（冶金物理化学专业论文）镁合金化学镀的研究.pdf

堕坠兰堡主兰堡垒圭 塑墨 镁合金化学镀的研究 摘要 镁合金具有许多优良性能，已受到各领域广泛关注。然而，镁合金化学活性较 高，耐蚀耐磨性差，限制了其更广泛应用。化学镀可以提高镁合金耐蚀耐磨等性能。 但多年来镁合金化学镀主盐多以碱式碳酸镍或醋酸镍为主，成本高，稳定性差。因 此，以低成本硫酸镍为主盐的镁合金化学镀及动力学研究具有重要的理论意义和实 际意义。 本文结合x r d 、s e m 、e d s 及电化学测试等检测方法，对镁合金的预处理过 程、以硫酸镍为主盐化学镀液、新的化学镀工艺、化学镀层孔隙特征、孔隙率检测 方法及化学镀的动力学等方面进行较为系统地研究。 系统研究含氟或无氟溶液中镁合金质量随时间的变化，结合s e m 、e d s 及电化 学测试等检测，明确了镁合金在溶液中的行为规律即镁合金与氢氟酸溶液反应可达 到平衡，平衡时表面m g f 成分比约为( 质量比) 1 1 3 ：1 ，氢氟酸的浓度只能加快反应 达到平衡的时间；在体积比小于5 ：6 氢氟酸和硫酸混合酸中，活化后的镁合会表面 形成一层“钝化膜”，其质量随时间的变化无明显改变，当其体积比超过5 ：7 时， 镁合金表面“钝化膜”被破坏，其质量迅速下降：含氟酸性硫酸镍溶液中，活化后 的镁合金处在“钝化”状态，与溶液不发生反应：含氟离子和碳酸根离子的酸性硫 酸镍溶液中，活化后的镁合金与溶液中镍离子发生置换反应，且随溶液p h 值增加 镁合金质量增加加快；无氟酸性硫酸镍溶液中，活化后镁合金发生腐蚀，但缓冲剂 可以缓解镁合金的腐蚀状况，碳酸钠的缓冲能力强于醋酸钠或硼酸钠：活化后的镁 合金表面氟化物在无氟溶液中不具有耐蚀性。 以醋酸镍为化学镀主盐，考察了化学镀初期镀层的生长情况。结合x r d 、s e m 和e d s 等测试，明确了镁合金化学镀的初期行为。研究发现，n i p 层主要先生长于 m g f 2 膜和m g o 膜交界处，n i - p 层生长优先覆盖m g f 2 膜；直接化学镀4 m i n 后，可 以进行以无氟酸性硫酸镍为主盐第二步化学镀：“两步”化学镀层为高磷非晶态， 表面光亮，且耐蚀性良好，镀层与基体的结合力优于直接化学层与基体的结合力： 化学镀初期镁合金基体腐蚀与镀层生长同时竞争存在；只有化学镀速大于镀液腐蚀 基体速度，镁合金化学镀得以顺利实现。 以镍基材料为试样，通过对以硫酸镍为主盐的镁合金化学镀液的研究发现，加 东北大学博士学位论文摘要 速剂a 对提高酸性化学镀速明显优于其它加速剂，以此为加速剂，实现了以硫酸镍 为主盐的镁合金酸性化学镀镍。研究结果表明，络合剂丁二酸和稳定剂硫脲适合于 镁合金酸性化学镀。x r d 、s e m 、e d s 和电化学测试检测结果显示，酸性镀层均匀 致密，颗粒粗大，颗粒之间结合紧密，且孔隙率小，属于中磷化学镀层，化学镀层 非晶特征明显，其自腐蚀电位提高到0 3 v 左右，阳极钝化区间达4 0 0 m v 左右。 开发出“无氟绿色环保”的镁合金碱性化学镀液。研究发现缓冲剂n a 2 c 0 3 在 碱性化学镀液中有着重要的作用，其不仅可以提高化学镀速，且可调节镀层与基体 之间的结台力及缓冲化学镀过程p h 值变化；优化出碱性化学镀的工艺条件为镀液 p h 值8 5 1 1 5 ，络合剂柠檬酸钠的浓度3 0 9 l ，镀液温度( 7 7 8 3 ) 。c 。碱性镀层均 匀致密，孔隙率少，属于晶态特征明显豹低磷镀层，化学镀层与镁合金基体结合力 良好，镀层的硬度为8 6 7 2 1 。 以微弧氧化为镁合金化学镀前处理工艺能提高镁合金氧化膜的耐蚀性，并经 s n c l 2 敏化、p d c l 2 活化后，可以在镁合金微弧氧化膜上顺利地实现以硫酸镍为主盐 的“无氟酸性”化学镀。x r d 、s e m 、e d s 和电化学测试等检测表明微弧氧化膜上 化学镀层细小致密，孔隙率小，自腐蚀电位提高为一0 2 v 左右，钝化区间达近8 0 0 m v ， 化学镀层与镁合金基体结合力得到明显的加强。 以铝合金、钢铁等化学镀层孔隙率的测定方法为参考，通过试纸法，确定了镁 合金化学镀层孔隙率的测试方法。研究结果表明指示剂铬黑t 比较适合镁合金化学 镀层孔隙率的测定。以此方法系统地研究了化学镀液参数对孔隙率的影响。由研究 结果得知丁二酸的浓度变化对孑l 隙率影响缓慢，缓冲能力强的碳酸钠麓更有效地降 低化学镀层的孔隙率。结合s e m 和电化学测试结果，验证了本文所提出孔隙率测 定方法的可行性，该方法可以简单、有效、快速地得出镀层的孔隙率。 提出了镁合金化学镀的物理模型；阐述了化学镀的镍沉积与腐蚀并存竞争机制 及其得以实现的关键步骤；依据线性回归法，建立了镁合金酸性化学镀动力学方程： 1 殳d 7 1 l o g v = 8 6 9 + o 9 4 i o g h 2 p o ；】+ o 4 8 1 0 9 l 】+ o 1 5 l o g m 】+ o 0 7 l o g n 】+ o 2 3 p h 一二半 1 动力学方程计算的结果与实验情况基本相吻合。以镁合金酸性化学镀动力学方程为 依据，结合实验情况，确定了以硫酸镍为主盐的镁合金酸性化学镀得以实现的基本 条件为化学镀速须大于约2 5pm h 。 