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az91镁合金浸锌和浸锌膜层表面彩化新工艺 0 镁合金的其它方法 由于密度小、强度高、刚性、耐磁性、切割加工和铸造性能好，且耕作密度小。镁合金应用量在世界范围内的年增长率高达20%,显示了极好的前景,但是耐蚀性差影响了其广泛应用。 目前,人们研究了化学氧化、阳极氧化、微弧氧化、电镀及化学镀等方法,对镁合金进行防腐蚀处理。 镁合金浸锌的研究和开发,主要是为了降低镁的化学活性,对镁合金防腐蚀或为镁合金电镀及有机膜层的处理打底,提高耐蚀性及其他膜层与镁合金基体的结合强度。镁合金浸锌的研究报导很少,并且以前锌膜层彩化主要是用铬酸盐钝化的方法。而用阳极氧化法既可以减少污染又可以提高效率。本文分别用化学法和阳极氧化法研究了镁合金浸锌的新工艺和浸锌膜层的彩化新工艺,并从热力学方面对浸锌机理和可行性进行了探讨。 1 材料的金相组织 实验采用工艺流程:碱洗→酸洗→活化→浸锌→彩化。溶液配方和工艺见表。 实验采用的材料为铸态AZ91镁合金,其成分是A1 9%、Zn1%、Mg余量。材料的金相组织见图1。结合能谱分析可以知道,合金元素分布极不均匀,Al、Zn大多以偏聚形式存在于晶界,并且在晶界上网状分布第二相Mg1Al12(β相)。 2 结果与讨论 2.1 进行碱洗和活化 镁合金由于化学性质活泼而很容易被氧化,所以在工艺过程中需要进行酸洗和活化,以除去氧化膜层。而在这些过程之前很容易粘上油渍,所以要对镁合金进行碱洗。在碱洗处理过程中无法除去的油渍和汗渍,可以用丙酮除去。并且这些前处理工艺都会影响镁合金浸锌膜层的均匀性和结合强度。 2.1.1 镁合金表面出现明显的多肉感染 碱洗如果彻底,则在随后的酸洗时,可以看到镁合金表面光亮。否则镁合金表面出现明显的油渍和汗渍痕迹。这样在酸洗和活化过程中无法除去,而在浸锌时,该部位无法沉积锌膜层。即使沉积锌膜层,膜层也很疏松,与基体结合强度不高。 2.1.2 试样表面的清洗 酸洗是对镁合金表面氧化物和其它碱洗难以除去的物质进行清洗,如较厚的氢氧化物膜。但酸洗应该严格控制时间,而且要使试样表面均匀的清洗。否则,由于表面留有杂质,浸锌膜层出现疏松而且不均匀,并且会出现过蚀。 2.1.3 蚀程度降低 本实验采用碱性活化取代了酸性活化,使得镁合金表面在活化过程中腐蚀程度大大降低,这也是本实验的创新之处。活化主要是将金属表面的新鲜表面暴露出来。而在pH值大于12碱性溶液中活化,镁不被腐蚀(见图2)。在活化过程中,通过搅拌活化液,使得试样的表面活化均匀。 2.1.4 添加剂及剂量对膜层排水剂的调湿结果影响 (1) ZnSO4·7H2O主要是提供沉积的Zn2+。浓度过高,锌膜层疏松粗糙,而且结合强度不高。这主要是因为沉积速度过快所致。而浓度过低,膜层沉积率很低。但膜层致密,结合强度较高。 (2) Na2CO3主要是调节溶液的pH值。 (3)添加剂主要添加络合剂和表面活性剂及光亮剂。络合溶液中的锌离子,增大阴极极化,使膜层结晶细致。络合剂浓度过高,则沉积速率降低;过低则沉积速率过快,使得膜层疏松粗糙。表面活性剂和光亮剂使锌离子在充分的润湿和分散的情况下沉积,从而使膜层细致光亮。添加过多,膜层的结合强度下降,脆性增大。 (4)温度温度升高,沉积速率提高,效率提高。若温度过高,则膜层粗糙,分散能力降低。温度过低,则沉积速率降低。尤其在10℃以下,温度的作用很明显。 2.1.5 极氧化法的实验 镁合金浸锌膜层彩化是借助于阳极氧化的功能,使得浸锌膜层获得彩虹色的外观。由于镁合金及锌合金在阳极氧化时不受腐蚀,因而用阳极氧化法有较大的可行性,也是本实验的创新之处。实验以浸锌膜层的镁合金为阳极,不锈钢为阴极,进行阳极氧化。这种工艺配方简单,易于掌握,成本低。 (1) KOH主要是与溶解的锌离子结合形成氢氧化物并吸附于膜层的表面。 (2)乙二酸主要和锌离子结合形成化合物沉积在膜层表面。 (3)电压电压过高,则膜层变黑;而电压过低,则膜层出现腐蚀。 (4)时间时间过长或过短都不会出现彩虹色。 2.2 结果 通过以上分析,如果根据表进行实验,可以得到膜层均匀、致密及与镁合金基体结合良好的锌膜层。经过阳极氧化,锌膜层表面出现彩色的花纹。 3 结论 (1)镁合金浸锌受前处理工艺和浸锌溶液成分及工艺条件的影响。 (2)镁合金浸锌膜层可以通过阳极氧化而彩化。