鎂合金腐蝕

鎂合金的腐蝕實質上是鎂被氧化成氧化鎂或氫氧化鎂的電化學和化學過程。從熱力學角度看，不同價態的鎂及其化合物的電化學位和自由能都要比單質鎂低得多。由此可見，鎂的腐蝕過程是自發的、極易發生的，且是不可逆的。

基本介紹

• 中文名：鎂合金腐蝕
• 實質：鎂被氧化
• 環境：大氣環境
• 領域：化學

腐蝕分類

化學腐蝕

大氣環境中，鎂和鎂合金常溫就會發生腐蝕現象。在乾燥空氣中，鎂的表面會生成氧化鎂；在濕潤環境中，鎂的表面的氧化鎂會轉變成氫氧化鎂。大氣中的二氧化碳與水形成碳酸，與表面的氫氧化鎂反應還會生成碳酸鎂。此外，鎂合金表面的氫氧化鎂還會與大氣中的污染物發生反應，例如二氧化硫。這些物質在鎂合金外形成了一層表面膜，但是這層表面膜並無法對鎂合金起到保護作用。這是由於，這些表面的物質在水中都是可以溶解的，它們不可能起到阻止內部的鎂繼續與外界發生反應的作用。

鎂合金在溶液環境中的腐蝕比在空氣中更加嚴重。鎂浸泡在自來水中，表面很快就產生了腐蝕坑，這說明自來水中的一些離子對鎂的表面膜產生了影響。這種影響會由於空氣中的二氧化碳溶入水中，形成的碳酸，而加速了鎂的腐蝕速度。鎂合金在溶pH值低於10.5的溶液環境中，即在酸性、中性、弱鹼性的環境中，合金表面的氫氧化鎂會不穩定，從而內部的鎂也會被腐蝕。當溶液的pH值高於10.5時，雖然說在熱力學上，氫氧化鎂表面膜是穩定的，但是受膜層緻密度的影響，在一些含有強腐蝕性離子的溶液中，例如含有氯的溶液，鎂表面的氫氧化鎂膜層還是會被部分溶解。同時，溶液中的鎂離子遇到氫氧根離子生成的氫氧化鎂有可能再回到基體表面，在腐蝕過程中生成的氫氣會影響新形成的表面膜的質量。這樣沉澱而來的膜層較為疏鬆，起不到任何保護作用。

應力腐蝕

除了化學腐蝕外，鎂合金還普遍的存在應力腐蝕開裂現象（SCC），即鎂合金在幾乎不腐蝕的環境介質中，在拉伸應力尚未達到屈服強度一半的情況下仍有可能發生開裂現象。導致這種原因的因素有很多，如工作時構件的受力，熱脹冷縮引起的應力，工件裝配過程中的扭、壓、撞等引入的應力，構件生產的過程以及熱處理、成形、機械加工等引入的各種應力。一般的，認為SCC傾向隨著殘餘拉應力的變大而變大。

這種應力腐蝕現象通常認為是由於一種氫脆的機制引起的。應力導致表面產生裂紋，產生裂紋處的表面沒有表面膜保護，氫原子能夠輕易地進入鎂和鎂合金中與鎂反應生成氫化鎂。這些進入的氫原子屬於小分子，它會位於晶格的間隙中，或在裂紋尖端的表面上。它們會影響到金屬原子的在這些位置上的電子密度分布，使其與相鄰的金屬原子間的鍵變弱，以致於更容易發生滑移，產生開裂。裂紋處的應力較為集中，晶格畸變較大，這就使氫原子更易優先存在於這些地方，降低了位錯間彈性的互動作用。氫原子的分布還會根據應力場的變化而進行調整，從而降低了位錯運動的阻力，提高了位錯的運動速度。

