鎂合金在汽車發動機上的腐蝕與防護

負責部分：鎂合金在汽車表面的腐蝕與防護題目：鎂合金的腐蝕機制與防護及在汽車領域的運用1、鎂合金在汽車發動機上應用的原因鎂合金是最輕的金屬結構材料,其密度為1.75g/cm3～1.90g/cm3，比鋁合金約輕36%,比鋅合金約輕73%。鎂合金的強度和彈性模量較低,但它有高的比強度和比剛度,在相同重量的構件中,選用鎂合金可使構件獲得更高的剛度。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負荷,適用于制造承受沖擊載荷和振動的零部件。鎂合金具有優良的切削加工性和拋光性能,在熱態下易于加工成型。鎂合金鑄件的抗拉強度與鋁合金鑄件相當,一般可達250MPa,最高可達600多MPa。屈服強度、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,可進行高精度機械加工。鎂合金具有良好的壓鑄成型性能,壓鑄件比厚最小可達0.5mm,適合制造汽車各類壓鑄件。鎂合金汽車發動機帶給汽車的好處是顯而易見的。一是它的質量輕,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,能夠承受一定的負荷。三是它具有良好的鑄造性和尺寸穩定性,客易

加工,廢品率低,從而降低生產成本。四是它具有良好的阻尼系數,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,提高汽車的安全性和舒適性。2、鎂合金汽車發動機的表面處理和設計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,潮濕的環境對鎂合金的腐蝕,只有當同時存在腐蝕性顆粒的附著時才發生作用。如果大氣清潔,即使濕度達到100%,鎂合金表面只有一些分散的腐蝕點。但是當大氣污濁,有腐蝕性顆粒在鎂合金表面構成陰極時,表面則迅速生成灰色的腐蝕產物。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100mg/m3時,腐蝕速率增加,生成可溶性的硫酸鹽,因此鎂在工業大氣和海洋大氣中是不耐蝕的。在干燥的清潔空氣中,由于表面膜的保護作用而基本穩定。

2.2、在各種介質中的腐蝕鎂及其合金在大多數有機酸、無機酸和中性介質中均不耐腐蝕,甚至在蒸餾水中,去除了表面膜的鎂合金也會因為發生腐蝕而析氫。但在鉻酸中由于鎂表面鈍化而較為穩定。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,對基體具有很好的保護作用。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金屬低,當鎂及其合金與其它金屬接觸時,一般作為陽極發生電偶腐蝕。陰極可以是與鎂直接有外部接觸的異種金屬,也可以是鎂合金內部的第二相或雜質相。對于氫過電位較低的金屬如Fe、Ni、Cu等,作為雜質在合金內部與鎂構成腐蝕微電池,導致鎂合金發生嚴重的電偶腐蝕。而那些具有較高氫過電位的金屬,如Al、Zn、Cd等,對鎂合金的腐蝕作用相對較小。鎂合金基體與內部第二相形成的電偶腐蝕在宏觀上表現為全面腐蝕。2.4、應力腐蝕破裂與氫脆Mg-Mn合金和Mg-Zn-Zr合金對應力腐蝕破裂(SCC)不敏感。而Mg-Al-Zn合金具有應力腐蝕開裂的傾向。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的形成而導致氫脆。在pH值大于10.2的堿性介質中,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用。解決鎂合金的腐蝕防護問題，可以從控制雜質含量,制備高純合金,發展新的耐蝕合金離子注入及激光表面改性等幾方面入手。而對于大規模工業生產,采用保護膜和涂層處理,是最為簡單經濟的方法。目前用于鎂合金表面處理的方法大致可以分為3類,即:化學處理、陽極氧化和金屬鍍層,3者均可以與有機涂層配合使用。3.1、化學處理通過化學處理可以在基體表面形成由氧化物或金屬鹽構成的鈍化膜。這層膜與基體具有良好的結合力,阻止腐蝕介質對基體的侵蝕。加入稀土元素也可以形成保護膜。轉化膜在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,膜的保護性能變差。鎂合金在錳鹽和磷酸鹽組成的體系中,在對鎂有緩蝕作用的添加劑存在的件下,可以形成保護性好、硬度和厚度均超過鉻酸鹽膜的轉化膜。該轉化膜在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,以增進涂層與合金基體的結合力。。SEM觀察表明,氧化膜多孔且孔的形狀不規則,這些孔如果不封閉,在腐蝕環境中很快擴大。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水溶液中,在高電壓下,使材料表面膜微孔中產生火花放電斑點。在熱化學、等離子體化學和電化學共同作用下,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、金屬鍍層鎂合金經酸洗活化后,在鎂基體上能夠直接沉積得到化學鍍鎳層。但是由于鎂的化學活潑性,過程中大量析氫,鍍層與基體結合力差。在中間加入浸鋅工藝,所得鍍層與基體結合力好,亮度高。不經浸鋅,在鎂上直接化學鍍鎳的工藝。使用氟化物為活化劑,經過化學鍍鎳、鈍化及熱處理,鍍層具有良好的力學性能、耐蝕性、可焊性及對環境的穩定性,而且使器件的小孔內部也能夠被鍍層所覆蓋,適合航天器部件的嚴苛要求。4、參考文獻[1]陸剛.鋁、鎂、鈦合金材料在汽車工業中的應用和發展[J].上海有色金屬,2006(27).[2]孫伯勤.鎂合金壓鑄件在汽車行業中的巨大應用潛力[J].特種鑄造及有色合金,1998.3.[3]楊琪.淺析汽車發動機零件的用材趨勢[J].現代零部件,2005.4.[4]李衛平,朱立群.鎂及其合金表面防護性涂層國外研究進展[J].材料保護,2005,38(2):41～46.[5]朱祖芳.有色金屬的耐腐蝕性能及其應用[M],北京:化學工