关键词：镁合金；化学镀；表面形貌；相结构：硬度；耐蚀性；微弧氧化；生长过 程；孔隙率；动力学 i i i 塑坠型塑塑堕一 坐r 竺 s t u d yo ne l e c t r o l e s sp l a t i n go i lm a g n e s i u m a l l o y s a b s t r a c t m a g n e s i u ma l l o y se x h i b i tt h ea t t r a c t i v ep r o p e r t i e si nm a n yf i e l d s h o w e v e r , m a g n e s i u mi s i n t r i n s i c a l l yh i g h l yr e a c t i v ea n di t sa l l o y su s u a l l yh a v er e l a t i v e l yp o o rc o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n d w e a r a b i l i t y w h i c ha r ea c t u a l l yo n eo ft h em a i no b s t a c l e st ot h ea p p l i c a t i o no fm a g n e s i u ma l l o y si n p r a c t i c a le n v i r o n m e n t s c o a t i n gb ye l e c t r o l e s sp l a t i n gn i c k e lm a yi m p r o v ec o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n d w e a r a b i l i t y a s 如a sm a g n e s i u ma l l o y sa l ec o n c e r n e d t h em a i ns a l t so fe l e c t r o l e s sp l a t i n gs o l u t i o n s m o s t l yf o c u s a t t e n t i o n so i lb a s i cn i c k e lc a r b o n a t eo rn i c k e l a c e t a t e ，w h i c hr e s u l t i nh i g h - c o s k l o w e f f i c i e n c y , i n s t a b i l i t yo fe l e c t r o l e s sp l a t i n gs o l u t i o n sa n dl i t t l ea p p l i c a t i o n s s ot h e s eh a v e i m p o r t a n tt h e o r e t i ca n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a t i o nt h a te l e c t r o l e s sp l a t i n go nm a g n e s i u ma l l o y sa n di t s d y n a m i c sa r es t u d i e d u s i n gl o w - c o s tn i s 0 4 6 h 2 0a st h em a i ns a l t i nt h i sp a p e r , t h ee l e c t r o l e s sn i c k e l p l a t i n go nm a g n e s i u ma l l o y sw a ss t u d i e di nd e t a l t sb ym e a n s o fs c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) ，e n e r g yd i s p e r s i v ex - r a ys p e c t r o s c o p y ( e d s ) ，x - r a y d i f f r a c t i o n ( ) ( r d ) a n de l e c t r o c h e m i s t r ym e t h o d s ，w h i c hi n c l u d e dp r e - t r e a t m e n tp r o c e s s , p l a t i n gb a t h u s i n gn i s 0 4 6 h 2 0a st h em a i ns a l t ，t h en e we l e c t r o l e s sp l a t i n gp r o c e s s ，t h ec o a t i n gp o r o s i t ya n di t s e v a l u a t e dm e t h o d s ，t h ee l e c t r o l e s sp l a t i n gd y n a m i c s ，a n ds oo n a c c o r d i n gt ut h ew e i g h tv a r i e t yo fm a g n e s i u ma l l o y si nf l u o r i d eo rn o n - f l u o r i d es o l u t i o n s 丑sa f u n c t i o no ft i m e ，t h es u r f a c ep r o p e r t i e so ft h et r e a t e dm a g n e s i u ma l l o y sw e r eo b t a i n e db ym e a n so f s e m ，e d s ，a n de l e e t r o e h e m i s t r ym e t h o d s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e a c t i o ne q u a t i o nb e t w e e n m a g n e s i u ma l l o y sa n dh y d r o f l u o r i ca c i dw a sf o u n d a tt h a tt i m e ，t h eq u a l i t yr a t i oo fm e fo n m a g n e s i