由于鎂合金化學性質活潑,表面氧化膜無法對鎂合金基體起到有效的防護,因此為了使鎂合金得到高效的利用并獲得更長的使用壽命,需要對其表面進行處理。目前比較成熟的表面處理技術有化學氧化、陽極氧化、微弧氧化和有機涂層等。

1、化學氧化

        化學氧化是鎂合金常用的表面處理技術之一,具有成本低、易于處理等優點。化學氧化的基本原理是金屬浸入轉化液中,與轉化液發生一系列化學-電化學反應,將一些難溶(化學性質穩定)化合物沉積在金屬表面而形成氧化膜,得到的氧化膜具有很好的耐腐蝕性能,并與基體具有較強的結合力,從而起到保護基體的作用。鎂合金化學氧化后形成的化膜可以分為含鉻氧化膜和不含鉻氧化膜,其中不含鉻氧化膜包括磷酸鹽系氧化膜、氟鋯酸鹽系氧化膜、錫酸鹽系氧化膜、高錳酸鹽系氧化膜、稀土氧化膜等。

        含鉻氧化膜是目前應用比較成熟的化學氧化膜。鉻化處理可在鎂合金基體表面形成金屬基體氧化物和鉻酸鹽組成的混合氧化物膜,Cr6+ 的含量越高,氧化膜的自愈合能力越強。鉻化處理工藝成熟,但由于鉻酸鹽中的 Cr6+ 具有毒性,對人體和生態環境有較大的危害,因此含鉻氧化膜已經被限制使用,不含鉻氧化膜成為了研究熱點。ZAI等研究了轉化液pH(2.5,3.0,3.5,4.0)和制備溫度(40,60,80℃)對 AZ31鎂合金表面磷酸鎂氧化膜耐腐蝕性能的影響,發現制備溫度比轉化液pH 對氧化膜的耐腐蝕性能影響更大,在制備溫度80℃、轉化液pH 為3.0條件下形成的氧化膜具有最好的耐腐蝕性能。NIU 等在鎂合金表面制備了釩酸鹽氧化膜,發現在含有4g·L-1 NaVO3 中形成的釩酸鹽氧化膜的微觀結構精細、無裂紋。PHUONG等研究發現,在 AZ31鎂合金表面制備的磷酸鋅氧化膜比磷酸鎂氧化膜具有更高的自腐蝕電位和更低的自腐蝕電流密度,但由于磷酸鋅氧化膜的孔隙率高,因此在鹽霧條件下比磷酸鎂氧化膜更易發生腐蝕。稀土化學氧化可分為單一稀土化學氧化、雙稀土復合化學氧化和摻雜稀土鹽的其他金屬鹽化學氧化。稀土氧化膜具有較好的耐腐蝕性能,轉化液對環境友好,對人體無害,且稀土化學氧化的工藝簡單,因此稀土氧化膜具有良好的發展前景。鎂合金的化學氧化膜較薄(厚度0.5~3μm),且為多孔結構,導致其耐腐蝕性能仍不是很理想,且耐磨性較差,適用于對環境溫度和表面質量精度要求不高的構件,如筆記本、手機及其他電子產品的外殼。化學氧化膜只能減緩腐蝕速率,并不能長期防止腐蝕,因而不可作為長期防腐保護層。

2、陽極氧化

        陽極氧化是指在特定的電解液中,利用電流在鎂合金表面生成耐腐蝕性較好的沉積膜的過程。鎂合金陽極氧化技術優勢在于所形成的氧化膜與基體結合強度高,且其耐腐蝕性能較好。

        電解液的開發是陽極氧化技術的核心之一,電解液必須滿足無毒無污染、環境兼容性好等特點。章鈺等對陽極氧化電解液進行優化,在優化的工藝條件下制備的陽極氧化膜表面平整、致密,與基體的結合力強,主要由鎂、氧、硅3種元素組成,對鎂合金基體有良好的防護性。張小玲等配制了一種不含鉻、磷、氟的鎂合金陽極氧化電解液,通過正交試驗優化電解液獲得一種既滿足環境保護又可有效提高鎂合金耐腐蝕性能的陽極氧化膜。ZHANG等研究發現,單寧酸作為一種有機添加劑,可以促進鎂合金表面陽極氧化膜的形成,同時單寧酸可通過形成不溶性鎂-單寧酸絡合物來改善陽極氧化膜表面微孔均勻性,并增加陽極氧化膜的厚度,從而提高其耐腐蝕性能。伏田田等研究發現,在堿性電解液中加入腺嘌呤后,AZ31鎂合金表面陽極氧化過程的電壓更為平穩,電火花放電更均勻,所得到的氧化膜更平整,并且膜中孔洞數量減少,氧化膜致密性提高,耐腐蝕性能增強。畢燴元等研究發現,在電解液中添加納米碳化鈦后,鎂合金表面陽極氧化膜均勻致密,其中的微孔孔徑減小,自腐蝕電流密度減小,氧化膜的耐腐蝕性能提高。付廣艷等研究發現,六次甲基四胺的添加降低了電解液的導電性,使得 AZ91D 鎂合金表面的陽極氧化電壓升高,反應加快,所得到的氧化膜厚度增加,耐腐蝕性能增強。

        陽極氧化膜中含有微孔,這會影響其耐腐蝕性能。陽極氧化膜可以作為中間層來提高有機涂層或其他防護涂層與基體之間的結合力,從而達到長期防護的效果。陽極氧化過程需要消耗大量電能,生產成本高,限制了該方法的廣泛應用,因此研究出對環境友好、低能耗和膜性能高的鎂合金陽極氧化工藝是十分有必要的。

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