薄壁鎂合金壓鑄件表面缺陷分析及工藝優化

朵興茂，任成森，羅旭龍，高明忠

（青海鹽湖特立鎂有限公司，青海 西寧 810000）

在以AZ91D鎂鋁合金為生產原料生產智能手機部件、計算機電腦時，要求產品表面平整度較高，壁厚大約在0.5mm～1.5mm范圍內，首先需要對產品進行磷化處理，然后再進行烤漆處理。磷化膜厚度大約為0.7μm～1.3μm左右，漆層厚度大約在20μm左右[1]。面漆主要存在黑色、銀灰色兩種顏色。

綜合前文所述，產品生產過程中，部分機殼在使用1個月后，產品表面就會生成1mm左右的爆痘，部分爆痘甚至慣出機殼壁厚。

在對產品進行磷化處理后，產品表面也經常生成白色斑點，且在磷化半成品時，產品表面也可能出現黑色絮狀物[2]。這些缺陷對產品表面質量造成了極大的負面影響，也對企業造成較大經濟效益損失。

因此，本文對產品爆痘、白色斑點的問題進行了系統的分析和總結。

1 薄壁鎂合金壓鑄件表面缺陷分析

1.1 爆痘形成原因分析

通過對夾雜物的EDX分析認為，夾雜物主要由氧、鎂等元素構成。因為EDX無法對元素周期表中的前五種元素進行分析，因此無法確定這些夾雜物是否是MgO[3]。因此，要求提取部分夾雜物前進行FT-IR分析，結果指出，該物質是含結晶水的Mg(OH)2。通過對其他夾雜物的FTIR分析，認為該夾雜物主要構成部分為Mg(OH)2、BaSO4。

通過對1#、2#機殼爆痘物質的檢測認為，鎂合金的MgO夾雜物是導致機殼爆裂的主要因素。由于鋁鎂合金在冶煉過程中可能生成MgO夾雜物，該物質雖不溶于水，但可以通過接觸空氣吸收一定水分，從而生成Mg(OH)2。但MgO向Mg(OH)2轉化時，其體積將膨脹148%，從而對其表面粗糙度造成直接的影響，嚴重情況下，還可能導致產品爆裂[4]。由于Mg(OH)2室溫環境下較為穩定，而在350℃環境下，將被分解為MgO，所以，產品爆痘是因為Mg(OH)2導致的。

1.2 白點形成原因分析

SEM觀察發現，白點呈凹坑狀，是由于磷化膜處理不當導致的。通過EDX分析可看出，白點區鋁材料質量分數為11.17%，相較于其他區域較低（40.75%）。

通過去除磷化膜后，對試樣分析和觀察可看出，其是由塊狀α相和共晶組織等構成。結合鎂鋁合金相圖，AZ91D合金主要構成部分為α相和共晶組織。因為在壓鑄過程中，冷卻速度較快，所以，在室溫環境下，首先對α相和周圍連續共晶組織進行了分析，結果認為，大塊α相是因為局部冷卻速度過緩，造成離異共晶體過于發達，或鋁合金中鋁含量較低所導致的[5]。

在大塊先析相成膜較差，是由于磷化處理不當導致的。因為其采用的磷化處理，是偽轉化型磷化(也就是結晶型磷化處理)，而磷化液的陽離子，則直接參與成膜，形成置換反應。膜生成過程是核生成的次要過程，由于共晶組織的β相濃度較高，且β相純鎂電位較低，置換反應多出現于共晶組織，也就是膜成核一般在共晶組織上獲得實現。而α相較大情況下，共晶組織連續性遭到破壞，導致膜成核生長中斷，并在產品表面，形成凹坑狀白斑。

1.3 黑色絮狀物形成原因分析

通過肉眼觀察，可看出黑色絮狀物基本形貌呈白色疏松絮狀凸起。通過EDX分析，其氧含量相對較高。

對產品進行磷化處理后，產品抗蝕性、磷化膜致密度和周圍環境有著直接關系。在特定濕度環境下，溫度有較大變化，將在產品表面生成層含O2-，C1-離子的水膜。

該水膜在正常情況下不會影響到磷化膜的生產，只在磷化膜封孔不良的情況時，膜表面腐蝕介質在毛細作用下與基體表面進行接觸，導致基體被嚴重腐蝕。腐蝕生成物一般為氯化鎂、氧化鎂兩部分，而氧化鎂和水分結合，將自動生成氫氧化鎂，導致體積嚴重膨脹，和掃描電鏡觀察到的結果較為一致。

2 薄壁鎂合金壓鑄件表面處理技術

鎂合金壓鑄件的表面通常要求根據一定的次序要求進行脫脂、酸洗等預處理，再進行鍍膜、涂裝等處理。鎂合金鑄件表面處理，就是指鍍膜處理。其具體過程是在鑄件表面生成有一定抗腐蝕性保護膜。當前，鎂合金鑄件表面處理工藝為濕法表面處理法，即通過處理液進行鑄件表面處理。當前，表面處理技術中，應用最多的是化學成膜技術。

所謂的化學成膜技術，指的是在鎂合金壓鑄件處理過程中，通過工件和化學處理液之間的化學反應，從而在工件表面生成新的保護膜的處理技術。當前，化學成膜技術主要有磷化、化學腐蝕、鋅置換、鉻化等多種類型的處理技術。所謂的鉻化處理，指的是在處理過程中，將工件置于鉻酸、重鉻酸鹽為主的處理液中，使工件表面生成氧化鎂、鉻酸鹽保護膜層。其處理液成分如表1。

表1 化學腐蝕處理液

3 結論

（1）導致爆痘的主要原因，是因為鎂鋁合金由MgO夾雜物的存在，其在吸收空氣中的水分后，自動生成Mg(OH)2，導致工件體積劇烈膨脹而引發的。

（2）對α相異常生長、共晶組織連續性等首先進行分析，認為成膜處理不當，是造成工件表面生成白點的主要原因。

（3）磷化膜處理不當，是導致工件表面黑色絮狀物形成的主要因素。