【正文】 AZ31鎂合金氧化膜的研究摘 要在鎂合金表面生成保護(hù)膜對(duì)鎂合金起到保護(hù)作用，是一種最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方式。本文對(duì)AZ31鎂合金進(jìn)行化學(xué)氧化成膜和電化學(xué)氧化成膜。所用的鎂合金試樣表面積約為1040cm2。其中，化學(xué)氧化采用低濃度鉻酸常溫，化學(xué)氧化液的成分及含量為：CrO3（5g/L）、CaSO4（5g/L）。對(duì)其氧化時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，得到2min左右時(shí)，氧化效果較好。另外，本文采用了幾種不同的電化學(xué)氧化方法成膜，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)氧化液成分為NaOH/Na2SiO3/C6H5OH的電化學(xué)氧化方法所得的膜效果不錯(cuò)。之后，改變這種電化學(xué)氧化液中各成分的含量，以進(jìn)一步證明各成分的作用。在化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化成膜后，對(duì)試樣進(jìn)行靜電粉末噴涂，測(cè)試涂膜性能。發(fā)現(xiàn)涂膜性能良好。另外，研究結(jié)果還表明：鉻酸化學(xué)氧化所得的膜層均勻致密，孔隙率低。電化學(xué)氧化所得的膜表面粗糙、多孔，孔隙率高。對(duì)六價(jià)鉻廢液可以采用沉淀法回收處理。關(guān)鍵詞：AZ31鎂合金，化學(xué)氧化，電化學(xué)氧化，靜電噴涂A Study on the Oxide Film of AZ31 Magnesium AlloyAbstractA protective film on the surfaceof magnesiumalloy can be used to protect the magnesiumalloy, which isone of the most economical and simplest methods.In this paper,the chemical oxidation films andelectrochemical oxidationfilms were prepared for AZ31magnesium alloy. The surface areaof magnesiumalloy samples used inthis paper was about1040cm2.Among them, thechemical oxidation films with lowconcentration ofchromic acidwere obtained at room temperature. The position andcontent of chemicaloxidationsolution was CrO3 (5g/L), CaSO4 (5g/ L). Optimizeitsoxidation time, we foundthat the effect was better when the oxidation time is about 2min.In addition, several different methodsof electrochemicaloxidationfilms wereused. When the electrochemical oxidation which solutionponents were NaOH、Na2SiO3 and C6H5OH were adopted ,the effect was better.After then, to provide further evidence of the roleof each ponent, we changed the contentsof each ponent in theelectrochemical oxidation ofsolution .The electrostatic powder coatingwas conducted after forming chemical oxidation filmsor electrochemical oxidationfilms.Coatingperformance was good when testing the properties. In addition, the resultsalso showed that:chromatefilmsobtained fromchemical oxidation were even andtight, which porosity was lower. The surface of membranes from electrochemical oxidationwere rough and porous, which porosity was higher.Waste solution including hexavalent chromium pounds could berecycledby precipitationmethod.Key words: AZ31magnesiumalloy, chemical oxidation。 electrochemicaloxidation。 