u ma l l o y ss u r f a c ew a sf i x e d i1 3 ：1 t h eh fc o n c e n t r a t i o no n l ym a d et h er e a c t i o ne q u a t i o nb e c o m p l e t e dq u i c k l y t h ep a s s i v a t i o no c c t l l l d o nt h e a c t i v a t e dm a g n e s i u ma l l o y ss u r f a c ei nt h e h y d r o f l u o r i ca c i da n dv i t r i o lm i x t u r e ，o fw h i c hw a sb e l o wt h e5 ：6v o l u m er a t i o ，a n dt h ew e i g h to f m a g n e s i u ma l l o y sw a sc o n s t a n t l ym a i n t a i n e da saf u n c t i o no f t h et i m e a b o v et h e5 ：7v o l u m er a t i oo f t h em i x e da c i d ，t h ew e i g h to fm a g n e s i u ma l l o y sw a sq u i c k l yd e c r e a s e d t h ea c t i v a t e dm a g n e s i u m a l l o y si nt h ea c i d i cs u l p h a t en i c k e ls o l u t i o na d d e df l u o r i d ew a st h ep u s s i v a t i o ns t a t e ，w h i c hw a sh a r d l y r e a c t e dw i t he l e m e n ti o n so fs o l u t i o n b u tt h ea c t i v a t e dm a g n e s i u ma l l o y sr e a c t e dw i t hn i c k e li o n si n t h ea c i d i cs u l p h a t en i c k e ls o l u t i o na d d e df l u o r i d ea n dc a r b o n a t e ，w h o s ew e i g h ti n c r e a s e dw i t hi n c r e a s e o fp hv a l u e t h ea c t i v a t e dm a g n e s i u ma l l o y sw a se r o d e di na c i d i cs u l p h a t en i c k e l t h ec o r r o s i o nr a t e o fm a g n e s i u ma l l o y sc o u l db es l o w e dd o w ni nl h ea l k a l i l 】es u l p h a t en i c k e ls o l u t i o na d d e dt h eb u f f e r a g e n t t h en a z c 0 3b u f f e rh a db e t t e rb u f f e rc a p a b i l i t yt h a nn a 2 8 4 0 7a n dc h 3 c o o n a b u f f e r s f l u o r i d e d e p o s i t e do nt h ea c t i v a t e dm a g n e s i u ma l l o y si nn o n - f l u o r i d es o l u t i o n sh a dn oc o r r o s i o nr e s i s t a n c e t h ei n i t i a ld e p o s i t i o no fe l e e t r o l e s sp l a t i n go nm a g n e s i u ma l l o y sw a ss t u d i e db ym e a n so fs e m ， 1 i i 东北大学博士学位论文a b s t r a c t e d s ，a n dx r d ，u s i n ga c e t a t en i c k e ls o l u t i o na st h em a i ns a l t t h en i c k e lo ft h ei n i t i a le l e c t r o l e s s p l a t i n gw a sm o s t l yg r o w i n go l lt h eb o u n d a r yb e t w e e nt h em g f 2c o a t i n ga n dm g oc o a t i n go ft h e a c t i v a t i o ns u b s t r a t e a f t e rt h a t ，t h en i - pc o a t i n gg r o w t hr a t et oc o v e rw i t ht h em g f 2c o a t i n gw a sp r i o r i ot h a tt ot h em g oc o a t i n 馨t h ep l a t i n go f m a g n e s i u ma l l o y su s i n gn i s 0 4 6 h 