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1、镁合金表面浸锌技术现状和发展趋势1 镁及镁合金的特性镁属于元素周期表上的IIA族碱土金属元素。其结构为密排六方晶格，无同素异构转变；熔点648.8,沸点1107 ,密度1.74 g/cm3。镁是继氧、硅、铝、铁、钙之后地壳中第六位富有的元素，约占地壳重量的2.3%，镁的含量相当丰富1。镁及镁合金具有银白色光泽，略有延展性。并且镁及镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性和电磁屏蔽性好、易机械加工和再回收利用2。与铝、锌、锆和稀土等构成的合金及热处理后强度大大提高。其减震、降噪性能好,比强度高于铝合金和某些高强度钢。其中，AZ31B更是以其抗冲击、减震性能好，可铸造性强，尺寸稳定性好，以及
2、较好的机械性能和良好的电磁屏蔽性等优点脱颖而出3。2 镁合金的应用现状镁基材料被誉为世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”被广泛应用于航空航天、军事、交通及3C产品等领域中4。交通工具轻量化成为当今发展趋势，镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料。非常适用于交通运输领域，是生产重量轻、油耗低、环保的新一代交通工具的最佳材料5。目前，镁合金应用主要有以下三个方面： (1)汽车、摩托车等交通类产品用镁合金世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。在欧美国家中，各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少来作为自身车辆领先的标志，大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷纷使用镁合金6。美、欧、日等发达
3、国家投入大量人力和物力，实施多项大型联合研究发展计划，研究用镁合金制造汽车零部件。这些研究开发计划促进了镁合金在汽车上应用的发展。目前，镁合金压铸汽车零部件至少已超过90种，例如，已经使用要快速推广的零部件有轮毂、仪表盘、座椅框架、变速箱壳体、转向系统、汽缸盖、大的车体外部件、支撑柱、发动机箱体、油底盘。其中，安装安全气囊的汽车都开始改用镁合金方向盘，这既可减重，又可降低震动，在发生意外撞击时，镁合金可吸收更多的能量，有利于保证驾驶员的安全。我国是一个摩托车生产、消费和出口大国，也是一个潜在的汽车生产和消费大国。在改革开放的二十年中，我国已经在长春、上海、十堰、重庆等地形成了以汽车、摩托车为龙
4、头的生产基地。2000年已形成生产250万辆各型汽车、1000万辆各型摩托车的能力。按2001年汽车产量237万辆（其中轿车和微车100万辆），摩托车产量1000万辆，每辆汽车镁合金用量20公斤，每辆摩托车用量5公斤计算，该产业将使用镁合金9.7万吨7。 (2)电子及家电用镁合金汽车行业对镁合金的大量需求，推动了镁合金生产技术的多项突破，镁合金的使用成本也大幅度下降，从而促进了镁合金在计算机、通讯、仪器仪表、家电、医疗、轻工等行业的应用发展。其中，镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业。电子信息行业由于数字化技术的发展，市场对电子及通讯产品的高度的集成化、轻薄化、微型化和符合环保的要求是
5、越来越高。工程塑料曾作为主要材料，但其强度终究无法和金属相比。例如，镁合金具有优异的薄壁铸造性能，其压铸件的壁厚可达11.5mm8，并保持一定的强度、刚度和抗撞能力，这非常有利于产品超薄、超轻和微型化的要求。这是工程塑料，甚至铝合金所无法达到的。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑，镁合金成了厂家的最佳选择。另外，镁合金外壳可使产品更豪华、美观，也是工程塑料所无法比拟的。在电子信息和仪器仪表行业的镁合金制品的单位重量和尺寸不如汽车零部件，但它的数量大、覆盖面大，其用量也是巨大的。所以，近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素
6、。 (3)其它应用领域其它如铝合金添加剂、镁牺牲阳极和型材用镁合金等。镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。目前，作为镁牺牲阳极的镁合金有3万4万吨每年的市场需求量，且每年以20%的速度增长9。镁合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或国防领域。现代战争需要军队具有远程快速部署运动的能力，要求武器装备轻量化，在手持式武器、装甲战车、运输车、航空制导武器上将大量采用轻金属材料10。轻量化是提高武器装备作战性能的重要方向。镁所具有的轻质特性决定了镁合金是生产航天器、军用飞机、导弹、高机动性能战车、船舶的必不可少的结构材料，因此，大力开发镁合金
