鎂合金電鍍在汽車上的應用

彭喜良

（安達(亞太區)有限公司，上海 200000）

前言

現今社會相當著重環境保護，節約能源和減少廢氣(二氧化碳)排放量，便是世界各地一致的目標。從汽車使用上，降低油耗便能同時達到節能和減排。那如何降低油耗呢? 最基本就是減少汽車本身的重量，數據指出減少10%重量，便能改善油耗7%[1]。鎂金屬比鋁輕33%，比鋼更輕75%，從輕量化角度看，鎂便是首選。

1 鎂合金在汽車上的應用

由于金屬應用于汽車上有特定的物理性質要求，所以鎂會加入其他不同金屬如鋁、鋅、稀有金屬等，使其物理性質如強度、耐熱、抗蠕變等能達到要求。于歐洲，大眾汽車的Passat和Golf型號已應用鎂合金AZ91D來制造變速器殼體，令其重量相比鋁合金減少 20-25%[2]。除此之外，鎂合金AM50A和AM60B也應用于儀表板支架、汽缸罩蓋、方向盤骨架等[2]。另外，于北美的通用汽車，其Savana和Express vans型號也使用上 26公斤鎂合金[2]。于中國，長安汽車應用鎂合金于方向盤骨架、汽缸罩蓋、油底殼、變速箱殼體、離合器殼體、后備胎架、輪殼和座椅骨架等[3]。中國一汽亦應用鎂合金于方向盤骨架、汽缸罩蓋等[4]。

雖然應用鎂合金能達到汽車輕量化，改變合金比例能達到物理性要求，但其活潑金屬的化學特性使其不耐腐蝕。不過, 我們也能透過表面處理方法去改善和加強其抗腐蝕能力。電鍍，是表面處理方法之一，若把鎂合金電鍍上銅、鎳、鉻等，中性鹽霧測試可達120小時，若配合合適鍍層，更可達500小時[5]。早期在這活潑的鎂合金上電鍍，是非常困難的，若能上鍍，鍍層與底材(鎂合金)的結合力也不好。近期，一些鎂合金表面處理添加劑推出，大大改善鎂合金上鍍和結合力問題，這能把鎂合金于汽車應用推進一步。

2 鎂合金的處理方案

現介紹一下鎂合金前處理方案，使流程能上鍍和解決結合力問題。一般前處理包括除臘、除油、堿蝕、酸活化和沉鋅，沉鋅后就是后繼電鍍，整個流程大概如圖 1。前兩個步驟的作用是把工件清潔好，以免因工件不潔而影響結合力或出現上鍍問題。鎂合金壓鑄件通常會進行拋光工序，所以第一步就是把這些拋光臘除去，若然不把臘完全除去，這些臘會令結合力不好或甚出現漏鍍。除油的原因亦是一樣。

圖1 鎂合金前處理流程

清潔之后，就是把鎂合金的表面進行熱堿微蝕(堿蝕)，此是用堿性添加劑將其表面輕微侵蝕后變成網狀，以增加表面面積和粗糙，使鍍層附在其表面更加牢固，從而加強結合力。第一次和第二次熱堿微蝕的分別其細致度，第一次的堿蝕后，用第二次堿蝕使其侵蝕得更加完整。圖2展示出鎂合金在熱堿微蝕前和后的掃瞄電子顯微鏡照片。堿蝕之后，便是酸活化步驟。鎂合金是很活潑的，在有氧氣下很快便形成其氧化物，在水或堿中亦會生成其氫氧化物，這都不利于結合力。所以，這酸活化不僅能中和熱堿微蝕水洗后殘留的堿，而且在除去氧化物和氫氧化物的同時，把松散的結構也一并去除和形成一層保護膜，確保鍍層與底材有足夠結合力。

酸活化后，就是沉鋅工序。由于鎂合金的活潑化學特性，使其不能直接電鍍其他金屬，所以便利用鋅化學置換原理，令其在不通電情況下也能在其表面形成一層鋅金屬，這就是我們說的沉鋅。當沉鋅后，就可以利用電鍍，電鍍出所需要的不同鍍層，達到防腐或裝飾性的要求。

圖2 鎂合金熱堿微蝕和酸活化后的掃瞄電子顯微鏡照片

3 結論

我們希望透過此分享，能協助汽車生產業界達成節約能源和減排，從而為全球環境保護事業作出貢獻，為世界作出榜樣。

[1] William J. Joost, Paul E. Krajewski, Scripta Materialia (2017) 128(217) 107-112.

[2] Magnesium Elektron, Automotive(https://www. magnesium -elektron.com/products-services/casting-alloys/automotive/).

[3] 汽車輕量化在線, 長安新能源汽車輕量化材料應用成果 (http://www.autolightweight.com/article-237713-1.html).

[4] 一汽鑄造有限公司, 技術成果－鎂合金應用技術(http://www. faw-foundry.com.cn/jscg2.jsp?lm=jscg2).

[5] C. Blawert, N. Hort and K. U. Kainer, Trans. Indian Inst. Met. (2004),57 (4) 397-408.