2 0s o l u t i o na st h em a i n s a l t ，t h e2 n ds t e pc o u l db ec a r r i e do u ts u c c e s s i v e l y4 m i n u t e sa f t e rd i r e c te l e c t r o l e s sn i c k e lp l a t i n g t h e s h e e n y t w os t e p s e l e c t r o l e s s p l a t i n g c o a t i n g w a so f h i g h - p h o s p h o r u sa m o r p h i s m w i t h h i g h e r c o r r o s i o n r e s i s t a n c ea n db o n d i n gs t r e n g t ht h a ni n i t i a le l e c t r o l e s sp l a t i n gc o a t i n g t h ec o a t i n gg r o w t hw a s a c c o m p a n i e dw i t hm a g n e s i u ma l l o y se r o d e di np l a t i n gb a t h a tt h ei n i t i a ls t a g e so fe l e c t r o l e s sp l a t i n g t h ee l e c t r o l e s sp l a t i n gw a ss u c c e s s f u l l yc o m p l e t e dw h e nt h ec o a t i n gg r o w t hr a t ew a sq u i c kt ot h e c o r r o s i o nr a t eo f m a g n e s i u ma l l o y ss u b s t r a t e t h ea c c e l e r a t o rai m p r o v e dt h ep l a t i n gr a t em o r ee f f e c t i v e l yt h a no t h e ra c c e l e r a t o r sd i d , u s i n g n i c k e lm a t e r i a la s e x p e r i m e n ts a m p l e t h e e l e c t r o l e s sn i c k e l p l a t i n go nm a g n e s i u ma l l o y sw a s s u c c e s s f u l l yc o m p l e t e d , u s i n gn i s 0 4 6 h 2 0a st h em a i n s a l ti nt h ee l e c t a l o l e s sp l a t i n ga c i d i cs o l u t i o n s a d d e dt h ea c c e l e r a t o ra b u t a n ed i a c i dl i g a n da n dt h i o u r e as t a b i l i z e rw e r ef i tf o rt h ee l e c t r o l e s sp l a t i n g a c i d i cs o l u t i o n so fm a g n e s i u ma l l o y s t h ep r o p e r t i e so ft h ec o a t i n gw e r es t u d i e db ym e a l l l $ o fs e m ， e d s ，x r d ，a n de l e c t r o c h e m i s t r ym e t h o d s t h ea c i d i cp l a t i n gc o a t i n gp r e s e n t e df i n ep r o p e r t i e s ，s u c h a sm i d d l e - p h o s p h o r u sc o n t e n lh i g hd e n s i t y ，l o w - p o r o s i t y ，c r y s t a lp a r t i c l e sc o m p a c m e s s ，g o o d c o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n ds t r e n g t h e n e da d h e s i o n ，w h i c hw e r ea m o r p h o u sp o s s i b l yw i t hm i c r o c r y s t a l l i n e a r e a sc o r r o s i o np o t e n t i a lo f t h ec o a t i n gw a si m p r o v e df r o m - 15 vt o 一0 3 vo rs o t h ep a s s i v a t i o nr a n g e i nt h ea n o d i cb r a n c hr e a c h e d4 0 0 m vo rs o t h ec o m p o s i t i o n so ft h en o n f l u o r i d ea n de n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ya l k a l i n ep l a t i n gb