防護特性

由於鎂與鎂合金具有許多特性，其防護技術與一般普通金屬的防腐大不相同，並且不能以過多的犧牲鎂合金的性能為代價。例如：鎂合金的優點在於比鋁合金更輕，如果為了提高鎂合金的耐腐蝕性而加入過多的重金屬元素，就會使鎂合金本身比重遠遠超過鋁合金。理論上，非晶化能夠提高鎂合金的耐腐性。但是以現階段技術，形成大塊非晶鎂合金，總需要加入較多的重金屬元素，因而常常非晶鎂合金要比鋁合金重得多。

目前，較常用的防腐技術是將鎂合金進行陽極氧化處理，就是在鎂合金表面上生成一層像陶瓷般硬的沉積膜的過程。這層陽極化膜具有一定的耐磨性，同時對鎂基底有一定的保護作用。它與有機塗料具有良好的結合力，可以作為有機塗層的基底。此外，陽極氧化膜還具有良好的熱穩定性和絕熱性能。

化學轉化膜是另一種鎂合金比較常用的表面處理工藝，用於塗漆底層或保護鎂合金。目前大多數化學轉化膜是採用鉻酐或重鉻酸鹽為主要成分的水溶液處理(鉻化處理)。由於使用鉻酸鹽，勢必造成很大的污染，因此有必要尋找環保型的化學轉化膜，如Rudd 2 等發現鈰、鑭、鐠等稀土轉化膜在pH=8.6的溶液中明顯提高了鎂和鎂合金的耐蝕性。但在長期浸泡之後塗層的保護性開始惡化，這被認為是電解液穿越膜層，在鎂合金基底形成氫氧化鎂，致使塗層的穩定性下降。

鎂合金防腐的最後一步是在表面塗一層有機塗層，主要作用是起到進一步防腐和裝飾表面的作用。為了增加有機塗層與鎂表面的結合能力，可以直接在經陽極極化或經化學轉化膜處理的鎂合金表面上形成塗層。此外，還可以應有物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、離子注入等技術對鎂合金表面進行處理，從而達到表面防腐的效果。

鎂合金的優越性

目前3C產品外殼大都使用塑膠材料（如PC、ABS、PC/ABS或添加纖維等）。一般厚件3C產品（厚度2.5-3.2mm,長度比<100），可用射出成型或氣體輔助成型製作，但厚度太大或長度比太小，會產生噴泉流現象，造成產品外觀瑕疵且應力分布不均，致使產品強度減弱。而目前3C產品外殼有越來越薄的趨勢，以薄殼成型來製作，當肉厚低於1mm時，產品剛性及耐衝擊性的要求快速上升。如此，一般塑膠材料已不適用，若添加纖維來增強強度，散熱及電磁遮蔽、產品耐衝擊性又差。因此，為解決以上問題，選擇另類材料及新的加工工藝將成為必然。鎂合金在此情況下脫穎而出。

輕量化

鎂合金比重為鋁合金的68%，鋅合金的27%，鋼鐵的23%，所以它在所有結構用合金中屬於最輕者。因此鎂合金適用於汽機車零件、機械零件、3C產品外殼、建築材料等產品。極佳的電磁遮蔽性手機及電腦的金屬外殼能提供優越的抗電磁保護作用。一般而言，輕的電腦外殼採用不支持電磁遮蔽的塑膠，它需要再加工或噴層導電漆來達到電磁遮蔽性的要求。鎂合金外殼能夠完全吸收頻率超過100dB的電磁干擾。極佳的熱傳導性及熱擴散性 一般來講，筆記本電腦的電力消耗大約20至30瓦。因此，熱傳導是考慮系統穩定的一個主要因素。在筆記本電腦內，CPU能達到最高溫度。因此，為了防止電腦溫度過高，我們就必須防止CPU過熱。通常，筆記本電腦的設計者選擇導熱管加風扇來使系統降溫，但是隨著CPU頻繁地升級，這種方法將不能有效地降低系統的溫度並會導致一些設計上的問題，比如更大的電力消耗以及空間不夠。根據最近的測試報告，鎂合金的熱傳導性是塑膠的100倍，所以如果選擇鎂合金外殼，過熱的問題就會得到緩和與解決。

