一、化學(xué)轉(zhuǎn)化

        鎂合金的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜可以根據(jù)溶液的性質(zhì)分為以下幾種類(lèi)型：鉻酸鹽系、有機(jī)酸系、磷酸鹽系、KMnO4系、稀土元素系和錫酸鹽系等。傳統(tǒng)的鉻酸鹽膜結(jié)構(gòu)致密，以含結(jié)構(gòu)水的Cr為骨架，具有良好的自修復(fù)功能和耐蝕性。然而，由于Cr有較高的毒性，并且廢水處理成本較高，因此迫切需要開(kāi)發(fā)無(wú)鉻轉(zhuǎn)化處理方法。在KMnO4溶液中處理鎂合金可以得到無(wú)定型組織的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，其耐蝕性與鉻酸鹽膜相當(dāng)。堿性錫酸鹽的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理可以作為鎂合金化學(xué)鍍鎳的前處理方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)含有Cr、F或CN等有害離子的工藝?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜具有多孔的結(jié)構(gòu)，在鍍鎳之前的活化過(guò)程中表現(xiàn)出良好的吸附性能，并能提高鍍鎳層的結(jié)合力和耐蝕性。有機(jī)酸系處理得到的轉(zhuǎn)化膜能夠同時(shí)具備腐蝕保護(hù)和光學(xué)、電子學(xué)等綜合性能，在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的新發(fā)展中具有重要地位。化學(xué)轉(zhuǎn)化膜相對(duì)較薄、柔軟，其防護(hù)能力較弱，通常只用于裝飾或作為防護(hù)層的中間層。

二、陽(yáng)極氧化

        陽(yáng)極氧化是一種常用的鎂合金表面處理技術(shù)，可以獲得比化學(xué)轉(zhuǎn)化更好的耐磨損和耐腐蝕性能，并具有良好的結(jié)合力、電絕緣性和耐熱沖擊等特點(diǎn)。

        傳統(tǒng)的鎂合金陽(yáng)極氧化過(guò)程通常使用含鉻、氟、磷等元素的電解液，這不僅對(duì)環(huán)境造成污染，而且對(duì)人類(lèi)健康也有害。近年來(lái)，研究人員開(kāi)發(fā)出一種環(huán)保型工藝，獲得的氧化膜在耐腐蝕等性能方面比經(jīng)典工藝Dow17和HAE有了顯著改善。這種優(yōu)良的耐蝕性主要來(lái)源于陽(yáng)極氧化后表面均勻分布的Al、Si等元素，使生成的氧化膜具有良好的致密性和完整性。通常認(rèn)為氧化膜中存在的孔隙是影響鎂合金耐蝕性能的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)向陽(yáng)極氧化溶液添加適量的硅-鋁溶膠成分，可以在一定程度上改善氧化膜的厚度和致密度，降低孔隙率。此外，溶膠成分還會(huì)導(dǎo)致氧化膜層的形成速度出現(xiàn)階段性快速增長(zhǎng)和緩慢增長(zhǎng)，但基本上不會(huì)影響膜層的X射線衍射相結(jié)構(gòu)。然而，陽(yáng)極氧化膜具有較大的脆性和多孔性，在復(fù)雜的工件上很難形成均勻的氧化膜層。

三、金屬涂層

        鎂及鎂合金是目前最具挑戰(zhàn)性的金屬之一，其難以進(jìn)行電鍍的原因如下：

        1.    表面氧化：鎂合金表面極易形成氧化鎂，清除困難，嚴(yán)重影響鍍層與基材的結(jié)合力。

        2.    電化學(xué)活性：鎂的電化學(xué)活性過(guò)高，遇酸性鍍液會(huì)迅速腐蝕基材，與其他金屬離子置換反應(yīng)強(qiáng)烈，所得鍍層結(jié)合不牢固。

        3.    第二相存在：鎂合金中存在第二相（如稀土相、γ相等），其電化學(xué)特性不同，導(dǎo)致鍍層沉積不均勻。

        4.    鍍層標(biāo)準(zhǔn)電位高：鍍層的標(biāo)準(zhǔn)電位遠(yuǎn)高于鎂合金基材，通孔會(huì)增大腐蝕電流，引發(fā)嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，同時(shí)鎂的電極電位偏負(fù)，施鍍時(shí)難以避免氫氣析出的針孔問(wèn)題。

