一種鎂合金表面硬化技術的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎂合金表面硬化技術。
【背景技術】
[0002]鎂合金被譽為21世紀的綠色金屬結構材料，是實際應用中最輕的金屬結構材料，但與鋁合金相比，鎂合金的研究和發(fā)展還很不充分，鎂合金的應用也還很有限。目前，鎂合金的產量只有鋁合金的1%。鎂合金性能特點可以總結為以下幾點:(I)重量輕。鎂合金是最輕的工程結構材料，鎂的密度1.74，約為鋼的1/4，鋁的2/3，相比，為工程塑料的I。5倍。(2)比強度、比剛度高。鎂合金的比強度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相當，而遠遠高于工程塑料，為一般塑料的10倍。(3)振動性好。在相同載荷下，減振性是鋁的100倍，鈦合金的300?500倍。(4)電磁屏蔽性佳。(5)散熱性好。一般金屬的熱傳導性是塑料的數百倍，鎂合金的熱傳導性略低于鋁合金及銅合金，遠高于鈦合金，比熱則與水接近，是常用合金中最高者。(6)耐蝕性好。鎂合金在耐腐蝕性為碳鋼的8倍，鋁合金的4倍，更為塑料材料的10倍以上。(7)質感佳。鎂合金的外觀及觸摸質感極佳，使產品更具豪華感。(8)可回收性好。只要花費相當于新料價格的4%，就可將鎂合金制品及廢料回收利用。鎂合金具有的這些性能使其在陸地交通工具、航空航天飛行器、3C產品(Computer，Communicat1n, Consumer Electronic Product)、家居生活用品領域受到越來越多的關注。
[0003]在其它領域，鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，廣泛應用于長距離輸送的地下鐵制管道和石油儲罐，作為鎂犧牲陽極的鎂合金有3?4萬噸/年的市場需求量，且每年以20%的速度增長；鎂合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或國防領域，近幾年由于鎂合金生產能力和技術水平的提高，其生產成本已下降到與鋁合金相當的程度，極大地刺激了其在民用領域的應用，如用做自行車架、輪椅、康復和醫(yī)療器械及健身器材等。
[0004]鎂合金在較多領域得到了廣泛而實際的應用，鎂合金的發(fā)展方向主要有耐熱鎂合金、耐蝕鎂合金、阻燃鎂合金、高強高韌鎂合金、變形鎂合金和鎂合金成形技術。
[0005](I)耐熱鎂合金
[0006]耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應用的主要原因之一，當溫度升高時，它的強度和抗蠕變性能大幅度下降，使它難以作為關鍵零件(如發(fā)動機零件)材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應用。已開發(fā)的耐熱鎂合會中所采用的合金元素主要有稀土元素(RE)和硅(Si)，但是稀土合金的高成本是其被廣泛應用的一大阻礙。
[0007](2)耐蝕鎂合金
[0008]鎂合金的耐蝕性問題可通過兩個方面來解決:一是嚴格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ni等雜質元素的含量。二是對鎂合金進行表面處理。根據不同的耐蝕性要求，可選擇化學表面處理、陽極氧化處理、有機物涂覆、電鍍、化學鍍、熱噴涂等方法處理。
[0009](3)阻燃鎂合金
[0010]鎂合金在熔煉澆鑄過程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃烷。熔劑保護法和氣體保護法是行之有效的阻燃方法，但它們在應用中會產生嚴重的環(huán)境污染，并使得合金性能降低，設備投資增大。上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心通過同時加入幾種元素，開發(fā)了一種阻燃性能和力學性能均良好的轎車用阻燃鎂合金，成功地進行了轎車變速箱殼蓋的工業(yè)試驗，并生產出了手機殼體、MP3殼體等電子產品外殼。
[0011](4)高強高韌鎂合金
[0012]現(xiàn)有鎂合會的常溫強度和塑韌性均有待進一步提高。在鎂合金中加入Ca、Zr可顯著細化晶粒，提高其抗拉強度和屈服強度；通過快速凝固粉術冶金、高擠壓比及等通道角擠(ECAE)等方法，可使鎂合金的晶粒處理得很細，從而獲得高強度、高塑性。
[0013](5)變形鎂合金
[0014]新型變形鎂合金及其成型工藝的開發(fā)，己受到國內外材料工作者的高度重視。與壓鑄鎂合金產品相比，變形的鎂合金材料可獲得更高的強度，更好的延展性及更多樣化的力學性能，可以滿足不同場合結構件的使用要求。
[0015](6)鎂合金成形技術
[0016]鎂合金成形分為變形和鑄造兩種方法，當前主要使用鑄造成形工藝，壓鑄是應用最廣的鎂合金成形方法。鎂合金半固態(tài)觸變鑄造成形新技術，近年來受到美國、日本和加拿大等國家的重視。與傳統(tǒng)的壓鑄相比，觸變鑄造法無需熔煉、澆注及氣體保護，生產過程更加清潔、安全和節(jié)能。
[0017]各國紛紛加大鎂合金制品的研發(fā)力度，尤其是20世紀90年代以來，相繼出臺了鎂研究計劃，開展了大型的“產、學、研”聯(lián)合攻關項目和計劃。德國政府制訂了一個投資2500萬德國馬克的鎂合金研究開發(fā)計劃，主要研究壓鑄合金工藝，快速原型化與工具制造技術和半固態(tài)成型工藝，以提高德國在鎂合金應用方面的能力；1993年歐洲汽車制造商提出“3公升汽油轎車”的新概念，美國也提出了 “PNGV"(新一代交通工具)的合作計劃，其目標是生產出消費者可承受的每百公里耗油3公升的轎車，且整車至少80%以上的部件可以回收，這些要求迫使汽車制造商采用更多高新技術，生產重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車:日本通過了 “家電回收法”，以限制工程塑料的使用，率先將鎂合金用于筆記本電腦、移動電話、數碼相機、攝像機上，并計劃推廣到家電和通訊器材等領域。
[0018]在化學轉化處理中，環(huán)保仍是目前最大的問題，解決六價鉻的環(huán)保問題而開展的無鉻轉化膜、磷化等技術，目前還存在膜層不夠致密、膜薄、保護性能差、損傷后不能自愈的缺點。陽極氧化膜多孔，必須采用封閉處理，否則其耐蝕性還不如鎂合金化學轉化膜的耐蝕性。盡管用微弧氧化方法可以減少鎂合金表面氧化膜的孔隙，但不能完全消除。而且微弧氧化電壓高，設備投資大。由于產生電弧，局部過熱，溶液需要大功率冷卻設備，能耗大。有機涂層存在容易剝落、不耐磨、不耐高溫的缺點，只能用來短時間的保護金屬，不能長期用作保護涂層。物理氣相沉積技術沉積的膜層種類較少，膜層厚度較薄，只適用于形狀簡單的鍍件，并且設備成本較高，目前還難以大規(guī)模應用。