鎂合金在汽車表面的腐蝕及防護(hù)

鎂合金在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的腐蝕與防護(hù)

負(fù)責(zé)部分：鎂合金在汽車表面的腐蝕與防護(hù)題目：鎂合金的腐蝕機(jī)制與防護(hù)及在汽車領(lǐng)域的運(yùn)用1、鎂合金在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的原因鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,其密度為1.75g/cm3～1.90g/cm3，比鋁合金約輕36%,比鋅合金約輕73%。鎂合金的強(qiáng)度和彈性模量較低,但它有高的比強(qiáng)度和比剛度,在相同重量的構(gòu)件中,選用鎂合金可使構(gòu)件獲得更高的剛度。鎂合金有很高的阻尼容量和良好的消震性能,它可承受較大的沖擊震動(dòng)負(fù)荷,適用于制造承受沖擊載荷和振動(dòng)的零部件。鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性和拋光性能,在熱態(tài)下易于加工成型。鎂合金鑄件的抗拉強(qiáng)度與鋁合金鑄件相當(dāng),一般可達(dá)250MPa,最高可達(dá)600多MPa。屈服強(qiáng)度、延伸率與鋁合金相比也相差不大。鎂合金還具有良好的耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、防輻射性能,可進(jìn)行高精度機(jī)械加工。鎂合金具有良好的壓鑄成型性能,壓鑄件比厚最小可達(dá)0.5mm,適合制造汽車各類壓鑄件。鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)帶給汽車的好處是顯而易見的。一是它的質(zhì)量輕,換用鎂合金能減輕整車重量,也就間接減少了燃油消耗量。二是它的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼,比剛度接近鋁合金和鋼,能夠承受一定的負(fù)荷。三是它具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性,客易

加工,廢品率低,從而降低生產(chǎn)成本。四是它具有良好的阻尼系數(shù),減振量大于鋁合金和鑄鐵,用于殼體可以降低噪聲,用于座椅、輪圈可以減少振動(dòng),提高汽車的安全性和舒適性。2、鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的表面處理和設(shè)計(jì)2.1、大氣腐蝕鎂在大氣中腐蝕的陰極過程是氧的去極化,其耐蝕性主要取決于大氣的濕度及污染程度。一般地,潮濕的環(huán)境對(duì)鎂合金的腐蝕,只有當(dāng)同時(shí)存在腐蝕性顆粒的附著時(shí)才發(fā)生作用。如果大氣清潔,即使?jié)穸冗_(dá)到100%,鎂合金表面只有一些分散的腐蝕點(diǎn)。但是當(dāng)大氣污濁,有腐蝕性顆粒在鎂合金表面構(gòu)成陰極時(shí),表面則迅速生成灰色的腐蝕產(chǎn)物。大氣中含有硫化物和氯化物將加速鎂的腐蝕,大氣中SO2含量達(dá)100mg/m3時(shí),腐蝕速率增加,生成可溶性的硫酸鹽,因此鎂在工業(yè)大氣和海洋大氣中是不耐蝕的。在干燥的清潔空氣中,由于表面膜的保護(hù)作用而基本穩(wěn)定。

