镁合金在汽车表面的腐蚀及防护

镁合金在汽车发动机上的腐蚀与防护

负责部分：镁合金在汽车表面的腐蚀与防护题目：镁合金的腐蚀机制与防护及在汽车领域的运用1、镁合金在汽车发动机上应用的原因镁合金是最轻的金属结构材料,其密度为1.75g/cm3～1.90g/cm3，比铝合金约轻36%,比锌合金约轻73%。镁合金的强度和弹性模量较低,但它有高的比强度和比刚度,在相同重量的构件中,选用镁合金可使构件获得更高的刚度。镁合金有很高的阻尼容量和良好的消震性能,它可承受较大的冲击震动负荷,适用于制造承受冲击载荷和振动的零部件。镁合金具有优良的切削加工性和抛光性能,在热态下易于加工成型。镁合金铸件的抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPa,最高可达600多MPa。屈服强度、延伸率与铝合金相比也相差不大。镁合金还具有良好的耐腐蚀性能、电磁屏蔽性能、防辐射性能,可进行高精度机械加工。镁合金具有良好的压铸成型性能,压铸件比厚最小可达0.5mm,适合制造汽车各类压铸件。镁合金汽车发动机带给汽车的好处是显而易见的。一是它的质量轻,换用镁合金能减轻整车重量,也就间接减少了燃油消耗量。二是它的比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷。三是它具有良好的铸造性和尺寸稳定性,客易

加工,废品率低,从而降低生产成本。四是它具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可以降低噪声,用于座椅、轮圈可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。2、镁合金汽车发动机的表面处理和设计2.1、大气腐蚀镁在大气中腐蚀的阴极过程是氧的去极化,其耐蚀性主要取决于大气的湿度及污染程度。一般地,潮湿的环境对镁合金的腐蚀,只有当同时存在腐蚀性颗粒的附着时才发生作用。如果大气清洁,即使湿度达到100%,镁合金表面只有一些分散的腐蚀点。但是当大气污浊,有腐蚀性颗粒在镁合金表面构成阴极时,表面则迅速生成灰色的腐蚀产物。大气中含有硫化物和氯化物将加速镁的腐蚀,大气中SO2含量达100mg/m3时,腐蚀速率增加,生成可溶性的硫酸盐,因此镁在工业大气和海洋大气中是不耐蚀的。在干燥的清洁空气中,由于表面膜的保护作用而基本稳定。

2.2、在各种介质中的腐蚀镁及其合金在大多数有机酸、无机酸和中性介质中均不耐腐蚀,甚至在蒸馏水中,去除了表面膜的镁合金也会因为发生腐蚀而析氢。但在铬酸中由于镁表面钝化而较为稳定。在含有Cl-及SO42-的溶液中腐蚀速率较大,而在含有SiO23-、CrO42-、Cr2O42-、PO43-、F-等离子的溶液中,由于可能形成保护性的表面膜而腐蚀速率较小。镁在碱中耐蚀性好,由于Mg(OH)2沉淀膜的存在,对基体具有很好的保护作用。2.3、电偶腐蚀与全面腐蚀镁合金由于电极电位较绝大多数金属低,当镁及其合金与其它金属接触时,一般作为阳极发生电偶腐蚀。阴极可以是与镁直接有外部接触的异种金属,也可以是镁合金内部的第二相或杂质相。对于氢过电位较低的金属如Fe、Ni、Cu等,作为杂质在合金内部与镁构成腐蚀微电池,导致镁合金发生严重的电偶腐蚀。而那些具有较高氢过电位的金属,如Al、Zn、Cd等,对镁合金的腐蚀作用相对较小。镁合金基体与内部第二相形成的电偶腐蚀在宏观上表现为全面腐蚀。2.4、应力腐蚀破裂与氢脆Mg-Mn合金和Mg-Zn-Zr合金对应力腐蚀破裂(SCC)不敏感。而Mg-Al-Zn合金具有应力腐蚀开裂的倾向。镁的SCC主要有穿晶型的,也有间型的。Mg-Al-Zn合金沿晶界生成Mg17Al12沉淀,其SCC是晶间型的,并且由于MgH2的形成而导致氢脆。在pH值大于10.2的碱性介质中,镁合金非常耐SCC。而在含有Cl-的中性溶液中甚至在蒸馏水中,镁合金对SCC极其敏感。而镁合金在氟化物和含氟的溶液中耐SCC。3、镁合金的表面防腐蚀处理镁合金由于较差的耐蚀性而限制了它的应用。解决镁合金的腐蚀防护问题，可以从控制杂质含量,制备高纯合金,发展新的耐蚀合金离子注入及激光表面改性等几方面入手。而对于大规模工业生产,采用保护膜和涂层处理,是最为简单经济的方法。目前用于镁合金表面处理的方法大致可以分为3类,即:化学处理、阳极氧化和金属镀层,3者均可以与有机涂层配合使用。3.1、化学处理通过化学处理可以在基体表面形成由氧化物或金属盐构成的钝化膜。这层膜与基体具有良好的结合力,阻止腐蚀介质对基体的侵蚀。加入稀土元素也可以形成保护膜。转化膜在pH值为8.5的缓冲溶液中可以显著降低镁的溶解速率。而在pH为8.5的侵蚀性溶液中浸泡60min后,膜的保护性能变差。镁合金在锰盐和磷酸盐组成的体系中,在对镁有缓蚀作用的添加剂存在的件下,可以形成保护性好、硬度和厚度均超过铬酸盐膜的转化膜。该转化膜在5%NaCl溶液中侵蚀后,具有自愈合能。3.2、阳极氧化镁合金的阳极氧化处理较化学处理可以大幅度提高耐蚀能力。阳极氧化膜可以作为涂装底层,以增进涂层与合金基体的结合力。。SEM观察表明,氧化膜多孔且孔的形状不规则,这些孔如果不封闭,在腐蚀环境中很快扩大。因此镁合金的阳极氧化多集中在降低氧化膜的孔隙率。。将镁合金置于电解质水溶液中,在高电压下,使材料表面膜微孔中产生火花放电斑点。在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下,生成陶瓷膜层。这种膜的孔隙率大大降低,较普通阳极氧化耐蚀性及耐磨性有较大提高。3.3、金属镀层镁合金经酸洗活化后,在镁基体上能够直接沉积得到化学镀镍层。但是由于镁的化学活泼性,过程中大量析氢,镀层与基体结合力差。在中间加入浸锌工艺,所得镀层与基体结合力好,亮度高。不经浸锌,在镁上直接化学镀镍的工艺。使用氟化物为活化剂,经过化学镀镍、钝化及热处理,镀层具有良好的力学性能、耐蚀性、可焊性及对环境的稳定性,而且使器件的小孔内部也能够被镀层所覆盖,适合航天器部件的严苛要求。4、参考文献[1]陆刚.铝、镁、钛合金材料在汽车工业中的应用和发展[J].上海有色金属,2006(27).[2]孙伯勤.镁合金压铸件在汽车行业中的巨大应用潜力[J].特种铸造及有色合金,1998.3.[3]杨琪.浅析汽车发动机零件的用材趋势[J].现代零部件,2005.4.[4]李卫平,朱立群.镁及其合金表面防护性涂层国外研究进展[J].材料保护,2005,38(2):41～46.[5]朱祖芳.有色金属的耐腐蚀性能及其应用[M],北京:化学工