a t hw e r e o p t i m i z e dt h r o u g hl a t i no r t h o g o n a le x p e r i m e n t t h eb u f f e ra g e n t ( n a 2 c 0 3 ) a d d e d t ot h ep l a t i n gb a t h w a sf o u n dt ob eu s e f u li ni n c r e a s i n gt h eg r o w t hr a t eo ft h ep l a t i n gc o a t i n g , 甜j u s t i n gt h ea d h e s i o n b e t w e e nt h ee l e c t r o l e s sp l a t i n gc o a t i n g se n dt h es u b s t r a t e s ，a n dm a i n t a i n i n gt h ep hv a l u ew i t h i nt h e r a n g eo f8 5 11 5 w h i c hw a sr e q u i r e df o rt h es u c c e s s f u le l e c t r o l e s sn i c k e l - p l a t i n go nm a g n e s i u m a l l o y sw i t hn i s 0 4 6 h 2 0a st h em a i ns a l t t r i s o d i u mc i t r a t ed i h y d r a t ew a sf o u n dt ob ea ne s s e n t i a l c o m p o n e n to ft h ep l a t i n gb a t ht op l a t em a g n e s i u ma l l o y s ，w i t ha no p t i m u mc o n c e n t r a t i o no f3 0 9 - l 一 t h ee x p e r i m e n tt e m p e r a t u r e ( 7 7 - 8 3 ) * cs h o u l db ec o n t r o l l e d t h eo b t a i n e da l k a l i n ep l a t i n gc o a t i n g s w e r ec r y s t a l l i n ew i t hp r e f e r e n t i a lo r i e n t a t i o no f ( 1 11 ) ，h a v i n ga d v a n t a g e ss u c ha sl o w p h o s p h o r u s c o n t e n t ，h i g hd e n s i t y ，l o w - p o r o s i t ya n ds t r e n g t h e n e da d h e s i o n t h er i g i d i t yo f t h ea l k a l i n ec o a t i n gw a s 8 6 7 2 1 h v t h ep r e t r e a t m e n tp r o c e s so ft h ee l e c t r o l e s sp l a t i n go i lm a g n e s i u ma l l o y sw a sp r e s e n t e db y m i c r o a r co x i d a t i o n , w h i c hp r o v i d e do x i d a t i o nf i l mw i t ht h eg o o dc o r r o s i o nr e s i s t a n c e a f t e rm i c r o a r c o x i d a t i o nf i l ms e n s i t i z a t e db ys n c l 2a n d a c t i v a t e db yp d c l 2 ，t h ee l e c t r o l e s s n i c k e l 。p l a t i n go n m a g r l e s i u ma l l o y sw a ss u c c e s s f u l l yc o m p l e t e d ，u s i n gn i s 0 4 6 h 2 0 a st h em a i ns a l ti nt h en o b f l u o r i d e i v 塑! 型鲨型堡坚一 坐型 e l e c t r o l e s sp l a t i n ga c i d i cs o l u t i o n s - t h ep r o p e r t i e sa n ds t r u c t u r e so f t h ep l a t i n gc o a t i n g so n m a g n e s i u m a l l o yw e r ei n v e s t i g a t e db ym e a n so f s e m ，e d s ，x r da n de l e c t r o c h e m i s t r ym e t h o d s t h ec o a t i n gh a d a d v a n t a g e ss u c ha sh i g h 。