摘要：在鎂合金表面電鍍鋁，必須對其表面進行前處理。采用氫氟酸對AZ61鎂合金進行鈍化處理，利用X射線衍射儀、渦流測厚儀、金相顯微鏡、掃描電鏡和M273A電化學測試系統(tǒng)對鈍化處理得到的轉(zhuǎn)化膜的物相、厚度、表面{TodayHot}形貌和耐蝕性進行測定。結(jié)果表明，氫氟酸處理得到的轉(zhuǎn)化膜對鎂合金基體有較好的保護作用，符合鍍前處理的要求。
鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。具有高的比強度、高的剛度，良好的加工性能、電磁屏蔽性好、減震性好、尺寸穩(wěn)定性、拋光性及鑄造性，同時具有良好的機加工、焊接、抗沖擊性能，且抗老化、原料豐富及可再循環(huán)等優(yōu)良的綜合性能。在航空工業(yè)、汽車工業(yè)、電子通訊和軍事工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景，被譽為最理想的電子產(chǎn)品殼體材料和輕型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)材料[1-3]。又由于質(zhì)輕和良好的生物相容性，目前已被考慮用于植入人體的生物材料[4]。但其彈性模量低、可塑性差，特別是耐腐蝕性能差，嚴重影響了鎂合金的廣泛應(yīng)用[5-6]。鎂在實用金屬中電位最負，標準電極電位為-2.73 V，易氧化，在空氣中自發(fā)形成一層疏松多孔的氧化膜，在潮濕環(huán)境、酸性及中性介質(zhì)中易受腐蝕，因此對鎂合金表面進行處理以提高其耐蝕能力是十分必要的。鎂合金表面處理方法很多，如化學轉(zhuǎn)化、化學{HotTag}氧化及陽極氧化、有機涂層、表面改性、金屬鍍層等處理方法，而在鎂合金表面低溫熔鹽電鍍鋁具有良好的應(yīng)用前景。在電鍍鋁前必須對鎂合金進行前處理，通常是以化學處理的方法得到適于電鍍鋁的一層轉(zhuǎn)化膜，這一轉(zhuǎn)化膜在鎂合金電鍍鋁前起到暫時的保護作用，防止鎂合金表面暴露在空氣中氧化，且在電鍍鋁的過程中易被去除或被鍍層替代，而對轉(zhuǎn)化膜的機械性能不作過高要求。本試驗主要對鎂合金電鍍鋁的前處理工藝進行研究，以期找到一種在鎂合金表面電鍍鋁的簡單有效的前處理方法。
1 試驗部分
1.1 試驗所用材料
所采用的試驗材料為AZ261鎂合金，各合金元素的質(zhì)量分數(shù)分別為：w（Al）＝5.0％～7.0％，w（Zn）＝0.8％～1.0％，w（Fe）＜0.01％，w（Si）＜0.01％，w（Cu）＜0.03％，w（Ni）＜0.005％，余量為Mg。
1.2 工藝流程
試樣→打磨→脫脂→水洗→堿洗→水洗→鈍化→水洗→吹干→烘干→檢測。
1.3 前處理工藝參數(shù)及配方
?。?）試樣制備。制各20mm×10 mm×5 mm的AZ61鎂合金試樣，依次用800＃、1200＃、1500＃的水磨砂紙將其表面打磨平滑，然后對其表面進行拋光，以保證所有試樣具有相同的表面粗糙度。
（2）脫脂。打磨好的試樣放至丙酮溶液中超聲清洗5min，脫脂的目的是去除工件表面油污、贓物、拋光膏等，獲得清潔、無油脂的表面。
?。?）堿洗。在70℃～80℃的100 g/L氫氧化鈉水溶液中保持10min，以進一步除去樣品表面的油污。在堿性溶液中，鎂的表面氧化膜發(fā)生了轉(zhuǎn)化，MgO變?yōu)镸g（OH）2。
?。?）鈍化。配制不同濃度的HF（體積分數(shù)為40％，分析純配制）在室溫下進行兩因素三水平全因子試驗，從濃度和時間兩個方面來考慮HF對鈍化膜的影響。工藝參數(shù)見表1。
表1 試驗因素水平值
時間t/minHF濃度/mL·(100mL)-127.5152.511＃4＃7＃52＃5＃8＃103＃6＃9＃
1.4 轉(zhuǎn)化膜性能的檢測
對前處理后的轉(zhuǎn)化膜進行檢測包括：
（1）物相XRD測試。采用X射線衍射分析前處理后的轉(zhuǎn)化膜層的結(jié)構(gòu)和物相。
?。?）膜厚的測試。采用德國生產(chǎn)的型號為dektrophysik－minitest600BN2的渦流測厚儀對前處理后的轉(zhuǎn)化膜進行厚度的測試。
（3）表面形貌觀察分析。采用金相顯微鏡及JSM-6700F／INCA－ENERGY型號的場發(fā)射掃描電子顯微鏡/能譜儀，對處理后的轉(zhuǎn)化膜進行表面形貌和能譜分析。
