電鍍及化學(xué)鍍流程由于鎂合金的電極電位很低,電化學(xué)活性很高,難于直接進(jìn)行電鍍或化學(xué)鍍。直接進(jìn)行電鍍或化學(xué)鍍時(shí),金屬鎂會(huì)與鍍液中的陽(yáng)離子發(fā)生置換反應(yīng),沉積的鍍層疏松、多孔、結(jié)合力差,并且會(huì)影響鍍液的穩(wěn)定性,縮短鍍液的使用壽命,化學(xué)鍍時(shí)影響更為嚴(yán)重。所以對(duì)于鎂合金要想得到理想的鍍層,重要的就是適當(dāng)?shù)那疤幚磉^(guò)程。目前對(duì)于鎂及其合金電鍍及化學(xué)鍍的研究也主要集中在前處理方法上。下述以常用的兩種前處理方法(浸鋅、直接化學(xué)鍍鎳)為基礎(chǔ),列出了鎂合金電鍍及化學(xué)鍍的一般流程。
因此,有人采用電鍍鋅之后焦磷酸鹽電鍍銅來(lái)代替氰化鍍,聲稱獲得的鋅層厚度達(dá)0.6μm,適用于大多數(shù)鎂合金,隨后進(jìn)行電鍍或化學(xué)鍍,可獲得結(jié)合力良好的鍍層,電鍍鋅及浸鋅可同時(shí)進(jìn)行也可分開進(jìn)行,步驟如下:除油堿洗酸洗活化浸鋅電鍍鋅預(yù)鍍銅另一種前處理方法在鍍銅時(shí)采用含有硅酸鹽的鍍液,對(duì)于形狀復(fù)雜的鎂合金也可獲得均勻的鍍層,耐蝕性、可焊性、導(dǎo)電性、結(jié)合力等性能均良好,前處理后可以電鍍或化學(xué)鍍各種金屬。電鍍鋅后增加電鍍錫步驟可以提高鍍層的耐磨性能。直接化學(xué)鍍鎳對(duì)于AZ91鑄造鎂合金進(jìn)行浸鋅處理時(shí)相當(dāng)困難,為了解決這個(gè)難題,Skata等人發(fā)明了一種新的前處理方法,直接在鎂合金表面化學(xué)鍍鎳,得到的鍍層均勻、結(jié)合力良好,處理流程如下:清洗除油堿蝕酸活化堿活化堿性化學(xué)預(yù)鍍鎳酸性化學(xué)鍍鎳該方法的缺點(diǎn)是采用酸性化學(xué)鍍鎳溶液,一旦底層存在孔隙,會(huì)導(dǎo)致基體鎂的點(diǎn)腐蝕。英國(guó)PMD公司開發(fā)出了一種更為簡(jiǎn)單有效的處理方法,獲得的化學(xué)鍍鎳層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%~5%,過(guò)程如下:前處理堿洗酸蝕氟化物活化化學(xué)鍍鎳酸蝕、堿蝕、活化及化學(xué)鍍對(duì)結(jié)合力均會(huì)產(chǎn)生很大影響。浸蝕、活化不充分將導(dǎo)致鍍層結(jié)合力不好。氟化物活化可以用HF或NH4HF2,用HF活化會(huì)產(chǎn)生很寬的電化學(xué)窗,而NH4HF2活化后電化學(xué)窗很窄(pH值5.8~6.0,溫度75~77℃).酸腐蝕采用鉻酸時(shí)會(huì)嚴(yán)重腐蝕鎂基體并產(chǎn)生還原的鉻層,但隨后的氟化物活化可以去除鉻層,并可以通過(guò)控制鎂合金表面的鈍化來(lái)控制鎳沉積速度。對(duì)于MA28鎂合金,有人研究了氟化物鈍化對(duì)化學(xué)鍍鎳的影響,鍍液中含有氟化物,作用是在化學(xué)鍍過(guò)程中抑制鎂合金基體的腐蝕,得到的鍍層結(jié)合力好,但鍍液使用壽命很短,工業(yè)化生產(chǎn)無(wú)法接受,加入絡(luò)合劑氨基乙酸可以起到穩(wěn)定鍍液的作用。
通常按三種方式對(duì)鎂合金分類:合金化學(xué)成分,半成品加工成形工藝,是否含鋯或鋁。
按化學(xué)成分就是按其主要合金化元素分類:Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn、Mg-Si、Mg-RE、Mg-Zr、Mg-Th、Mg-Ag與Mg-Li等二元系合金,以及Mg-Al-Zn、Mg-Al-Mn、Mg-Mn-Ce、Mg-RE-Zr、Mg-Zn-Zr等三元系合金,Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Al-Mn-Zn、Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Zn-Zr-Ag、Mg-Al-Mn-Zn等四元合金及更復(fù)雜的多元合金,如Mg-Ag-Th-RE-Zr等五元合金,等等。
