一种镁合金扩渗工艺的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种镁合金扩渗工艺。
【背景技术】
[0002]镁合金具有良好的铸造性和尺寸稳定性，易加工，废品率低。与铝合金相比，镁合金具有较低的密度、动力学粘度、熔点、比热容和相变潜热(见表1.2)。在相同的流体状态下(雷诺指数相等)，镁合金的充型速度远大于铝合金；其熔化耗能少，凝固速度快，实际压铸周期比铝合金短50%。此外，镁合金与铁的亲和力小，固溶铁的能力低，故不易粘模，模具寿命比铝合金高2?3倍。研究结果还表明，镁合金的加工(磨、钻)能量仅为铝合金的70 %。事实证明，镁合金是一种非常适合于压铸的金属材料，既可冷室又可热室压铸，镁合金压铸件壁厚目前已能够达到小于1.0mm的技术水平。
[0003]镁具有很高的吸震性能，可用于反复运动和断续运动的零部件，能吸收其振动能，延长机械寿命。镁和镁合金是振动衰减能最高的合金，也是重量最轻的金属材料，利用这种优异的振动衰减能特性可广泛应用于链锯、射钉机之类轻便携带式机器上，以及产生振动的机器的外壳、汽车发动机机罩等。
[0004]镁合金导热性好、热稳性高，在颇宽的频率范围内具有优良的电磁屏蔽特性，可广泛用作笔记本电脑和手机等电子通讯器件的壳体，取代过去常用的内壁镀镍和镀铜的塑料壳体，有利于电子器件的薄壁化、小型轻量化。
[0005]镁合金是重要的航空材料，由前苏联火箭送到月球的第一辆月球车是用镁合金制造。在过去20年，由于新材料的发展，镁合金用量有所下降，主要原因是镁的抗蚀性差，特别是在海洋气候条件下；另外，铸造镁合金熔铸上的困难也是影响因素之一。然而，由于镁合金的质轻、比强度高以及近年技术上的改进，使其在航空工业中仍然具有重要作用，被用作不少航空产品的结构材料，例如直升机主减机匣、驾驶舱框架、发动机框架、压气机机匣、进气道及机轮。镁铸件在直升机发动机结构重量比中占2% (铝占6%)。
[0006]镁合金在汽车上的应用始于本世纪30年代，当时主要用于赛车上。但是在这以后的40年里，镁合金在汽车上的应用并未得到真正的推广，其主要原因是:镁的价格高，大量使用会显著提高汽车成本。此外，镁的化学性质活泼，不耐腐蚀，其冶炼和熔炼技术比较复杂；当使用温度升高时镁的强度显著下降，这也限制了它的应用范围。70年代出现的全球性的能源危机，给镁合金工业的复兴注入了活力，加速了材料科学工作者对高性能镁合金的开发研究。1971年，德国大众汽车公司的甲壳虫(Beetle)车型单车用镁合金达20kg，总共消耗了 42，000t镁，几乎占整个西方世界镁产量的1/4。
[0007]进入九十年代以后，镁合金压铸的汽车零部件在欧、美、日等发达国家汽车工业中的应用出现持续快速增长势头。根据2001年镁合金压铸件在汽车上的应用调查显示:与1996年相比，整个镁合金压铸件市场增长了 26%，其中应用中的85.90%被用于汽车工业。因此，汽车用镁合金压铸件的平均年增长率大约20%。宝马公司在1998年生产的汽车和摩托车中所使用的镁合金总量为687公吨，在2001年增长为1041公吨。上海大众汽车公司生产的桑塔纳汽车单车用镁量为8.3kg。目前Audi A6轿车的单车镁合金压铸件总重已达14.2Kg，其未来的目标是将单车镁合金压铸件总重增加到50?80Kg[18J。在目前的北美市场，平均重量为1500Kg的单车中使用8% (115Kg)的铝金属，但只有3.8Kg的镁金属。在2002年，北美车辆上所使用的镁零件总量为53，000公吨。其中，GM占55%，Ford占30%，Chrysler占15%。据专家估计，如果镁的市场价格一直处于较低的水平和相关开发工作继续的话，2020年以前在每辆北美车辆上使用90Kg的镁铸件是可能的。