electrostatic spray目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 1 1 1 2 3 4 4 5 5 6 6 7 7 7 8 8 10 12 12 13 13 14 14 14第2章 實(shí)驗(yàn)部分 15 15 15 15 16 16 16 17 18 20 20 20 21 21 22 22 23 23第3章 結(jié)果與討論 24 24 24 24 25 25 26 26 26 28 31 31 31 32第4章 結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35致謝 36外文原文 37中文翻譯 56第1章 緒論鎂為銀白色金屬，℃，沸點(diǎn)1107℃；，大約是鋁的2/3，是鐵的1/4。鎂是地殼中最豐富的元素之一，%。鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。鎂合金具有許多優(yōu)異性能：鎂合金重量輕，鎂金屬是目前世界實(shí)際應(yīng)用中重量最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料；鎂合金相對(duì)比強(qiáng)度（強(qiáng)度與質(zhì)量之比）最高[1]。比剛度（剛度與質(zhì)量之比）接近鋁合金和鋼，遠(yuǎn)高于工程塑料。其比強(qiáng)度高達(dá)133，可以和鈦的比強(qiáng)度相媲美。 在彈性范圍內(nèi)，鎂合金受到?jīng)_擊載荷時(shí)，吸收的能量比鋁合金件大一半，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。彈性模量小，剛性好，抗震力強(qiáng)，長(zhǎng)期使用不易變形。 鎂合金熔點(diǎn)比鋁合金熔點(diǎn)低，壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強(qiáng)度與鋁合金鑄件相當(dāng)，一般可達(dá)250Mpa，最高可達(dá)600多Mpa。屈服強(qiáng)度，延伸率與鋁合金相差不大。 鎂合金具有良好的壓鑄成型性能。 鎂合金件穩(wěn)定性較高，壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高，可進(jìn)行高精度機(jī)械加工。鎂合金具有高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，電磁屏蔽性能，防輻射性能好。鎂合金易于回收，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。 鎂合金與鋁合金、塑料、普通鋼的主要性能參數(shù)見(jiàn)表11。表11 鎂合金與鋁合金、塑料、普通鋼的主要性能參數(shù)性能參數(shù)AZ91DAM60A380ABSQ215密度（g/cm2）抗拉強(qiáng)度（MPa）23022032045335450比強(qiáng)度彈性模量（GPa）454572190210比剛度鎂合金的合金名稱是以主要添加合金元素及其百分比來(lái)取名。鎂合金中合金元素代號(hào)見(jiàn)表12。表12鎂合金中合金元素代號(hào)元素代號(hào)元素名稱元素代號(hào)元素名稱A鋁M錳B鉍N鎳C銅P鉛D鎘Q銀E稀土R鉻F鐵S硅G鈣T錫H釷W鐿K鋯Y銻L鋰Z鋅目前，國(guó)際上傾向于采用美國(guó)試驗(yàn)材料協(xié)會(huì)(ASTM)使用的方法來(lái)標(biāo)記鎂合金。 鎂合金：英文字母（兩個(gè)）+數(shù)字（兩個(gè)）+英文字母 前面兩個(gè)字母：第一個(gè)字母：含量最大的合金元素； 第二個(gè)字母：含量為第二的合金元素。 數(shù)字： 表示兩個(gè)主要合金元素的含量： 第一個(gè)數(shù)字：第一個(gè)字母的重量%；第二個(gè)數(shù)字：第二字母的重量%。 最后面的英文字母：后綴字母A、B、C、D、E為標(biāo)識(shí)代號(hào)，用以標(biāo)識(shí)各具體組成元素相異或元素含量有微小差別的不同合金。 如AZ91E表示主要合金元素為Al和Zn，其名義含量分別為9％和1％，E為標(biāo)識(shí)代號(hào)，表示AZ91E是含9％Al和1％Zn合金系列的第五位。 隨著市場(chǎng)對(duì)鎂產(chǎn)品需求應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，從航空、航天、汽車零部件、鋼鐵脫硫、合金壓鑄件、3C產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，到民用產(chǎn)品的不斷研發(fā)，以及鎂合金技術(shù)的進(jìn)一步研究，鎂產(chǎn)品的發(fā)展愈來(lái)愈顯現(xiàn)出它獨(dú)特的不可替代優(yōu)點(diǎn)[2]。同時(shí)由于鎂合金較好的加工性能、較強(qiáng)的機(jī)械性能、重量輕、韌性好、屏蔽性好，越來(lái)越受到人們的青睞。預(yù)計(jì)鎂合金將成為下個(gè)世紀(jì)最重要的商用輕質(zhì)材料。鎂合金與其他材料的性能比較見(jiàn)表13。表13鎂合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域主要領(lǐng)域用途航空航天飛機(jī)（機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)）導(dǎo)彈（火箭、發(fā)射臺(tái)、衛(wèi)星、發(fā)動(dòng)機(jī)）儀器（陀螺儀、罩、雷達(dá)零件）地面運(yùn)輸汽車、卡車（變速箱體、輪轂）自行車、摩托車（鏈條罩、發(fā)動(dòng)機(jī)零件）機(jī)械工具醫(yī)療器械、鉆機(jī)光學(xué)儀器照相機(jī)殼、攝像機(jī)、電視鎂的這些優(yōu)異性能，使鎂合金在航空工業(yè)、汽車、摩托車、光學(xué)儀器、機(jī)械設(shè)備和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域有著非常廣闊的前景。