        5.    基材雜質(zhì)：鎂合金鑄件致密性較低，表面存在雜質(zhì)，可能成為鍍層內(nèi)孔隙形成的來(lái)源。

        因此，常采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜法先浸泡鋅或錳等金屬，然后進(jìn)行銅鍍等處理，以增強(qiáng)鍍層與基材的結(jié)合力。常見(jiàn)的鎂合金電鍍層包括鋅、鎳、銅-鎳-鉻、鋅-鎳等涂層，而化學(xué)鍍層則主要采用鎳磷、鎳鎢磷等鍍層。

        單一的化學(xué)鍍鎳層對(duì)于保護(hù)鎂合金有時(shí)不足夠。研究表明，通過(guò)將化學(xué)鍍鎳層與堿性電鍍Zn-Ni鍍層組合可以獲得更好的保護(hù)效果。這種組合鍍層大約厚度為35μm，在鈍化后可以經(jīng)受800-1000小時(shí)的中性鹽霧腐蝕。另外一種方法是先采用化學(xué)鍍鎳作為底層，然后使用直流電鍍技術(shù)得到微晶鎳鍍層。這樣得到的鍍層平均結(jié)晶顆粒大小為40nm，由于晶粒細(xì)化，使得鍍層的孔隙率大大降低，結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高了保護(hù)效果。

        電鍍或化學(xué)鍍是一種同時(shí)獲得優(yōu)越耐蝕性和電學(xué)、電磁學(xué)以及裝飾性能的表面處理方法。然而，這些方法的缺點(diǎn)在于前處理過(guò)程中使用的Cr、F等化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而鍍層中常含有重金屬元素，增加了回收的難度和成本。另外，由于鎂基體特性的限制，對(duì)于鍍層的結(jié)合力仍然需要進(jìn)一步改善。

四、激光處理

        激光處理在鎂合金表面可以采用兩種主要方法：激光表面熱處理和激光表面合金化。激光表面熱處理，也稱(chēng)為激光退火，是一種通過(guò)激光輻照使表面迅速加熱、快速冷卻的處理方式。它實(shí)際上是一種表面快速凝固處理方法。激光退火可以改變材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸和組織狀態(tài)，從而提高其性能。在高純鎂合金上，激光退火可以制備單層或多層合金化層。

        激光表面合金化是基于激光表面熱處理的一種新技術(shù)。它利用激光輻照源產(chǎn)生的熔覆作用，在鎂合金表面制備出不同硬度的合金層，同時(shí)形成冶金結(jié)合的界面。例如，采用寬帶激光在鎂合金表面制備Cu-Zr-Al合金熔覆涂層，由于涂層中形成的多種金屬間化合物的增強(qiáng)作用，合金涂層具有高硬度、高彈性模量、耐磨性和耐蝕性。

        此外，激光處理中的稀土元素Nd的存在也可以提高熔覆層的性能。經(jīng)過(guò)激光快速熔凝處理后，晶粒得到明顯細(xì)化，這可以提高熔覆層的致密性和完整性。

        總之，激光表面熱處理和激光表面合金化是在鎂合金表面改善性能的有效方法，可以通過(guò)調(diào)控材料的組織結(jié)構(gòu)和形成合金層來(lái)增強(qiáng)硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性等特性。

        激光處理鎂合金表面時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如氧化、蒸發(fā)、汽化、氣孔和熱應(yīng)力等。為了解決這些問(wèn)題并獲得理想的表面處理效果，設(shè)計(jì)正確的處理工藝非常重要。

        目前，鎂合金表面處理的研究和探索仍處于不斷發(fā)展之中。與鋁合金相比，鎂合金在表面處理上面臨更多的挑戰(zhàn)，因此在日常生活的民用產(chǎn)品中鎂合金的應(yīng)用還不夠廣泛。但是，在高端產(chǎn)品和軍工產(chǎn)品中，高強(qiáng)度鎂合金得以應(yīng)用，盡管造價(jià)較高。然而，隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，鎂合金產(chǎn)業(yè)也得到了推動(dòng)，并帶來(lái)了一定的市場(chǎng)機(jī)遇。許多鎂合金生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)將表面處理作為重要研究課題進(jìn)行研發(fā)。

        新能源發(fā)展是大勢(shì)所趨，為鎂合金行業(yè)提供了歷史使命和機(jī)遇。我相信，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，鎂合金行業(yè)的發(fā)展將變得更加順利，并成為替代傳統(tǒng)金屬制品的重要力量。對(duì)于鎂合金行業(yè)而言，繼續(xù)加強(qiáng)研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，改進(jìn)表面處理工藝是解決當(dāng)前挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。

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