p h o s p h o r u sc o n t e n t ，h i g hd e n s i t y ，l o w - p o r o s i t y ，a n ds t r e n g t h e n e da d h e s i o n c o r r o s i o np o t e n t i a lw a si m p r o v e df r o m 一1 5 vt o 一0 2 v t h ep a s s i v a t i o nr a n g ei nt h ea n o d i cb r a n c h r e a c h e d8 0 0 m v a c c o r d i n gt ot h ee v a l u a t e dp o r o s i t ym e t h o d so ft h ee l e c t r o l e s sp l a t i n gc o a t i n go r la l u m i n i u m a l l o y sa n ds t e e l ，t h ee v a l u a t e dp o r o s i t ym e t h o d so f t h ec o a t i n go nm a g n e s i u ma l l o y sw a so b t a i n e db y f i l t e rp a p e ri nt h i sr e s e a r c h t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee r i o t h r o m eb l a c kti n d i c a t o ru s e da sa n i n d i c a t o ro ft h ec o a t i n gp o r o s i t yf o rc o a t i n g so nm a g n e s i u m 址i n y sw a sm o r ee f f e c t i v et h a nm a g n e s o n i n d i c a t o ra n ds o d i u ma l i z a s i n e s u l f o n a t ei n d i c a t o rt h ee f f e c t so ft h ep l a t i n gs o l u t i o no nt h ep o r o s i t y w e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h ei m p e a i e so ft h ep o r o u sc o a t i n g sw e r es t u d i e dt h r o u g hs e ma n d e l e c t r o c h e m i c a lp o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o n b u t a n ed i a c i dl i g a n dc o n c e n t r a t i o nh a dag e n t l ee f f e c t o nt h ep o r o s i t yo ft h ec o a t i n g s o d i u mc a r b o n a t eb u f f e r si nt h ep l a t i n gb a t hh a das i g n i f i c a n tm o r e e f f e c to ot h ep o r o s i t yo ft h ec o a t i n gt h a ns o d i u ma c e t a l et h ep o r o s i t yi ne l e c t r o l e s sn i c k e ld e p o s i t e d o nm a g n e s i u ma l l o y sw a sw e l le v a l u a t e db yt h ef i l t e rp a p e r t h ep h y s i c a lm o d e lo f e l e c t r o l e s sp l a t i n gn i c k e lo nm a g n e s i u ma l l o y sw a sf o u n d e di nt h i sp a p e r t h ek e ys t e po ft h ea c i d i ca n da l k a l i n ee l e c t r o l e s sp l a t i n go nm a g n e s i u ma l l o y sw a se x p o u n d e d a c c o r d i n gt ol i n e a rr e g r e s s i o nm e t h o d s ，t h ed y n a m i c se q u a t i o no ft h ea c i d i ce l e e t r o l e s sp l a t i n go n m a g n e s i u ma l l o y sw a so b t a i n e d ，w h i c hw a sd e s c r i b e db yt h ee q u a t i o nb e l o w , l o g v = 8 。6 9 十0 , 9 4 l o g h 2 p 。i l + 0 4 8 l 。g t l 】+ 0 ，t 5 i o g m + o 0 7 l o g i n j + 0 2 3 p h 一3 8 4 ；7 一1 t h ec a l c u l a t e dr e s u l t sf r o mt h ed y n a m i c se q u a t i o nw e r ei na c c o r d a n t ew i t ht h ee x p e r i m e n tr e s u l t s b a s e do nt h ec a l c u l a t e dr e s u l t sa n de x p e r i m e n tr e s u l t s ，t h eb a s i cc o n d i t i o no fc o a t i n gg r o w t hr a t eo f a c i d i ce l e c t r o l e s sp l a t i n go nm a g n e s i u ma l l o y su s i n gn i s 0 4 。