[0008]尽管镁及其合金具有极其优越的物理和机械性能，尤其是其高比强度使其成为汽车和航空的理想材料。不幸的是，镁有一系列的不利性能包括很差的腐蚀性能、耐磨性能和蠕变性能和高的化学活性，这都阻碍了镁在很多领域的应用。镁的应用尤其是室外的应用中的最大挑战在于它的耐腐蚀性能差。镁及其合金对电化(galvanic)腐蚀尤为敏感，而这将在金属表面造成严重的点蚀，从而导致机械稳定性的降低和表面质量的变差。通过高纯金属的采用可以降低腐蚀性能，因为高纯金属将铁、镍和铜等杂质的含量维持在极限值以下。服役中的镁舍金的腐蚀速度可以明显降低通过消除坏的成分设计、熔剂含量、表面污染、配对电极、表面保护计划的充分或正确与否。
[0009]防止腐蚀的最有效的途径之一就是包覆基体材料。通过在环境和金属之间设置障碍，涂层可以保护基体。为了让涂层提供足够的腐蚀保护，涂层必须是均匀，结合强度高、自愈合，因为应用过程中对涂层的物理伤害可能发生。镁合金的另一个问题是化学活性，只要和空气或水接触，一氧化或氢氧化层会在表面形成，而这将对涂层的结合强度和均匀性产生不利影响。因此，为在镁和镁合金形成一好的保护涂层，预清洁过程是至关重要的！
[0010]诸多可能的涂层技术被应用于镁及其合金，以期提高服役时的腐蚀性能。然而，各种技术都具有自身的优势与不足，现简述如下:
[0011]转化膜技术是通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观的一类技术，其形成方法是:将金属工件浸渍预处理溶液中，通过化学或电化学反应，使被处理金属表面发生溶解并与处理溶液发生反应，在金属表面上形成一层难溶的化合物膜层。转化膜有很多种，按化学方法分，有磷化膜、铬酸盐钝化膜、草酸盐膜、化学氧化I吴等。
[0012]对于镁合金来说，目前主要采用铬酐酸或重铬酸盐为主要成分的水溶液化学处理(成为铬化处理)。镁合金浸入铬酐酸或重铬酸盐溶液中可以清洗其表面，并在镁合金的表面形成含6价或3价铬酸盐和基体金属的混合层，这种铬酸盐的混合层隔绝了金属表面与环境之间的接触，同时6价铬有自修复功能和缓蚀性，最终提高了镁合金的耐蚀性。因此，镁合金盼铬酸盐转化膜的防蚀能力优于自然氧化膜，可为其提供较好的涂装基底，但是膜层很薄，且含有大量的显微网状裂纹。另外，为了保持膜的防护性能，膜不能经受高温。高温会使铬酸盐转化膜失去结晶水而破裂，自修复性丧失，防腐蚀性能大大降低。然而，铬酸盐转化膜技术的最大不足是处理液是有毒的，对环境和人类的威胁较大。处理液所含的高污染性的铬离子，在处理过程中能挥发出含铬离子的有毒气体，威胁作业人员的健康；另一方面，废处理液中的铬离子不容易沉降，需进行处理后才能排放，从而导致成本的大大提高。
[0013]迫于环境的压力，无铬转化处理易成为化学转化处理方法的未来发展方向。现在已取得了一定的进展，如磷酸盐转化处理、锡酸盐转化处理、磷酸盐一高锰酸盐转化处理及其他转化处理。虽然这些新型转化处理工艺与铬酸慧转化处理相比对环境的影响已经大大降低，但是仍无法达到绿色工艺的要求或者在达到环保要求时，转化膜的质量劣于铬转化膜。因