鎂合金表面熱擴滲處理研究現狀

摘要：鎂合金被稱為“二十一世紀最具發展潛力的綠色工程材料”，在航空航天、汽車、電子產業、醫療器械等行業得到廣泛應用。耐腐蝕性研究是目前鎂合金研究的主要熱點之一，表面擴滲合金元素是鎂合金表面改性重要的方法之一，本文就目前鎂合金表面擴滲合金元素的研究現狀進行了綜述。

關鍵詞：鎂合金；熱擴滲；鋁；鋅；稀土

鎂是金屬結構材料中最輕的元素，密度為 1.74 g/cm，僅是鋁的1/3，具有高的比強度、比剛度、減振性、導熱性、可切削加工性和可回收性，在汽車、航空和電子工業等方面正得到日益廣泛的應用。

目前，制約鎂合金應用和發展的主要原因之一是其耐腐蝕性較差，因為鎂合金缺乏自愈合的、自然鈍化的表面膜，使其基體無法得到保護。表面改性處理是改善鎂合金耐腐蝕性能的主要方法之一，如擴滲合金化、沉積涂層、激光表面改性、金屬或有機鍍層等 。

熱擴滲技術由于滲層與基體金屬之間是冶金結合，結合強度很高，滲層不容易脫落或剝落，是鎂合金表面改性研究的熱點問題。熱擴滲原理就是將合金材料置于固體粉末內借助相應的加熱設備，通過對溫度與時間控制，使合金表面達到合金化形成一定的表面滲層，借以改善基材原有的不足以提高表面性能。本文就目前國內外有關鎂合金表面擴滲合金元素的研究進行綜述。

一、表面滲鋅

馬幼平等人進行了純鎂固態擴滲Zn研究，研究滲Zn后合金層組織結構、硬度及其腐蝕行為。研究結果表明，經400℃ 8h擴滲處理后，純鎂表面形成了Mg7Zn3金屬間化合物，使其顯微硬度提高，同時有效抑制了試樣在鹽水浸泡過程中的腐蝕速度，耐腐蝕性能得到了改善。林文光等人采用Zn與Al2O3固體混合粉末對AZ91D鎂合金表面進行熱擴滲處理。研究結果表明，400℃、8h表面擴滲處理后，AZ91D鎂合金表面形成了組織細密 、均勻連續且與基體結合較好的擴滲層，形成了由共晶化合物 Mg7Zn3和 Mg-Zn化合物構成的復合層，鹽霧腐蝕試驗結果表明合金的耐蝕性得到了一定程度的提高。

二、表面滲鋁

王曉東等人采用化學擴滲的方法對半固態成形的ZA91D鎂合金表面進行了滲鋁處理。研究結果表明：擴滲層與基體之間形成了連續且均勻細密的滲鋁層，滲層主要由Mg17A112相，A13Mg2相和α-Mg基體相等組成，滲層的厚度隨擴散溫度升高和擴散時間延長而增加。經擴散滲鋁后，合金的腐蝕電位比未滲鋁試樣的腐蝕電位提高了約100mV，滲層的顯微硬度較基體硬度提高1倍以上。趙愛彬等人對AZ91鎂合金進行了滲Al研究。研究結果表明：在AZ91鎂合金表面獲得了均勻細致的滲鋁膜層，滲層主要形成了Mg17A112相，耐蝕性試驗結果表明，熱擴散滲鋁膜層的耐腐蝕性相比基體相比有了顯著提高。

三、鋁-鋅共滲

毛廣雷等人對AZ91D鎂合金進行了Al-Zn共滲處理，對滲層顯微組織、物相組成和耐腐蝕性能進行了研究。研究結果表明，經410、430和450℃恒溫熱擴散8h后，均形成了組織均勻細密的擴滲層，但在不同擴滲溫度形成的滲層結構不同。410℃擴滲層由Mg-A1-Zn固溶體組成， 450℃擴滲則形成了穩定的A1Mg2Zn與Mg-A1-Zn固溶體層共同組成的擴滲層。溫度升高，擴滲層厚度增加。浸泡腐蝕實驗結果形成的擴滲層組織大幅度提高了AZ91D鎂合金表面的耐腐蝕性。劉勝新等人采用擴滲法在AM60鎂合金表面共滲Al-Zn，研究了前期處理對合金滲層顯微組織和腐蝕性能的影響。研究結果表明：使用硅溶膠作為粘結劑在鎂合金表面獲得了優良的擴滲層，擴滲層由Mg-Zn-Al固溶體和Al5Mg11Zn4金屬間化學物共同組成，擴滲層有效地提高了合金的顯微硬度和耐腐蝕性。

四、擴滲稀土

許越等人進行了AZ91鎂合金稀土表面改性的研究。試樣經打磨、拋光、除油、除水等表面預處理后，在井式滴控滲碳爐中進行稀土多元共滲處理。研究結果表面，稀土多元共滲后，合金表面獲得組織均勻、致密的擴滲層，對合金的耐腐蝕性能起到很大的改善作用。徐哲等人對AZ91D鎂合金進行了Al-Ce共滲擴散處理研究，擴滲固體粉末滲劑由鋁粉、氯化銨、氧化鋁和碳酸鈰組成，將經前期處理過得試樣填埋與配制好的滲劑中，擴滲溫度為437℃，擴滲時間為1h。研究結果表面。擴滲層出現了CeO2和AlmCen型化合物，合金的顯微硬度明顯提高，耐腐蝕性能得到極大改善。

五、結束語

隨著科學技術的不斷發展，鎂合金在汽車、電子工業、醫療器械、航空航天等領域不斷擴大應用，已經成為迫切發展的輕型金屬結構材料，如何改善和提高鎂合金各方面性能已經成為國內外關注的焦點。可以預見，隨著鎂合金表面處理工藝的不斷完善，新技術和新產品的不斷推出，鎂合金材料將有更廣闊的應用前景。

參考文獻：

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（作者單位：張 萍，新鄉職業技術學院；劉德波，黃河科技學院）