6 h 2 0a st h em a i ns a l tw a sa b o v e2 5u m 1 1 k e yw o r d s ：m a g n e s i u ma l l o y s ；e l e c t r o l e s sp l a t i n g ；s u r f a c em o r p h o l o g y ；p h a s es t r o e l u r e ；r i g i d i t y ； c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ；m i c r o a r co x i d a t i o n ；d e p o s i t i o np r o c e s s ；p o r o s i t y ；d y n a m i c s v 一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果 除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包 括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：毒避、1 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定： 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学博士学位论文 第一章绪论 第一章绪论弟一早 三：百v 匕 镁是地球上蕴藏量很丰富的元素，约占地壳总质量的2 3 。镁的化合物广泛地 分布在陆地、海水、盐泉和湖泊中，特别在海水中含量极高，每立方哩为6 4 l 驴吨， 海洋中总含量为2 1 1 0 ”吨，可以说取之不尽、用之不竭。镁合金以其独特的性能 和优良的环境相容性，在交通、3 c 产业、航空航天以及国防军工等领域具有十分广 泛的应用前景。9 0 年代以来，随着技术和生产成本两大瓶颈问题的突破，镁的价格 己低于铝，全球镁合金用量急剧增长。镁合金正在成为继钢铁、铝之后的第三大金 属工程材料，被誉为“2 1 世纪绿色工程材料”，并将成为2 1 世纪重要的商用轻质 机构材料【l “。 1 1 镁及其合金性能特点及应用 i 。1 1 镁合金鑫勺孕孝性 镁合金是一种能够满足各行业需求，发展前景极为可观的轻质合金材料。与目 前的主流材料相比，镁合金具有如下几个突出的优点： ( 1 ) 密度小( 1 7 4 9 c m 3 ) ，是常用金属材料中最轻的，适合制造壳体类制品；镁 合金作为一种轻质金属结构材料，其密度约为铝的2 3 、钢铁、锌的1 ，4 左右。同样 复杂的零部件，镁合金制品质量比锡轻1 3 ，比钢制品轻l 2 。这一特性对于现代手 提类产品减轻重量及车辆减少能耗具有重要意义。 ( 2 ) 比强度高和比刚度大。镁合金的比强度不仅高于某些高强度钢，甚至还高于 铝合金；在同等刚性条件下，l k g 镁合金的坚固程度等于1 8 k g 铝和2 1 k g 钢。 f 3 ) 良好的机械加工性能以及优异的热成型性能。 ( 4 1 可回收特性。废旧镁合金铸件可再熔化，并作为a z 9 1 d 、a m 6 0 或a m 5 0 的二：次材料进行铸造。这种符合环保要求的特点，使其比塑胶等材料更具有吸引力。 ( 5 ) 具有比铝合金更大的承受冲击载荷的能力，能量衰减系数大，在3 5 1 0 0 m p a 应力f ，是铝合金衰减系数的1 5 2 5 倍，被誉为汽车方向盘及所有转向系统的理想 材料。 电磁稆容性。采用镁合金制造电予产品外壳不需要作导电处理，就能获得良 好的屏蔽效果，可用作手提电脑，移动通信设备的壳体等，而现用的塑料壳体内外 表面均须作导电处理，增加了制造成本。 东北大学博士学位论文 第一章绪论 除上述特性外，镁合金还有抗疲劳，防磁性和较低的裂纹倾向等特点阻5 1 。 1 1 2 镁及其合金的应用现状 镁合金目前主要用在移动电话、笔记本电脑外壳、饰件等压铸产品，在汽车、 家电制造等行业的应用也已经比较广泛。 ( 1 ) 汽车一般用于车上的座椅骨架、转向盘和转向柱、轮圈、发动机汽缸盖、 离合器等零件，随着技术的发展将有更多的零件用镁合金制造。出于对汽车节能的 要求，世界各大汽车公司已经将镁合金制造汽车零部件作为重要发展方向。福特汽 车公司已升始用镁合金来制造悬架零件，制动盘和制动钳等。日本1 9 9 0 年每辆汽车 用镁量仅5 k g ，2 0 0 0 年已增至2 1 0 k g 占汽车质量的2 5 ，仅次于铝材而超过钢铁的 用量。 ( 2 ) 移动电话由于镁合金具备抗震的特性，尤其是可屏蔽电磁波的特殊功能， 有利于消除消费者对手机电磁波影响人体健康的疑虑。尽管镁合金成本相对较高， 但由于镁合金质地轻、耐高温、可塑性强，且防磁性能强，这将赢得手机制造商更 多的青昧。在e r i c s s o n 首家推出采用镁合金机身的 1 7 2 8 后，包括诺基亚、利浦、 松下等厂商也都陆续推出了使用镁台金机壳的手机。迄今为止，日本手机市场中， 各类手机已基本改用镁合金外壳，在全球手机开发商中已经形成一种使用镁合金制 品来替代原有外壳质材的潮流。国内的海尔、康佳是国家重点扶持对象，也大力发 展镁合金在这方面的应用。 ( 3 】笔记本电脑现在的笔记本电脑强调散热性好，质量轻，坚固耐磨以及色彩 鲜艳性。目前较受欢迎的外壳材料是铝合金、镁合金及钛合金，其中镁铝合金材质 厚度薄、质量轻且延展性佳。东芝、i b m 、康柏等笔记本电脑