镁合金表面处理工艺及有机防护涂层耐腐蚀性能
移易1，邵旭东2，王李军1，王留方1，倪维良1，朱亚君1
(1．中海油常州涂料化工研究院，江苏常州213016；2．中国人民解放军驻370厂军事代表室，江苏常州213022)
摘要：为提高镁合金的耐腐蚀性能，研究了镁合金的化学转化膜技术原理、有机防腐涂装层次结构及其涂膜防腐性能。结果表明该化学转化膜可以提高镁合金与有机涂层的结合力，同时配套复合有机涂层体系对镁合金有较好防护及耐腐蚀性能。
关键词：镁合金；表面处理；有机防护涂层；耐腐蚀
0·引言
镁合金是工业应用中最轻的金属工程材料，其密度低(1.74g/cm3)，仅为铝的2/3、铁的1/4，比强度及比刚度高，具有阻尼减震与电磁屏蔽性能优良，散热性、导电性良好，加工成型方便、易于回收利用及符合环保要求等诸多优点，在汽车、电子、航空航天、国防等领域有着重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪的绿色工程材料”[1]。镁合金具有极强的电化学活性，标准电极电位为-2.37V，在潮湿、CO2、Cl-的环境中易发生腐蚀钝化，在空气中能自然形成碱式碳酸盐，膜的防护性差。同时镁合金中含有的杂质元素、合金元素都容易使其在使用过程中产生电偶腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等，大大限制了镁合金材料的广泛应用[2]。要提高金属镁的抗腐蚀能力，从设计合金和提高铸造条件的角度，应降低杂质含量，添加合金元素，制造高纯金的表面生成具有保护性能的膜或涂层，来提高和改善耐蚀性能。通过冶金的方法降低杂质的含量，或者加入其他合金元素限制杂质的存在状态，提高镁合金的耐蚀性能，将会使镁合金的应用范围进一步扩大，但这种方法却仅限于添加稀土元素等少数几种元素，还未得到广泛的应用，不能满足工业要求。表面改性主要分为电化学法、化学法、热加工法、高真空法和其他物理方法。一些新型的表面处理方法[3]如锡转化膜、激光表面处理、PVD(物理气相沉淀法)、氮化铬涂层、镁合金表面沉积铝等方法也应运而生。
在众多镁合金防腐蚀的方法中，有机防护涂层以其施工简单、经济适用、不受设备形状的约束以及具有一定的装饰效果而被广泛应用。所以开发出适宜镁合金的涂装体系是改善其防腐性能的经济而有效的方法。在镁合金防护体系中，正确选择多层复合涂装体系是十分必要的。本文针对镁合金的前处理工艺及有机涂层防护涂层技术对镁合金的耐腐蚀性能加以探讨。
1·镁合金表面处理技术-化学氧化(转化)膜处理
通过化学转化可以在镁合金基体表面形成由氧化物或金属盐构成的无机膜层，这层膜与基体具有良好的结合力，能阻止腐蚀介质对基体的侵蚀。这样的转化膜本身一般不太致密，耐腐蚀能力并不太强，仅可用于短期大气腐蚀的防护。但重要的是它可以为后续涂层打底，以增强镁合金基底与后续涂层间的结合力。镁合金的化学转化膜按溶液类型可分为铬酸盐系及无铬化学转化系，其中无铬转化学转化系中应用最多的为磷化膜。
1.1铬酸盐化学转化膜
铬酸盐处理即将工件浸入含铬酸或铬酸盐的溶液中，通过金属表层的自身转化生成某些氧化物或盐类，使表面得以钝化。膜中的六价铬可溶，有缓蚀性能，腐蚀时它还被还原为不溶性的三价铬离子而阻止腐蚀的进一步进行，铬酸盐处理得到的表面膜有一定的自愈能力。
虽然铬化工艺比较成熟，但该工艺过程产生有害的六价铬离子，废液不易处理，对环境造成污染。铬化工艺逐渐被无铬转化工艺所替代已是必然的趋势。一个比较典型的铬化处理工艺为：甲苯/二甲苯除油→碱洗(70~80℃，10min)→铬化、酸洗(70~80℃，10min)→重铬酸洗(70~80℃，10min)→纯净水洗→干燥老化。
1.2镁合金磷化化学转化膜
磷化是金属与稀磷酸或酸性磷酸盐溶液反应而形成磷酸盐保护膜的过程，是取代有毒铬酸盐处理的方法之一。它在金属表面，通过化学反应生成一层非金属的、不导电的、多孔的磷酸盐薄膜。此外，磷化膜还能使金属表面由优良导体转变为不良导体，从而抑制了金属表面微电池的形成，有效地阻碍了涂层的腐蚀，可以成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性，所以磷化膜己被公认为良好的涂层基底。
赵明[4]等对镁合金磷酸盐-高锰酸盐化学转化处理工艺进行了研究，发现pH值为4、K2HPO4含量为150g/L、KMnO4含量为40g/L的处理液能显著提高镁合金表面的耐腐蚀性能。磷化处理一般也是作为涂装处理的打底层。周婉秋[5]等将镁缓蚀剂加入锰盐和磷酸盐组成的体系中，在AZ91D镁合金上获得了化学转化膜。
典型的磷化处理工艺：脱脂及酸化氧化去皮→酸洗(70~80℃，10min)→磷化处理→纯净水洗→干燥老化。