2.2、在各種介質(zhì)中的腐蝕鎂及其合金在大多數(shù)有機(jī)酸、無機(jī)酸和中性介質(zhì)中均不耐腐蝕,甚至在蒸餾水中,去除了表面膜的鎂合金也會(huì)因?yàn)榘l(fā)生腐蝕而析氫。但在鉻酸中由于鎂表面鈍化而較為穩(wěn)定。在含有Cl-及SO42-的溶液中腐蝕速率較大,而在含有SiO23-、CrO42-、Cr2O42-、PO43-、F-等離子的溶液中,由于可能形成保護(hù)性的表面膜而腐蝕速率較小。鎂在堿中耐蝕性好,由于Mg(OH)2沉淀膜的存在,對(duì)基體具有很好的保護(hù)作用。2.3、電偶腐蝕與全面腐蝕鎂合金由于電極電位較絕大多數(shù)金屬低,當(dāng)鎂及其合金與其它金屬接觸時(shí),一般作為陽極發(fā)生電偶腐蝕。陰極可以是與鎂直接有外部接觸的異種金屬,也可以是鎂合金內(nèi)部的第二相或雜質(zhì)相。對(duì)于氫過電位較低的金屬如Fe、Ni、Cu等,作為雜質(zhì)在合金內(nèi)部與鎂構(gòu)成腐蝕微電池,導(dǎo)致鎂合金發(fā)生嚴(yán)重的電偶腐蝕。而那些具有較高氫過電位的金屬,如Al、Zn、Cd等,對(duì)鎂合金的腐蝕作用相對(duì)較小。鎂合金基體與內(nèi)部第二相形成的電偶腐蝕在宏觀上表現(xiàn)為全面腐蝕。2.4、應(yīng)力腐蝕破裂與氫脆Mg-Mn合金和Mg-Zn-Zr合金對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)不敏感。而Mg-Al-Zn合金具有應(yīng)力腐蝕開裂的傾向。鎂的SCC主要有穿晶型的,也有間型的。Mg-Al-Zn合金沿晶界生成Mg17Al12沉淀,其SCC是晶間型的,并且由于MgH2的形成而導(dǎo)致氫脆。在pH值大于10.2的堿性介質(zhì)中,鎂合金非常耐SCC。而在含有Cl-的中性溶液中甚至在蒸餾水中,鎂合金對(duì)SCC極其敏感。而鎂合金在氟化物和含氟的溶液中耐SCC。3、鎂合金的表面防腐蝕處理鎂合金由于較差的耐蝕性而限制了它的應(yīng)用。解決鎂合金的腐蝕防護(hù)問題，可以從控制雜質(zhì)含量,制備高純合金,發(fā)展新的耐蝕合金離子注入及激光表面改性等幾方面入手。而對(duì)于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),采用保護(hù)膜和涂層處理,是最為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法。目前用于鎂合金表面處理的方法大致可以分為3類,即:化學(xué)處理、陽極氧化和金屬鍍層,3者均可以與有機(jī)涂層配合使用。3.1、化學(xué)處理通過化學(xué)處理可以在基體表面形成由氧化物或金屬鹽構(gòu)成的鈍化膜。這層膜與基體具有良好的結(jié)合力,阻止腐蝕介質(zhì)對(duì)基體的侵蝕。加入稀土元素也可以形成保護(hù)膜。轉(zhuǎn)化膜在pH值為8.5的緩沖溶液中可以顯著降低鎂的溶解速率。而在pH為8.5的侵蝕性溶液中浸泡60min后,膜的保護(hù)性能變差。鎂合金在錳鹽和磷酸鹽組成的體系中,在對(duì)鎂有緩蝕作用的添加劑存在的件下,可以形成保護(hù)性好、硬度和厚度均超過鉻酸鹽膜的轉(zhuǎn)化膜。該轉(zhuǎn)化膜在5%NaCl溶液中侵蝕后,具有自愈合能。3.2、陽極氧化鎂合金的陽極氧化處理較化學(xué)處理可以大幅度提高耐蝕能力。陽極氧化膜可以作為涂裝底層,以增進(jìn)涂層與合金基體的結(jié)合力。。SEM觀察表明,氧化膜多孔且孔的形狀不規(guī)則,這些孔如果不封閉,在腐蝕環(huán)境中很快擴(kuò)大。因此鎂合金的陽極氧化多集中在降低氧化膜的孔隙率。。將鎂合金置于電解質(zhì)水溶液中,在高電壓下,使材料表面膜微孔中產(chǎn)生火花放電斑點(diǎn)。在熱化學(xué)、等離子體化學(xué)和電化學(xué)共同作用下,生成陶瓷膜層。這種膜的孔隙率大大降低,較普通陽極氧化耐蝕性及耐磨性有較大提高。3.3、金屬鍍層鎂合金經(jīng)酸洗活化后,在鎂基體上能夠直接沉積得到化學(xué)鍍鎳層。但是由于鎂的化學(xué)活潑性,過程中大量析氫,鍍層與基體結(jié)合力差。在中間加入浸鋅工藝,所得鍍層與基體結(jié)合力好,亮度高。不經(jīng)浸鋅,在鎂上直接化學(xué)鍍鎳的工藝。使用氟化物為活化劑,經(jīng)過化學(xué)鍍鎳、鈍化及熱處理,鍍層具有良好的力學(xué)性能、耐蝕性、可焊性及對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性,而且使器件的小孔內(nèi)部也能夠被鍍層所覆蓋,適合航天器部件的嚴(yán)苛要求。4、參考文獻(xiàn)[1]陸剛.鋁、鎂、鈦合金材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展[J].上海有色金屬,2006(27).[2]孫伯勤.鎂合金壓鑄件在汽車行業(yè)中的巨大應(yīng)用潛力[J].特種鑄造及有色合金,1998.3.[3]楊琪.淺析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件的用材趨勢(shì)[J].現(xiàn)代零部件,2005.4.[4]李衛(wèi)平,朱立群.鎂及其合金表面防護(hù)性涂層國(guó)外研究進(jìn)展[J].材料保護(hù),2005,38(2):41～46.[5]朱祖芳.有色金屬的耐腐蝕性能及其應(yīng)用[M],北京:化學(xué)工