四川九洲電器集團有限責任公司（四川航電產(chǎn)品輕量化設計與制造實驗室） 四川 綿陽 621000

1 引言

眾所周知,鎂是所有工業(yè)合金中化學活潑性最高的金屬,標準電極電位為－2.37V(相對于標準氫電極),比鋁低約0.7V。它在海水中的穩(wěn)定電位為－1.5V～－1.6V,是工程合金中電位最負的。鎂合金還很容易發(fā)生電偶腐蝕,表面形成的點蝕影響金屬外觀質(zhì)量,鎂的化學活潑性使鎂及其大多數(shù)合金在潮濕空氣、含硫氣氛和海洋大氣中易發(fā)生嚴重腐蝕,嚴重限制了它的應用。

2 鎂合金的腐蝕機理

鎂合金的腐蝕是一個十分復雜的過程,在不同條件下表現(xiàn)出不同的腐蝕行為和機理,微觀結(jié)構(gòu)和成分有著不同的影響作用。鎂在大氣中的吸氧腐蝕最嚴重。

2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2

鎂在水、鹽溶液以及大部分酸中具有典型的析氫腐蝕特點,以全面腐蝕和點蝕形式迅速溶解。

Mg＋2H2O＝Mg(OH)2＋H2

3 試驗樣件選材

本文將航空產(chǎn)業(yè)中常用的切削鎂合金AZ31作為樣板。樣板磨光制樣,顯微鏡下放大500倍,可以清楚的觀察到鎂合金在空氣中迅速氧化,生成黑色腐蝕產(chǎn)物,磨光面變得凹凸不平。

4 鎂合金化學氧化處理

化學氧化是使金屬零件表面與處理液發(fā)生化學反應,生成一層保護性氧化或鈍化膜,比自然形成的保護膜有更好的保護效果。鎂合金化學氧化的工藝流程一般為：

脫脂—酸洗—活化—氧化—封閉

4.1 脫脂 由于鎂合金堿性金屬,一般在堿性溶液中不會被腐蝕,所以可以使用普通的堿性除油配方進行除油。

表1 堿性除油配方及除油效果對照表

從表2中試驗結(jié)果可以看出,堿性除油配方1除油效果最好,其余三個配方不是有輕微過腐蝕、發(fā)花,就是有少量油污殘留。項目在后續(xù)試驗研究中默認堿性除油配方為配方1。

4.2 酸洗 酸洗的主要作用是除去鎂合金表面的氧化膜、氧化皮、松散附著的冷加工金屬屑和已嵌入表面的污垢等,使鎂合金基體裸露出來,同時對基體形成適當?shù)母g。項目選擇表3中酸洗配方進行試驗效果對比,具體情況見表3。

表2 酸洗配方及結(jié)果對照表

3 85%H 3 P04 NH 4 HF H3 BO3 15ml/L 40g/L 30g/L室溫25s產(chǎn)生大量氣泡,零件表面有鎂溶解現(xiàn)象4 RFH SX－Mg04 10%～15% 45～55℃1～3min產(chǎn)生大量氣泡,零件表面發(fā)花,不均勻

從表2中的反應現(xiàn)象描述可以看出不同工藝的酸性溶液可以得到不同的腐蝕程度。酸洗配方1對基體有較大的腐蝕,其原因是鎂在鉻酸和氫氟酸環(huán)境中能夠穩(wěn)定存在,在這兩種溶液中均能生成具有保護能力的鈍化膜。但當鉻酸中加入一定濃度的硝酸,會產(chǎn)生附加的反應,造成腐蝕速度的加劇。而加入KF可以在其表面生成一層致密的MgF2膜,阻止酸洗液對鎂基體的腐蝕,降低酸洗腐蝕量,使鎂合金表面呈金屬光澤。

圖1 酸洗1與酸洗2放大對比

圖2 酸洗3與酸洗4放大對比

從圖1、圖2可以看出不同酸洗配方對鎂合金基體的影響不同。酸洗1對基體的腐蝕程度最大,試樣表面粗糙,多孔尖銳,表面出現(xiàn)黑色浮灰(有研究證實黑色浮灰為Al2O3)；酸洗2表面膜層連續(xù)完整,基材無腐蝕,酸洗效果最好；酸洗3有溶解過腐蝕的情況；酸洗4局部有黑點,膜層不是很完整,樣件整體顏色發(fā)白。

圖3 配方1、2、3放大對比圖

4.3 活化 鎂合金在含F(xiàn)－的配方酸洗后表面生成一層致密的MgF2膜,其表面呈現(xiàn)鈍鈦,考慮到后續(xù)化學氧化反應,需在氧化前用活化劑處理鎂合金零件10～30s,以消除表面零件表面生成的鈍態(tài)MgF2膜。

4.4 化學氧化 鎂合金氧化可以獲得0.5～3μm的薄膜層,膜層薄而軟,主要用作裝飾和中間工序防外,很少單獨使用。通過對以下配方進行試驗篩選,并將各配方的氧化效果進行對比,鎂合金各種氧化配方及試驗比較情況見表3。

表3 鎂合金化學氧化配方及工藝

從圖中可以看出,氧化1顏色較深,但是由于反應需高溫,膜層容易出現(xiàn)微孔和發(fā)花；氧化2膜層厚度均勻完整,外觀一致,無裂紋；氧化3膜厚度均勻,但是表面發(fā)黃、有微裂紋,耐蝕性一般。

4.5 封閉 為了提高鎂合金化學轉(zhuǎn)化膜的抗蝕性能,鎂合金零件氧化后需進行填充、封閉處理。經(jīng)封閉后的鎂合金氧化零件,在正常情況下,室內(nèi)單獨包裝可達6個月不產(chǎn)生點蝕,僅噴涂三防清漆后,即可按GJB 150.11A－2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 鹽霧試驗》方法進行試驗,并通過96h中性鹽霧試驗。

5 結(jié)論

a)鎂合金零件表面油污少時優(yōu)選丙酮配合超聲波清洗,效果能夠滿足后續(xù)工藝要求,油污多時應選擇Na3PO4與NaOH的組合,除油效果好,對基材腐蝕??；

b)鎂合金零件酸洗采用Cr O3、HNO3(68%)、KF組合配方,對零件基體腐蝕最少,表面光亮、顯金屬光澤；

c)鎂合金零件酸洗后應采用活化劑活化,消除致密MgF2膜層在零件形成的鈍態(tài)；

d)K2Cr2O7、KAl(S04)2、醋酸(60%)組成鎂合金氧化配方所制成的膜層厚度均勻,外觀一致,無裂紋,封閉后耐蝕性好。