从人类最早的原始工具到第一次尝试飞行,我们一直在寻找既轻又坚固的材料。 特别是在汽车、飞行等产品的设计中,考虑到安全可靠的需求,金属材料无疑是公认的首选,但钢材的重量无疑让设计师感到苦恼,那么,有没有一种金属可以满足人们对轻量化设计的需求呢? 镁(合金)是最佳选择。 镁 (mg) 是地壳中第八大最丰富的元素,比铝轻 33 倍,比钛轻 60 倍,比钢轻 75 倍。 由其他元素组成的镁合金还具有密度低、比强度高、弹性模量大、导热性和减震性好、电磁屏蔽性能强、生物相容性好、易接近等突出优势,被誉为“21世纪的绿色结构材料”,也被众多行业专家吹捧为未来金属行业的明星材料之一。
在当今世界,能源和环境问题日益突出,镁合金在通信电子工业和航空航天工业中得到广泛应用。 我国是世界上镁矿资源最丰富的国家之一,可利用的镁矿资源约占世界总储量的70%,因此在镁材料产业发展中具有显著的资源优势。
镁合金发展存在三大瓶颈
镁合金虽然具有许多吸引人的性能优势,但由于自身存在一些固有的性能缺陷,以及目前的技术制约因素,仍难以广泛推广。 材料行业的巨头——石昌旭院士曾指出,镁合金发展存在三大瓶颈,即缺乏有效析出相、易腐蚀、难变形。 这三个问题也是新型高性能镁合金发展的主要障碍。
镁具有低电极电位且具有化学活性,这使得镁合金产品容易受到腐蚀。 因此,腐蚀问题也是阻碍镁合金使用的关键因素。 提高镁合金耐腐蚀性主要有两种技术途径,一种是通过合金化和提纯处理来增加镁合金基体本身的电极电位,或者形成表面自愈保护膜,增强其对环境腐蚀的抵抗力; 另一种是通过表面保护处理来防止基材的腐蚀,形成表面保护膜。 由于镁自身化学性质的局限性,前者在应用上没有取得突破,因此目前国内外表面保护技术的研发大多已投入使用,在目前广泛使用的微弧氧化表面处理技术的基础上,开发了一些新的表面处理技术, 并取得了良好的效果。
大力发展镁合金的应用,必须以加快镁合金的基础研究为前提。 要加强镁合金强化增韧机理和塑性变形机理的基础理论研究,从根本上认识镁合金的强化机理和塑性变形机理,加强镁合金腐蚀机理和失效机理的研究。 在此基础上,创造了有利于镁合金变形的应力-应变条件,开发了新型高性能镁合金体系,通过先进的变形镁合金加工技术,生产出高强度、耐热、耐腐蚀、变形性能好的优质镁合金。
镁合金复合氧化法
从金属表面处理的角度来看,合肥华清高科研发团队针对镁合金材料的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性等性能问题,研发出了镁合金表面处理新技术:复合氧化技术,以良好的工艺优化了这些问题,该技术是镁合金表面处理后开发的最新技术,如:化学镀、转换镀膜、阳极氧化、有机镀膜、热喷涂和气相处理。
镁合金复合氧化技术具有工艺简单、材料适应性广等特点,所得膜层均匀坚硬,能起到长期保护作用,盐雾时间可达200小时,涂层与基体结合紧密,这也是镁合金表面处理技术发展的重要突破。
可以针对不同的使用环境和要求选择不同的表面处理方法。 例如,用于海洋环境的镁合金零件需要具有良好的耐腐蚀性,此时可以使用镁合金复合氧化法; 但是,在高温高压等恶劣工况下使用的镁合金零件需要具有较高的耐磨性,因此可以使用物理气相沉积处理方法。 因此,合适的表面处理方法可以为镁合金在各个领域的应用提供更可靠的保证。
总而言之,传统的氧化技术不能完全消除镁合金的缺点,例如它们在高温环境下的稳定性差。 因此,从技术角度来看,加强镁合金表面处理技术的发展,深入研究保护膜的形成机理,可以进一步提高表面保护膜的性能,提高镁合金的耐腐蚀性,对促进镁合金材料在航空航天领域的应用具有重大的现实意义和经济效益。 在交通和电子工业领域的工业应用。
华清研发团队针对轻金属材料的耐腐蚀、耐磨、耐高温等性能问题,开发了一种新的镁合金表面处理工艺:复合氧化(CPO),其远优于微弧氧化技术,该工艺很好地优化了这些问题,这是继电化学电镀之后开发的最新技术, 转化涂层、阳极氧化、有机涂层、热喷涂和气相处理。该技术已与池州宝镁900万片镁合金板项目配套,对900万片镁合金板进行表面处理,处理后的镁合金表面可形成一层超疏水自修复复合氧化涂层,具有良好的附着力、耐腐蚀性、耐摩擦性、硬度同时防污、 自洁自愈特性,彻底提高镁合金板的抗氧化性能。该技术已产业化,镁合金工件的成膜厚度和光泽度均可调整。
华清复合氧化技术中性盐雾试验时间可达200h以上,相当于在自然环境中8年以上无腐蚀。