常規(guī)鎂合金的品種雖遠(yuǎn)不如鋁合金的多,也不如銅合金那么豐富多彩,但新的合金系不斷涌現(xiàn),性能的鎂合金顯露頭角,一些含新合金元素的鎂合金成為研究熱點(diǎn)。
向現(xiàn)有的鎂合金添量合金化元素如表面活性元素鈣、鍶、鋇、銻、錫、鉛、鉍等,對(duì)合金成分進(jìn)行重新設(shè)計(jì),以獲得有良好綜合性能的或有某種特殊性能的新型鎂合金;含(釷(Th)的新型航天鎂合金已獲得實(shí)際應(yīng)用,如Mg-Th-Zr、Mg-Th-Zn-Zr和Mg-Ag-Th-RE-Zr合金以用于制造火箭和飛船的一些零件,取得了好的效果。不過(guò)Th是一種放射性元素,對(duì)人體健康與環(huán)境都有危害,被限制使用,有些國(guó)家如英國(guó)將含Th量大于2%的合金列為放射性材料有關(guān)管理?xiàng)l例與規(guī)定,這不但很麻煩,而且加大了零件的制造難度與生產(chǎn)成本。稀土元素可賦于鎂合金一系列的性能,有望成為可以替代釷的理想的鎂的合金化元素??磥?lái),Mg-RE合金有著燦爛的應(yīng)用前程。
按成形工藝可將鎂合金分為:鑄造的和變形的兩大類,前者占鎂消費(fèi)量的85%以上,因?yàn)殒V合金的加工成形性能差,生產(chǎn)工藝復(fù)雜,加工成本高,在很大程度上限制了它的廣泛應(yīng)用。這兩類合金在成分與冶金組織性能方面有很大差異,鑄造鎂合金主要用于壓鑄交通運(yùn)輸裝備、機(jī)器、電氣電子產(chǎn)品等零配件,壓鑄鎂合金工件具有鑄造、表面品質(zhì)優(yōu)良、鑄造組織、晶粒細(xì)小均勻、可產(chǎn)壁厚薄和形狀復(fù)雜的工件。鋁有相當(dāng)高的強(qiáng)化效果,含鋁的鎂合金有良好的鑄造性能,但鋁的含量不得低于3%;鋅也是鎂合金的強(qiáng)化性合金元素,但合金中的含量2%則有較強(qiáng)的熱裂傾向;Mn可與Al、Fe形成AlFeMn化合物,它的密度比鎂合金熔體的大,會(huì)沉于爐底部,混入渣中,有害雜質(zhì)Fe得以清除,Mn還能細(xì)化組織;稀土元素對(duì)鎂合金的鑄造性能入一些其他性能都有益。
Ni、Fe、Cu降低鎂合金的抗蝕性,是極為有害的雜質(zhì),應(yīng)嚴(yán)格控制其含量。為推廣鎂合在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,宜加強(qiáng)對(duì)變形鎂合金的研究,但由于鎂為密集六方晶格,塑性變形能力比鋁及鋁合金的低得多,幾乎不可能獲得既有高的室溫強(qiáng)度又有加工成形性能良好的鎂合金,因此,早期的變形鎂合金設(shè)計(jì)時(shí)要求其組織中不含或盡量少含金屬間化合物,以使鎂合金保持良好的塑性與高的力學(xué)性能,合金強(qiáng)度性能的提高主要靠合金元素的固溶強(qiáng)化和塑性變形引起的加工硬化。過(guò)去使用的含1.5%Mn的鎂合金就是這樣的合金。
目前,變形鎂合金使用的主要合金化元素有鋁、錳、稀土、釔、鋯、鋅,它們一方面可以提高鎂合金的強(qiáng)度性能,另方面可改善鎂合金的熱變形能力,從而可以進(jìn)行鍛壓和擠壓,AZ31B、C、E合金廣泛用于擠壓生產(chǎn),具有高的強(qiáng)度性能與良好的塑性,它們屬M(fèi)g-Al-Mn-Zn系合金,合金元素含量相等,但雜質(zhì)含量則有別。AZ31系列合金在軋制板、帶材時(shí)的裂邊傾向隨鋁含量的增大而上升,因此,AZ61合金幾乎不同于軋制板、帶材。
鋁、鋯是鎂合金主要的合金化元素,因此可根據(jù)其是否含鋁、鋯將其劃分為含鋁的或含鋯的鎂合金,以及不含鋁或不含鋯的鎂合金。鋯是鎂合金的很有價(jià)值的合金化元素,具有的細(xì)化晶粒作用,然而不盡如人意的是,它可與Mn、Al形成穩(wěn)定的密度較大的金屬間化合物,沉于坩堝或爐底部,削弱或甚至消除了應(yīng)起的作用,為此除MBI5合金含鋯外,其他的變形鎂合金都不含鋯,鑄造鎂合金ZM5、ZM10也不含鋯。