剛性高，耐衝擊

鎂合金具有多方面的優勢。儘管它的比重要比塑鋼輕,但它的強度和剛性都要比塑鋼強得多。根據測試報告，對鎂合金筆記本電腦外殼的耐衝擊性測試如下：1 將一米高五磅重東西以自由落體的方式撞擊鎂合金筆記本電腦外殼，鎂合金外殼可以承擔它的撞擊，而不造成損傷；2 將鎂合金外殼的筆記本電腦從一米高的地方落下，鎂合金外殼不容易破裂，而且因為具有防震效果，所以能夠保護內部零件。

耐蝕性佳

鎂合金的耐蝕性（在鹽腐蝕試驗中）是碳鋼的8倍，鋁合金的4倍，更是塑膠材料的10倍以上，防腐能力是合金中最佳者。

美好的質感

自上世紀起，人類對金屬質感、光澤仍有不可抹減的愛戀，多種品牌型號的手機外殼做成類金屬樣式，但其光澤仍與金屬有差距，質感更不同於金屬。但鎂合金作為金屬，外觀及質感極佳，對於工業設計師而言，這是不可忽略的事實。

費用考慮

儘管塑膠比鎂便宜，但使用塑膠的筆記本電腦外殼需要製作得厚些（超過2mm）以便保持堅固性。在使用後，由於內部溫度的上升，塑膠常產生軟化作用，不足以達到支撐的強度。這就迫使設計者常在塑膠內部增加金屬支撐框體，以保護內部零件。且成型以後，工程塑膠仍需作電鍍或加金屬薄膜以使它具備抗電磁干擾功能。這些工序都會大量增加採用塑膠外殼的成本。鎂合金外殼可以被製作得更薄些（在0.35mm到1mm之間）並且外觀方面它也可以烤漆或電鍍過程。儘管有一些外殼的成本可能會比塑膠高些，但是經過一些合適的設計，如不用埋螺絲，不用不鏽鋼支撐，不用導電漆等等； 及專業的生產控制，它的成本可以與塑膠一樣。同時，與鋁合金，鋅合金來做成本比較，它還是低成本的材料，並且還可以提供了一些附加的價值，比如可以給人一種高檔及高科技產品的外觀形象。

環保產品

塑膠產品超過使用壽命，大部分不能回收，變成萬年垃圾與廢物。這引起了環境保護的廣泛關注。越來越多的國家已經立法來限制塑膠的使用或者讓生產商來承擔塑膠產品報廢后的回收處理。而鎂合金不同，它可以完全回收，其回收價值是鋼製品的十倍。當工業發展到一定程度，將會有回收廠來處理用完的產品。因此，對消費性生產廠商來說，用鎂合金有很多有利的衍生效果。超薄—美學的設計 是超薄型的材料，一般的厚度都在0.35mm到1mm之間，但在塑膠生產里，在2.54mm以下。這個薄度對塑膠來說很難達到，而以鋁合金來說，光外殼的厚度大約就是2mm以上。而鎂合金外殼的厚度可以降到1mm甚至更薄。正因為這一點，對鎂合金來說，要保持機殼的總厚度在2.54mm以下要容易的多。因此，大多數超薄筆記本電腦以及手機外殼正在採用鎂合金材料作外殼。優良的壓鑄及後加工技術本公司優良的鎂合金壓鑄製造技術已經使得3C產業使用鎂合金外觀件及內部結構件成為一種發展趨勢。隨著產業的不斷擴大和生產良率的不斷提高，鎂合金將會變得很流行，各種設計與外觀都已達到技術成熟的地步，並且將會被繼續廣泛套用。不可燃性 電子產業的套用，工程塑膠已經考慮到了燃燒問題。但是鎂合金熔點達427℃，和塑膠相比，它具有很好的不可燃性，尤其是使用在汽機車零部件以及建築材料上，可以避免瞬間的燃燒。穩定的資源 鎂在地殼中的儲量居第八位，大部分的鎂原料自海水中提煉，所以它的資源是穩定的、充分的，絕對不虞匱乏。