艺获得的浸锌层均匀，且耐蚀性、结合力、装饰性等方面效果均好，是一种较成功的前处理方法。然而三种方法的共同缺点为：当镁合金中铝含量过高时，沉积层质量不好，且镁合金表面镁含量较丰富的区域会溶解，限制了它们的应用。
　　浸锌过程需控制，以确保膜层具有足够的结合力，否则会在基体金属的金属间相上形成海绵状、结合力差的非均匀层。紧接着进行的预镀铜过程也有许多缺点，这是一个电镀过程，对于形状复杂的镀件电流密度分布不均匀，尤其在孔洞及深凹处难于形成均匀的镀层，在低电流密度区，铜的沉积速度较慢，这样锌会置换镀液中的阳离子，进而会暴露基体，镁更容易置换，通过置换反应直接在镁合金表面形成的铜层结合力差、多孔、易于腐蚀。其次，镀液中含有剧毒的氰化物，产生的废液处理费用较高。

因此，有人采用电镀锌之后焦磷酸盐电镀铜来代替氰化镀，声称获得的锌层厚度达0.6μm，适用于大多数镁合金，随后进行电镀或化学镀，可获得结合力良好的镀层，电镀锌及浸锌可同时进行也可分开进行，步骤如下：除油碱洗酸洗活化浸锌电镀锌预镀铜另一种前处理方法在镀铜时采用含有硅酸盐的镀液，对于形状复杂的镁合金也可获得均匀的镀层，耐蚀性、可焊性、导电性、结合力等性能均良好，前处理后可以电镀或化学镀各种金属。电镀锌后增加电镀锡步骤可以提高镀层的耐磨性能。直接化学镀镍对于AZ91铸造镁合金进行浸锌处理时相当困难，为了解决这个难题，Skata等人发明了一种新的前处理方法，直接在镁合金表面化学镀镍，得到的镀层均匀、结合力良好，处理流程如下：清洗除油碱蚀酸活化碱活化碱性化学预镀镍酸性化学镀镍该方法的缺点是采用酸性化学镀镍溶液，一旦底层存在孔隙，会导致基体镁的点腐蚀。英国PMD公司开发出了一种更为简单有效的处理方法，获得的化学镀镍层中磷的质量分数为4%～5%，过程如下：前处理碱洗酸蚀氟化物活化化学镀镍酸蚀、碱蚀、活化及化学镀对结合力均会产生很大影响。浸蚀、活化不充分将导致镀层结合力不好。氟化物活化可以用HF或NH4HF2，用HF活化会产生很宽的电化学窗，而NH4HF2活化后电化学窗很窄(pH值5.8～6.0，温度75～77℃).酸腐蚀采用铬酸时会严重腐蚀镁基体并产生还原的铬层，但随后的氟化物活化可以去除铬层，并可以通过控制镁合金表面的钝化来控制镍沉积速度。对于MA28镁合金，有人研究了氟化物钝化对化学镀镍的影响，镀液中含有氟化物，作用是在化学镀过程中抑制镁合金基体的腐蚀，得到的镀层结合力好，但镀液使用寿命很短，工业化生产无法接受，加入络合剂氨基乙酸可以起到稳定镀液的作用。

Mg-Zr二元相图的镁端存在包晶型反应,在此反应温度下,锆在镁中的固溶度为0.58%。包晶反应:L+α-Zr→α-Mg。α-Mg为锆在镁中的固溶体,锆的熔点很高,1852℃,不与镁形成化合物,锆在熔融镁中的熔解度很小,在包晶反应温度654℃时也只能熔解0.6%。这一特点给含锆的镁合金的熔炼带来很大困难,容易出现成分偏析。在铸造镁-锆合金及镁-锌-锆合金组织中可观察到明显的枝晶偏区,区中心锆的浓度很高,甚致是纯α-Zr质点,由中心向外锆的浓度逐渐下降。
　　铸造时冷却速度越快,晶粒核心中锆的浓度越高,与周围固溶体中锆的浓度差越大,这种晶内枝晶偏析可以通过锭的均匀化处理消除。锆在镁熔体中的溶解度很小,镁合金熔体凝固时,Zr以α-Zr质点形式析出,α-Zr与Mg均属于密集六方晶格,而且晶格常数相当接近,于是熔体中的α-Zr成为良好的结晶核心,从而可获得晶粒细小均匀的组织。锆还能减缓合金的扩散速度,阻碍晶粒长大,含0.6%Zr~0.8%Zr镁合金具有小的晶粒和高的力学性能,另外,Zr还能提高镁合金的抗腐蚀性能与高温力学性能。二元镁-锆合金铸件的强度较低,中国标准没有纳入此类合金,只有美国ASTM标准中有一种含0.7%Zr的二元镁-锆合金KIA-F,用于铸造砂型及型铸件,它有的阻尼性能。
　　由于二元镁-锆合金的性能不能满足工业应用要求,而锆又是镁的一种极有效的晶粒细化剂,因此它成为其他镁合金的一种难得的辅助合金化元素,形成一类很有实用价值的含锆的镁合金如Mg-Zn-Zr系合金与Mg-RE-Zr系合金。Mg-Zn系合金几乎个个都含有0.3%Zr~1.0%Zr,Mg-Re、Mg-Th、Mg-Ag系合金都含有这么多的锆。
　　镁-锌系合金的晶粒易长大,而锆具有细化晶粒与抑制晶粒长大功效,是铸态Mg-Zn合金极为有效的晶粒细化元素,于是Mg-Zn-Zr系合金应运而生,形成ZK系列镁合金。Mg-Zn-Zr系合金可以热处理强化,Zn是主要合金化元素,随着Zn含量的增加,合金的凝固温度区间变宽,热裂倾向增大,可焊性能变差,不可用于铸造形状复杂的铸件与制造焊接结构。
　　在GB/T19078-2003中,铸造镁-锌-锆合金有ZK51A、ZK61A合金,变形镁合金有ZK61M、ZK61S。按ASTM在关标准,Mg-Zn-Zr系合金主要有ZK21A、ZK31、ZK40A、ZK60A、ZK51A和ZK61合金。
　　向Mg-Zn-Zr系合金添加稀土元素,合金在凝固过程中可在晶界形成含稀土的化合物,提高合金的铸造性能,改善铸件组织,但是它们很稳定,在固溶处理时不易溶解,虽对铸件力学性能元明显影响,却使其略有下降,在氢气氛中固溶处理后可使性能恢复,因为固溶处理时,氢可扩散到镁固溶体中,与化合物中的稀土元素反应生成弥散的稀土氢化物质点,化合物中的锌被释放出来,重新溶于α-Mg基体中,强化合金。