7、应用范围是国防现代化的需要。3 镁合金表面浸锌的研究现状镁合金表面处理技术很多，如阳极氧化、微弧氧化、化学转化、有机涂层、表面镀覆等。镀锌层在工业生产中有广泛的应用 ,能显著提高基体防护性和装饰性 。镁合金表面电镀锌 ,不仅可以保持镁合金本身的优点 ,还能大大提高其表面的耐腐蚀性能11。由于镁合金耐蚀性、耐磨性差 ,使其应用受到了很大限制。目前 ,国内外解决这两大难题的主要技术有电镀、化学镀、阳极氧化、化学转化膜、物理气相沉积、表面有机涂层、激光表面处理等方法 ,但都不同程度地存在一些问题12。镁合金浸锌工艺是解决其电镀与化学镀技术的关键,对镁合金材料表面改性研究与应用有重要的影响。目前,浸锌
8、工艺应用于镁合金的主要有 Dow工艺、Norsk - Hydro工艺以及 WCM工艺 ,其中 WCM工艺在以上 3种浸锌溶液中获得的浸锌层最为均匀,而且浸锌层的耐蚀性、与基体的结合力、装饰性等方面均最好13。为此,本工作对浸锌合金的反应机理和各种金属离子对浸锌层的影响进行了探讨。近年来，国内外冷涂锌制造和使用技术发展很快，作为涂锌材料的涂料化，它与电镀层有明显的区别。当前，国内外著名的冷涂锌品牌有比利时的zinga、加拿大的CRC.、美国LUST-OLEUM 的2100 系列、日本的ROVAL、深圳彩虹公司的7CF 强力锌14。8年来，我国冷涂锌已拥有大量的工程业绩，如杭州湾大桥、上海磁浮轨道
9、功能件、葛洲坝水闸门维修、广州大唐电厂等。4 镁合金表面冷浸锌的优点1 从浸锌层的微观形貌、耐蚀性和与基体的结合力等因素综合考虑可以得出, Zn层的综合性能明显要优于其他镀层。2.冷涂锌材料优异的防腐性能已得到钢结构行业的好评。另外，施工方便也是其优良特性之一。热浸涂锌涂层虽然也具有优异的防腐蚀性能，但其工艺复杂，钢材须经过酸洗、清洗、烘干和热浸锌等流程，所用设备庞大，耗能高，但最主要的是产生的废气、废水和废渣难于处理15。替代热浸镀锌工艺的最好办法是采用冷涂锌系列配套及涂装工艺。3.冷涂锌涂料不仅适用于大型钢结构制造厂，而且适用于中小型钢结构制造厂，既可在室内进行涂装，也可在室外涂装。一般采
10、用部件喷砂后，即可直接涂装冷涂锌，并且自身复涂间隔时间短，涂装方式多样，可刷涂(用于预涂、修补)，也适用于大面积无气喷涂16。4.环保性好也是冷涂锌的另一优点。它不含 Cd、Pb、Cr、Hg等重金属成分，也很少含有苯、甲苯、二甲苯等毒性大的有机溶剂17。5.冷涂锌和银富锌涂料均为厚膜型涂料，触变性能好，只要充分搅拌，可以少加甚至不加稀释剂，可进行高压无气喷涂，减少了对环境的污染18。用冷涂锌材料替代热镀锌涂料，省却了“三废”处理过程，其环保效应十分明显19。6 本项目的研究背景和意义镁合金的优势已经引起了国内外研究与开发的兴趣,但其耐蚀性差这一明显的劣势要求通过各种方法来改善其使用性能,表面改
11、性成为最重要的一个手段。在过去的十几年间镁合金的表面处理已取得了巨大进展,但这方面的工作,还远远做得不够20。镁合金具有很高的化学和电化学活性,一些表面处理镀膜还都有一些难度，进入实际工业应用阶段仍然存在很多困难和挑战,有待研究工作者去努力解决,从而推进镁合金表面处理还具有广泛应用的领域。目前,国内外解决这两大难题的主要技术有电镀、化学镀、阳极氧化、化学转化膜、物理气相沉积、表面有机涂层、激光表面处理等方法,但都不同程度地存在一些问题21。本文在前期二元镀实验的基础上，对镁合金表面浸镀锌进行了探索，重点研究了时间、温度和硫酸锌的变化对镀层性能的影响。通过改变研究条件下的镀层的表面形貌、耐蚀性及
12、结合力的测试，得到优化的表面活性剂种类和配比，为进一步提高镁合金表面浸锌的耐蚀性和耐磨性能，拓展其在工业生产中的应用提供理论基础和依据。参考文献1 曾荣昌 韩恩厚材料的腐蚀与防护 北京 化学工业出版社 2006.32 张勇,张泰峰,赵维义,朱武峰 镁合金表面处理技术现状和发展趋势青岛理工大学学报 2009.123 刘胜新 陈永 刘晓芳 汪喜和 关绍康 AZ31镁合金环保型镀锌工艺的研究 材料保护 2008.24 黄晓梅 李宁 蒋丽敏 .黎德育 铝及铝合金电镀的浸锌工艺 电镀与环保 哈尔滨 2005.35 李敏风 钢结构冷涂锌配套方案 电镀与涂饰 20096 吴惠民 周海晖 吴显平 黄鹏程 旷亚
13、非 电化学辅助一步法浸锌工艺的初步研究 湖南 长沙 4100827 于欣伟 赵国鹏 黄晓君 洪榕 陈姚 李美琴 黄秀芳 无氰四元合金浸锌液中金属离子对铝合金浸锌的影响 广州8 贺岩峰 徐志伟 王先锋 无氰浸锌液的研究 20059 李敏风 钢结构冷涂锌配套方案 电镀与涂饰 (2009) 01 10 黄晓梅.张密林 浸锌条件对铝合金浸锌层显微组织的影响 黑龙江 哈尔滨 200811 卢神保 曾冬铭 于金刚 张其林 镁合金表面电镀前处理新工艺湖南 长沙 200912 孙忠武 钱建刚 黄巍 李莉娜 镁合金浸锌合金溶液中金属离子对浸锌层的影响 材料保护 2009.113 陈享远. 铝合金电子元件脉冲镀金
14、J . 材料保护,1992 ,25(9): 7-8.14 韩夏云 郭忠诚 龙晋明等. 镁及镁合金表面镀锌工艺 J.材料保护 ,2002,35 11 : 3133.15 王建泳.镁合金表面化学镀镍工艺的研究D.上海:上海大学2006.16 陈玉伶.镁合金镀液腐蚀与镀镍镀锌的工艺研究D.湖南:湖南大学,2006.17 CHEN J L, YU G, HU B N, et al. A zinc transition layer in electroless nickel platingJ. Surface and Coatings Technology,2006, 201(3-4):686-690.
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