图1 镁合金制作的飞机部件,可以大大减轻机身重量
镁(Mg)是地壳中第八丰富的元素,原子序数为12,比铝轻33%,比钛轻60%,比钢轻75%,
镁合金其良好的比刚度、比强度、导热性、消震性、可切削加工性、可回收性和电磁屏蔽等优越性能,被美誉为“21世纪绿色结构材料”。中铝轻研合金生产的超轻镁锂合金更是被誉为世界最轻合金。
图2 尼康D810相机镁合金浸泡海水后多处腐蚀
当然,镁合金也有缺点。镁电子结构为2-8-2,标准电极电位很负(-2.36V),其化学活性较为活泼,平衡电位较低,易发生电偶腐蚀。在室温下,容易被空气中的氧所氧化,因此耐蚀性较差。
为了保证镁合金的良好耐蚀性以及导电性,我们会对镁合金做导电氧化处理。
导电氧化(又称化学氧化)是镁合金、铝合金,在特定的溶液内发生化学反应,形成一种难溶性化合物膜层的工艺。膜层具有一定的耐蚀性,用于温和环境长期存储或喷漆前打底使用。由于膜层较薄(小于1微米),膜层保持良好的导电性,适用于需要零件导电和电磁屏蔽的场合。表1为镁合金和铝合金导电氧化特点。
表1 镁合金和铝合金导电氧化特点
材料 |
膜厚 |
耐磨性 |
膜层颜色 |
漆层附着力 |
中性盐雾试验 |
镁合金 |
<1μm |
棉签擦拭不掉色 |
不同材料,金色、黄色、棕色、棕黑色等 |
漆层无脱膜 |
不同牌号耐蚀性有差异,一般约24h |
铝合金 |
<1μm |
棉签擦拭不掉色 |
金色、黄色 |
漆层无脱膜 |
不同牌号耐蚀性有差异,一般>96h |
目前,镁合金阳极氧化工业化生产的技术尚不成熟。微弧氧化防护效果很好,但氧化膜层不导电,无法满足箱体零件整体电磁屏蔽的需求。表面镀镍、镀金等处理,虽然可以达到防护和导电的双重效果,但是成本较高,深孔、边角、内腔等复杂位置防护效果通常欠佳,较厚的镀层会提高薄壁零件的整体重量,违背了轻量化的初衷。表2为导电氧化和阳极氧化区别。
表2 导电氧化和阳极氧化区别
对比 |
导电氧化 |
阳极氧化 |
处理时间 |
数秒到数分钟 |
几十分钟 |
通电与否 |
纯化学反应 |
电化学反应 |
膜厚 |
<1微米 |
数微米到数十微米 |
膜层导电性 |
导电性好 |
不导电 |
耐蚀性 |
良 |
优良 |
适用范围 |
高性能镁合金、镁锂合金、铝合金 |
铝合金(目前镁合金阳极氧化工业化生产还待优化) |
我公司目前生产的电子通信设备中,其外壳、内部安装结构件如屏蔽盒、支撑板等采用了镁合金材料,要求具有一定的防护性及导电性,如图3。
中铝轻研合金通过调整配方及工艺参数,对镁合金进行导电氧化处理,使镁合金表面形成金黄色、黄色、彩虹色、棕色等颜色的氧化膜。导电氧化膜层致密、均匀、耐蚀性良好,在航空航天,交通运输与电子工业等领域有着重要的应用价值。
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