镁合金腐蚀防护及表面处理

来源: 发布时间:2017-05-23
团队信息
  
课题组名称:镁合金腐蚀防护及表面处理 课题组网址:http://crm-eac.imr.ac.cn/sdy-yanjiufangxiang.html
负责人:单大勇 工作单位:中国科学院金属研究所 学科领域:腐蚀科学与防护技术
课题组院地合作联络人员 姓 名:宋影伟 办公电话:024-23915897 手 机:15998348809 E-mail:ywsong@imr.ac.cn
科技处院地合作联络人员 姓 名:李鹏 办公电话:024-23971157 手 机:15140035307 E-mail:pengli@imr.ac.cn
团队介绍
  

     课题组主要从事金属表面处理及镁合金腐蚀防护研究。其中表面处理研究主要采用化学方法对金属材料进行防护,如电镀、化学镀、化学氧化、阳极氧化等;镁合金腐蚀防护研究包括镁合金的微观腐蚀机制研究、耐蚀型镁合金的研发及镁合金表面化学转化膜、微弧氧化、化学镀及生物可降解涂层研究等;同时开展材料耐蚀性评价及腐蚀失效分析工作。课题组现有科研人员12人,其中具有正高级技术职称3人,中级技术职称2人,博士研究生2人,硕士研究生5人。研发团队由老中青人员组成,具有扎实的理论基础及丰富的实践经验,是国内较早开展镁合金腐蚀防护研究的团队,近年来承担了有关镁合金腐蚀防护方面的 “973”, “863”、国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、国际合作等多项国家级课题,并与通用汽车、波音、空客等国际知名公司有交流合作。

     团队主要研究方向:

     镁合金的腐蚀防护研究

     各种金属材料的表面处理技术

     钛合金的腐蚀防护研究

     材料的腐蚀失效评价

     医用可降解涂层研究

     可转移转化的科技成果:

     镁合金无铬转化膜技术

     镁合金自封孔微弧氧化技术

     镁合金多功能化学镀镍技术

典型转移转化项目案例
  

     1、低成本、耐蚀、环保的镁合金无铬转化膜技术

     转化膜处理是最常用的镁合金表面防护技术。然而,现有的无铬转化膜耐蚀性还远达不到铬酸盐膜水平。研究发现,镁基体微观结构不均匀,导致转化膜的初始沉积不均,致使膜中存在大量微裂纹,这是无铬转化膜耐蚀性不佳的原因所在。据此,课题组开发了一种磷酸盐转化膜技术,通过预处理获得了比较均匀的镁基体表面,并通过控制膜的初始沉积过程,获得了致密且具有极佳钝化效果的无铬转化膜,该转化膜耐蚀性与铬酸盐转化膜相当,并与有机涂层结合力好。美国三大汽车公司在世界范围内挑选出了11种(包括国际著名公司Henkel、Chemetall、AHC、Atotech等)可用于镁质车体前端结构的防护底层,并将耐蚀性在美国第三方盲评,本课题组研发的无铬转化膜耐蚀性位居世界领先水平。该技术现已获得了美国发明专利和中国发明专利。早在2002年已在北京广灵精华科技有限公司建立了生产线,用于镁质日立电锯壳的表面处理。从2010年开始用于一汽铸造有限公司镁质发动机气门室罩盖的表面防护,并已在奥迪、迈腾、高尔夫、速腾、威志等车型装车使用。

 

转化膜耐蚀性美方盲评结果

美国专利


       中国专利

在北京广灵精华科技有限公司建立的转化膜生产线

一汽转化膜处理车间一角及转化膜处理后的镁质汽车发动机罩盖

     2、镁合金高耐蚀自封孔微弧氧化技术

     传统镁合金微弧氧化膜主要成份为镁基体发生氧化生成的PB比小于1的MgO,且膜中存在大量微孔,使其无法确保耐蚀性要求较高的镁合金部件安全使用。根据微弧氧化膜的组成结构特点,若要提高其耐蚀性,需要增加膜中PB比大于1且化学性质稳定的氧化物比例,并降低膜层孔隙率。基于这一想法,本课题组使用新型含钛或锆的微弧氧化电解液,使镁基体和电解液组分共同参与成膜,一方面膜层主要由PB比大于1且化学性质更稳定的钛氧化物或锆氧化物组成,即可以提高膜层化学稳定性又可以降低孔隙率;另一方面利用膜层各组分凝固点不同的原理,凝固点低的成分后沉积,恰好将膜中的微孔原位封闭,获得了自封孔微弧氧化膜。在腐蚀过程中膜的内层和外层共同起到保护作用,随着膜层逐渐溶解,在薄弱点失效,不像传统氧化膜很容易在微孔处先失效。自封孔微弧氧化膜可以抵抗1000小时盐雾试验,单独使用即可以为镁基体提供足够保护,而传统微弧氧化膜盐雾测试200多小时就已经腐蚀很严重。该技术已经在多种航空航天用镁合金部件上批量应用。

传统微弧氧化膜微观形貌

    自封孔微弧氧化膜微观形貌

中性盐雾试验结果对比

        处理后的镁合金部件

     3、镁合金多功能化学镀镍技术

     化学镀镍是一种金属涂层,具有良好的传导性和电磁屏蔽性,这是化学转化膜和微弧氧化膜无法比拟的。由于镁与镍之间金属特性差异大,且镁合金属于“难镀”金属,导致镀层与镁基体的结合力很差,这是镁合金镀镍层面临的最大难题。研究发现,预处理膜在镁基体和析出相上的不均匀分布是导致后续化学镀镍层结合力差的关键因素,针对这一问题发展了新型镁合金化学镀镍工艺,预处理膜为均匀的多孔结构,微孔底部为活性点,镀层优先在该处形核长大,对镀层起到“钉扎”效应,解决了镁合金镀镍层结合力差的难题。针对航天用镁合金部件地面存放时的防护性,装配时低的搭接电阻及电磁屏蔽性,以及适应太空高低温、原子氧、强辐射等复杂环境的多功能需要进行测试,该技术完全满足这些要求,从2007年至今一直在航天领域十多个型号的航天器部件应用,包括嫦娥3、风云、北斗、天宫2等,总用量超过两千件,这些航天器的成功发射也证明了我们技术的可靠性。

钉扎效应示意图

              化学镀后航天用镁合金部件