（4）耐蝕性能的測試。采用動電位極化法研究MgF2轉(zhuǎn)化膜對鎂合金表面耐腐蝕性能的影響。動電位極化測試曲線的測試單元為M273A系統(tǒng)。電化學測量系統(tǒng)采用三電極體系，以飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，Pt電極為輔助電極，研究試樣為工作電極。試驗在室溫（25℃左右）下將試樣放在w（NaCl）＝3.5％的水溶液中穩(wěn)定30 min左右，開始極化測試，以10 mV／s的掃描速度進行測試。
2 試驗結(jié)果與分析
2.1 XRD測試結(jié)果
通過氟化處理之后的AZ61鎂合金，經(jīng)過XRD測試所得結(jié)果如圖1所示，主要成分為Mg和MgF2。說明經(jīng)前處理后，鎂合金表面主要成分為氟化鎂，在鎂合金表面形成了氟化鎂轉(zhuǎn)化膜。
圖1 XRD測試結(jié)果
2.2 膜厚測試結(jié)果
由表2可看出2＃、9＃、3＃、7＃試樣經(jīng)前處理得到的氟化鎂轉(zhuǎn)化膜相對較厚，而4＃、6＃、1＃得到的轉(zhuǎn)化膜相對較薄。
2.3 處理后試樣形貌觀察分析
采用JSM－6700F／INCA－ENERGY型號的場發(fā)射掃描電子顯微鏡及金相顯微鏡，對前處理后的轉(zhuǎn)化膜進行表面電鏡觀察和斷面形貌觀察分析。圖2是氫氟酸處理后試樣的表面掃描形貌，圖3是金相斷面形貌。
從表面掃描形貌圖2上可以看出，處理后的試樣表面均形成了一層氟化鎂膜，但是不同處理參數(shù)所形成的膜的表面形貌有所不同。處理后的試樣放置一段時間后，較好的試樣表面平整潔凈，“團簇”狀氧化物覆蓋較少；而較差試樣表面有較多的“團簇”狀氧化物覆蓋。這說明經(jīng)氫氟酸處理后得到的較好的氟化鎂轉(zhuǎn)化膜具有較好的抗氧化性，對電鍍鋁前的鎂合金表面有較好的保護作用，符合鍍前處理的要求。圖示形貌是典型的“干枯河床形貌”，裂紋是由于所生成的氟化物放置一段時間后自然收縮形成的。存在裂縫之后，對于長時間防護效果會產(chǎn)生一定的影響，但由于處理后工件馬上進行電鍍，不會放置較長時間，所以影響不大。同時微小縫隙的存在，在電鍍時有利于熔鹽浸入，有利于鈍化膜剝落且被替換，將為鋁的電沉積提供便利條件。
表2 樣品膜厚測試結(jié)果
編號1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃8＃9＃厚度5.48.47.44.26.857.46.47.8
圖2 處理后AZ261Mg合金試樣的表面形貌
圖3為鎂合金氟化鎂膜層橫斷面的光學金相照片。圖中I為鑲嵌料，Ⅱ為氟化鎂膜層，Ⅲ為鎂合金基體?？梢悦黠@看出，用低濃度氫氟酸處理時，鎂合金基體腐蝕較嚴重，表面呈鋸齒狀，表現(xiàn)出腐蝕特性。而高濃度氫氟酸處理時，腐蝕較輕，膜層較厚且表面較平整，表現(xiàn)出鈍化特性，符合前處理的要求。
2.4 耐蝕性能的測試
由表3可以看出，處理后各試樣的自腐蝕電位Ecorr明顯高于未處理的AZ61鎂合金的自腐蝕電位，這說明氫氟酸處理所得到的MgF2轉(zhuǎn)化膜提高了鎂合金在NaCl溶液中的穩(wěn)定性，其耐腐蝕能力要優(yōu)于未處理的AZ61鎂合金，其中2＃、9＃、7＃試樣的自腐蝕電位較高，說明其耐蝕性比其他試樣的好。AZ61鎂合金在NaCl溶液中的腐蝕機制為：活性Clˉ吸附在試樣的表面膜上，替代了表面膜中的氧，生成可溶性的氯化鎂。而經(jīng)處理得到的MgF2轉(zhuǎn)化膜，替代了基體表面的氧化膜層，由于氟的電負性較強，較氧更難被氯置換，有效提高了基體的抗蝕能力。
圖3 處理后試樣的斷面形貌
表3 AZ61鎂合金試樣的自耐腐蝕電位
試樣測值1測值2測值3平均值標準差未處理-1.565-1.557-1.574-1.5650.0071＃-1.006-1.034-1.012-1.0170.0122＃-0.504-0.488-0.655-0.5490.0753＃-1.013-0.924-1.032-0.990.0474＃-1.008-1.007-1.009-1.0080.0015＃-0.897-1.046-0.976-0.9730.0616＃-1.174-1.185-1.18-1.180.0057＃-0.821-0.817-0.812-0.8170.0058＃-1.08-1.094-1.09-1.0880.0069＃-0.891-0.89-0.889-0.890.001
。