根據(jù)研究，汽車所用燃料的60%是消耗于汽車自重,汽車自重每減輕10%,其燃油效率可提高5%以上。汽車自重每降低100 kg, L左右,每節(jié)約1 g，年排放量減少30%以上。所以減輕汽車重量對(duì)環(huán)境和能源的影響非常大。另外，重量減輕可以增加裝載能力，并改善剎車和加速性能，因此汽車的輕量化成必然趨勢(shì)。鎂合金廣泛用于汽車行業(yè)中，以達(dá)到輕量化的目的。鎂合金的比重雖然比塑料重，但是，單位重量的強(qiáng)度和彈性率比塑料高，所以，在同樣的強(qiáng)度零部件的情況下，鎂合金的零部件能做得比塑料的薄而且輕。另外，由于鎂合金的比強(qiáng)度也比鋁合金和鐵高，因此，在不減少零部件的強(qiáng)度下，可減輕鋁或鐵的零部件的重量。鎂合金相對(duì)比強(qiáng)度（強(qiáng)度與質(zhì)量之比）最高。比剛度（剛度與質(zhì)量之比）接近鋁合金和鋼，遠(yuǎn)高于工程塑料。 在彈性范圍內(nèi)，鎂合金受到?jīng)_擊載荷時(shí)，吸收的能量比鋁合金件大一半，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。鎂合金熔點(diǎn)比鋁合金熔點(diǎn)低，壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強(qiáng)度與鋁合金鑄件相當(dāng)，一般可達(dá)250Mpa，最高可達(dá)600多Mpa。屈服強(qiáng)度，延伸率與鋁合金也相差不大。鎂合金還個(gè)有良好的耐腐蝕性能，電磁屏蔽性能，防輻射性能，可做到100% 回收再利用。鎂合金件穩(wěn)定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高，可進(jìn)行高精度機(jī)械加工。鎂合金壓鑄件在汽車行業(yè)中需求量增長(zhǎng)幅度很大（見(jiàn)圖1圖12）。目前美國(guó)(通用、福特、克萊斯勒汽車公司) 和日本、德國(guó)汽車公司利用純度高、性能好的優(yōu)質(zhì)鎂合金作壓鑄件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北美消費(fèi)的壓鑄鎂合金在19821992年的十年間，以每年20%的速度增長(zhǎng)，在19962000年的四年間以每年30%的速度增長(zhǎng)，歐洲則超出60%，其中汽車消費(fèi)占80%以上，可以說(shuō)鎂合金壓鑄件在汽車行業(yè)的推廣應(yīng)用使過(guò)去應(yīng)用不大的鎂合金成為新寵。 圖11鎂合金方向盤 圖12鎂合金汽車平衡桿3C是指計(jì)算機(jī)（Computer）、通訊（Communication）和消費(fèi)電子產(chǎn)品（Consumer Electronic）的簡(jiǎn)稱。3C產(chǎn)品包括電腦 手機(jī) 電視 數(shù)碼影音產(chǎn)品及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品。3C產(chǎn)品屬于鎂合金的高端應(yīng)用領(lǐng)域（見(jiàn)圖1圖14）。隨著消費(fèi)者對(duì)輕、薄、短、小和新潮時(shí)尚的要求越來(lái)越高，在3C產(chǎn)品的外形應(yīng)用上，鎂合金有取代ABS、PC的趨勢(shì)。此外，由于鎂合金還可以防止電磁干擾及其對(duì)人體的危害，因此成為3C產(chǎn)品殼體的最佳材料。 圖13鎂合金手機(jī) 圖14鎂合金相機(jī) 航空材料減重帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和性能改善十分顯著，商用飛機(jī)與汽車減重相同質(zhì)量帶來(lái)的燃油費(fèi)用節(jié)省，前者是后者的近100倍。而戰(zhàn)斗機(jī)的燃油費(fèi)用節(jié)省又是商用飛機(jī)的近10倍，更重要的是其機(jī)動(dòng)性能改善可以極大提高戰(zhàn)斗力和生存能力。正因如此航空工業(yè)采用各種措施增加鎂合金的用量，而且在相應(yīng)的零部件開(kāi)發(fā)上得以應(yīng)用，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件、油箱隔板、飛機(jī)艙體隔框、戰(zhàn)斗機(jī)座艙艙架等各類承力構(gòu)件、各種附件等（見(jiàn)圖1圖16）。 圖15 空客A380 圖16 LEAPX1C發(fā)動(dòng)機(jī)鎂合金是最輕質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料，可以大幅度減輕軍用裝備質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)軍用裝備輕量化，提高裝備各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。AMX一30坦克(見(jiàn)圖17)是法國(guó)裝甲部隊(duì)的主要裝備之一，是二戰(zhàn)后法國(guó)生產(chǎn)數(shù)量最多的坦克，裝有鎂合金隔熱護(hù)套，能防止炮管因外界溫度變化引起的彎曲。美軍裝備的M274AI型軍用吉普車(見(jiàn)圖18)采用了鎂合金車身及橋殼，大大減輕了重量，僅重860磅，具有良好的機(jī)動(dòng)性及越野性能，4名士兵即可抬起。 圖17 AMX一30坦克 圖18 M274AI型軍用吉