【正文】 AZ31鎂合金氧化膜的研究摘 要在鎂合金表面生成保護膜對鎂合金起到保護作用，是一種最簡單經濟的方式。本文對AZ31鎂合金進行化學氧化成膜和電化學氧化成膜。所用的鎂合金試樣表面積約為1040cm2。其中，化學氧化采用低濃度鉻酸常溫，化學氧化液的成分及含量為：CrO3（5g/L）、CaSO4（5g/L）。對其氧化時間進行優(yōu)化，得到2min左右時，氧化效果較好。另外，本文采用了幾種不同的電化學氧化方法成膜，發(fā)現電化學氧化液成分為NaOH/Na2SiO3/C6H5OH的電化學氧化方法所得的膜效果不錯。之后，改變這種電化學氧化液中各成分的含量，以進一步證明各成分的作用。在化學氧化和電化學氧化成膜后，對試樣進行靜電粉末噴涂，測試涂膜性能。發(fā)現涂膜性能良好。另外，研究結果還表明：鉻酸化學氧化所得的膜層均勻致密，孔隙率低。電化學氧化所得的膜表面粗糙、多孔，孔隙率高。對六價鉻廢液可以采用沉淀法回收處理。關鍵詞：AZ31鎂合金，化學氧化，電化學氧化，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 實驗部分 15 15 15 15 16 16 16 17 18 20 20 20 21 21 22 22 23 23第3章 結果與討論 24 24 24 24 25 25 26 26 26 28 31 31 31 32第4章 結論 34參考文獻 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際應用中重量最輕的金屬結構材料；鎂合金相對比強度（強度與質量之比）最高[1]。比剛度（剛度與質量之比）接近鋁合金和鋼，遠高于工程塑料。其比強度高達133，可以和鈦的比強度相媲美。 在彈性范圍內，鎂合金受到沖擊載荷時，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，長期使用不易變形。 鎂合金熔點比鋁合金熔點低，壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件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，可進行高精度機械加工。鎂合金具有高的導熱和導電性能，電磁屏蔽性能，防輻射性能好。鎂合金易于回收，對環(huán)境無污染。 鎂合金與鋁合金、塑料、普通鋼的主要性能參數見表11。表11 鎂合金與鋁合金、塑料、普通鋼的主要性能參數性能參數AZ91DAM60A380ABSQ215密度（g/cm2）抗拉強度（MPa）23022032045335450比強度彈性模量（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取名。鎂合金中合金元素代號見表12。表12鎂合金中合金元素代號元素代號元素名稱元素代號元素名稱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，國際上傾向于采用美國試驗材料協會(ASTM)使用的方法來標記鎂合金。 鎂合金：英文字母（兩個）+數字（兩個）+英文字母 前面兩個字母：第一個字母：含量最大的合金元素； 第二個字母：含量為第二的合金元素。 數字： 表示兩個主要合金元素的含量： 第一個數字：第一個字母的重量%；第二個數字：第二字母的重量%。 最后面的英文字母：后綴字母A、B、C、D、E為標識代號，用以標識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為標識代號，表示AZ91E是含9％Al和1％Zn合金系列的第五位。 隨著市場對鎂產品需求應用領域的不斷拓寬，從航空、航天、汽車零部件、鋼鐵脫硫、合金壓鑄件、3C產品的廣泛應用，到民用產品的不斷研發(fā)，以及鎂合金技術的進一步研究，鎂產品的發(fā)展愈來愈顯現出它獨特的不可替代優(yōu)點[2]。同時由于鎂合金較好的加工性能、較強的機械性能、重量輕、韌性好、屏蔽性好，越來越受到人們的青睞。預計鎂合金將成為下個世紀最重要的商用輕質材料。鎂合金與其他材料的性能比較見表13。表13鎂合金的主要應用領域主要領域用途航空航天飛機（機身、發(fā)動機）導彈（火箭、發(fā)射臺、衛(wèi)星、發(fā)動機）儀器（陀螺儀、罩、雷達零件）地面運輸汽車、卡車（變速箱體、輪轂）自行車、摩托車（鏈條罩、發(fā)動機零件）機械工具醫(yī)療器械、鉆機光學儀器照相機殼、攝像機、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、光學儀器、機械設備和電子產品等領域有著非常廣闊的前景。根據研究，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。鎂合金廣泛用于汽車行業(yè)中，以達到輕量化的目的。鎂合金的比重雖然比塑料重，但是，單位重量的強度和彈性率比塑料高，所以，在同樣的強度零部件的情況下，鎂合金的零部件能做得比塑料的薄而且輕。另外，由于鎂合金的比強度也比鋁合金和鐵高，因此，在不減少零部件的強度下，可減輕鋁或鐵的零部件的重量。鎂合金相對比強度（強度與質量之比）最高。比剛度（剛度與質量之比）接近鋁合金和鋼，遠高于工程塑料。 在彈性范圍內，鎂合金受到沖擊載荷時，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。鎂合金熔點比鋁合金熔點低，壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件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，延伸率與鋁合金也相差不大。鎂合金還個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，可進行高精度機械加工。鎂合金壓鑄件在汽車行業(yè)中需求量增長幅度很大（見圖1圖12）。目前美國(通用、福特、克萊斯勒汽車公司) 和日本、德國汽車公司利用純度高、性能好的優(yōu)質鎂合金作壓鑄件。據統計，北美消費的壓鑄鎂合金在19821992年的十年間，以每年20%的速度增長，在19962000年的四年間以每年30%的速度增長，歐洲則超出60%，其中汽車消費占80%以上，可以說鎂合金壓鑄件在汽車行業(yè)的推廣應用使過去應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是指計算機（Computer）、通訊（Communication）和消費電子產品（Consumer Electronic）的簡稱。3C產品包括電腦 手機 電視 數碼影音產品及其相關產業(yè)產品。3C產品屬于鎂合金的高端應用領域（見圖1圖14）。隨著消費者對輕、薄、短、小和新潮時尚的要求越來越高，在3C產品的外形應用上，鎂合金有取代ABS、PC的趨勢。此外，由于鎂合金還可以防止電磁干擾及其對人體的危害，因此成為3C產品殼體的最佳材料。 圖13鎂合金手機 圖14鎂合金相機 航空材料減重帶來的經濟效益和性能改善十分顯著，商用飛機與汽車減重相同質量帶來的燃油費用節(jié)省，前者是后者的近100倍。而戰(zhàn)斗機的燃油費用節(jié)省又是商用飛機的近10倍，更重要的是其機動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，而且在相應的零部件開發(fā)上得以應用，如航空發(fā)動機零件、油箱隔板、飛機艙體隔框、戰(zhàn)斗機座艙艙架等各類承力構件、各種附件等（見圖1圖16）。 圖15 空客A380 圖16 LEAPX1C發(fā)動機鎂合金是最輕質的金屬結構材料，可以大幅度減輕軍用裝備質量，是實現軍用裝備輕量化，提高裝備各項戰(zhàn)術性能的理想結構材料。AMX一30坦克(見圖17)是法國裝甲部隊的主要裝備之一，是二戰(zhàn)后法國生產數量最多的坦克，裝有鎂合金隔熱護套，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，具有良好的機動性及越野性能，4名士兵即可抬起。 圖17 AMX一30坦克 圖18 M274AI型軍用吉