從人類最早的原始工具到第一次嘗試飛行,我們一直在尋找既輕又堅固的材料。 特別是在汽車、飛行等產品的設計中,考慮到安全可靠的需求,金屬材料無疑是公認的首選,但鋼材的重量無疑讓設計師感到苦惱,那麼,有沒有一種金屬可以滿足人們對輕量化設計的需求呢? 鎂(合金)是最佳選擇。 鎂 (mg) 是地殼中第八大最豐富的元素,比鋁輕 33 倍,比鈦輕 60 倍,比鋼輕 75 倍。 由其他元素組成的鎂合金還具有密度低、比強度高、彈性模量大、導熱性和減震性好、電磁遮蔽效能強、生物相容性好、易接近等突出優勢,被譽為“21世紀的綠色結構材料”,也被眾多行業專家吹捧為未來金屬行業的明星材料之一。
在當今世界,能源和環境問題日益突出,鎂合金在通訊電子工業和航空航天工業中得到廣泛應用。 我國是世界上鎂礦資源最豐富的國家之一,可利用的鎂礦資源約佔世界總儲量的70%,因此在鎂材料產業發展中具有顯著的資源優勢。
鎂合金發展存在三大瓶頸
鎂合金雖然具有許多吸引人的效能優勢,但由於自身存在一些固有的效能缺陷,以及目前的技術制約因素,仍難以廣泛推廣。 材料行業的巨頭——石昌旭院士曾指出,鎂合金發展存在三大瓶頸,即缺乏有效析出相、易腐蝕、難變形。 這三個問題也是新型高效能鎂合金發展的主要障礙。
鎂具有低電極電位且具有化學活性,這使得鎂合金產品容易受到腐蝕。 因此,腐蝕問題也是阻礙鎂合金使用的關鍵因素。 提高鎂合金耐腐蝕性主要有兩種技術途徑,一種是通過合金化和提純處理來增加鎂合金基體本身的電極電位,或者形成表面自癒保護膜,增強其對環境腐蝕的抵抗力; 另一種是通過表面保護處理來防止基材的腐蝕,形成表面保護膜。 由於鎂自身化學性質的侷限性,前者在應用上沒有取得突破,因此目前國內外表面保護技術的研發大多已投入使用,在目前廣泛使用的微弧氧化表面處理技術的基礎上,開發了一些新的表面處理技術, 並取得了良好的效果。
大力發展鎂合金的應用,必須以加快鎂合金的基礎研究為前提。 要加強鎂合金強化增韌機理和塑性變形機理的基礎理論研究,從根本上認識鎂合金的強化機理和塑性變形機理,加強鎂合金腐蝕機理和失效機理的研究。 在此基礎上,創造了有利於鎂合金變形的應力-應變條件,開發了新型高效能鎂合金體系,通過先進的變形鎂合金加工技術,生產出高強度、耐熱、耐腐蝕、變形效能好的優質鎂合金。
鎂合金復合氧化法
從金屬表面處理的角度來看,合肥華清高科研發團隊針對鎂合金材料的耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性等效能問題,研發出了鎂合金表面處理新技術:復合氧化技術,以良好的工藝優化了這些問題,該技術是鎂合金表面處理後開發的最新技術,如:化學鍍、轉換鍍膜、陽極氧化、有機鍍膜、熱噴塗和氣相處理。
鎂合金復合氧化技術具有工藝簡單、材料適應性廣等特點,所得膜層均勻堅硬,能起到長期保護作用,鹽霧時間可達200小時,塗層與基體結合緊密,這也是鎂合金表面處理技術發展的重要突破。
可以針對不同的使用環境和要求選擇不同的表面處理方法。 例如,用於海洋環境的鎂合金零件需要具有良好的耐腐蝕性,此時可以使用鎂合金復合氧化法; 但是,在高溫高壓等惡劣工況下使用的鎂合金零件需要具有較高的耐磨性,因此可以使用物理氣相沉積處理方法。 因此,合適的表面處理方法可以為鎂合金在各個領域的應用提供更可靠的保證。
總而言之,傳統的氧化技術不能完全消除鎂合金的缺點,例如它們在高溫環境下的穩定性差。 因此,從技術角度來看,加強鎂合金表面處理技術的發展,深入研究保護膜的形成機理,可以進一步提高表面保護膜的效能,提高鎂合金的耐腐蝕性,對促進鎂合金材料在航空航天領域的應用具有重大的現實意義和經濟效益。 在交通和電子工業領域的工業應用。
華清研發團隊針對輕金屬材料的耐腐蝕、耐磨、耐高溫等效能問題,開發了一種新的鎂合金表面處理工藝:復合氧化(CPO),其遠優於微弧氧化技術,該工藝很好地優化了這些問題,這是繼電化學電鍍之後開發的最新技術, 轉化塗層、陽極氧化、有機塗層、熱噴塗和氣相處理。該技術已與池州寶鎂900萬片鎂合金板專案配套,對900萬片鎂合金板進行表面處理,處理後的鎂合金表面可形成一層超疏水自修復復合氧化塗層,具有良好的附著力、耐腐蝕性、耐摩擦性、硬度同時防汙、 自潔自癒特性,徹底提高鎂合金板的抗氧化效能。該技術已產業化,鎂合金工件的成膜厚度和光澤度均可調整。
華清復合氧化技術中性鹽霧試驗時間可達200h以上,相當於在自然環境中8年以上無腐蝕。