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        薄壁鎂合金壓鑄件表面缺陷分析及工藝優(yōu)化

        2019-08-14 07:56:18朵興茂任成森羅旭龍高明忠
        世界有色金屬 2019年12期
        關(guān)鍵詞:壓鑄件磷化成膜

        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(chǎn)原料生產(chǎn)智能手機(jī)部件、計算機(jī)電腦時,要求產(chǎn)品表面平整度較高,壁厚大約在0.5mm~1.5mm范圍內(nèi),首先需要對產(chǎn)品進(jìn)行磷化處理,然后再進(jìn)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(chǎn)品生產(chǎn)過程中,部分機(jī)殼在使用1個月后,產(chǎn)品表面就會生成1mm左右的爆痘,部分爆痘甚至慣出機(jī)殼壁厚。

        在對產(chǎn)品進(jìn)行磷化處理后,產(chǎn)品表面也經(jīng)常生成白色斑點,且在磷化半成品時,產(chǎn)品表面也可能出現(xiàn)黑色絮狀物[2]。這些缺陷對產(chǎn)品表面質(zhì)量造成了極大的負(fù)面影響,也對企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)效益損失。

        因此,本文對產(chǎn)品爆痘、白色斑點的問題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)。

        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(rèn)為,夾雜物主要由氧、鎂等元素構(gòu)成。因為EDX無法對元素周期表中的前五種元素進(jìn)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(jìn)行FT-IR分析,結(jié)果指出,該物質(zhì)是含結(jié)晶水的Mg(OH)2。通過對其他夾雜物的FTIR分析,認(rèn)為該夾雜物主要構(gòu)成部分為Mg(OH)2、BaSO4。

        通過對1#、2#機(jī)殼爆痘物質(zhì)的檢測認(rèn)為,鎂合金的MgO夾雜物是導(dǎo)致機(jī)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(zhì)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(zhuǎn)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(yán)重情況下,還可能導(dǎo)致產(chǎn)品爆裂[4]。由于Mg(OH)2室溫環(huán)境下較為穩(wěn)定,而在350℃環(huán)境下,將被分解為MgO,所以,產(chǎn)品爆痘是因為Mg(OH)2導(dǎo)致的。

        1.2 白點形成原因分析

        SEM觀察發(fā)現(xiàn),白點呈凹坑狀,是由于磷化膜處理不當(dāng)導(dǎo)致的。通過EDX分析可看出,白點區(qū)鋁材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.17%,相較于其他區(qū)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(gòu)成。結(jié)合鎂鋁合金相圖,AZ91D合金主要構(gòu)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(huán)境下,首先對α相和周圍連續(xù)共晶組織進(jìn)行了分析,結(jié)果認(rèn)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(fā)達(dá),或鋁合金中鋁含量較低所導(dǎo)致的[5]。

        在大塊先析相成膜較差,是由于磷化處理不當(dāng)導(dǎo)致的。因為其采用的磷化處理,是偽轉(zhuǎn)化型磷化(也就是結(jié)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(yīng)。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(yīng)多出現(xiàn)于共晶組織,也就是膜成核一般在共晶組織上獲得實現(xiàn)。而α相較大情況下,共晶組織連續(xù)性遭到破壞,導(dǎo)致膜成核生長中斷,并在產(chǎn)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(chǎn)品進(jìn)行磷化處理后,產(chǎn)品抗蝕性、磷化膜致密度和周圍環(huán)境有著直接關(guān)系。在特定濕度環(huán)境下,溫度有較大變化,將在產(chǎn)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(chǎn),只在磷化膜封孔不良的情況時,膜表面腐蝕介質(zhì)在毛細(xì)作用下與基體表面進(jìn)行接觸,導(dǎo)致基體被嚴(yán)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(jié)合,將自動生成氫氧化鎂,導(dǎo)致體積嚴(yán)重膨脹,和掃描電鏡觀察到的結(jié)果較為一致。

        2 薄壁鎂合金壓鑄件表面處理技術(shù)

        鎂合金壓鑄件的表面通常要求根據(jù)一定的次序要求進(jìn)行脫脂、酸洗等預(yù)處理,再進(jìn)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(hù)膜。當(dāng)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(jìn)行鑄件表面處理。當(dāng)前,表面處理技術(shù)中,應(yīng)用最多的是化學(xué)成膜技術(shù)。

        所謂的化學(xué)成膜技術(shù),指的是在鎂合金壓鑄件處理過程中,通過工件和化學(xué)處理液之間的化學(xué)反應(yīng),從而在工件表面生成新的保護(hù)膜的處理技術(shù)。當(dāng)前,化學(xué)成膜技術(shù)主要有磷化、化學(xué)腐蝕、鋅置換、鉻化等多種類型的處理技術(shù)。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(hù)膜層。其處理液成分如表1。

        表1 化學(xué)腐蝕處理液

        3 結(jié)論

        (1)導(dǎo)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(dǎo)致工件體積劇烈膨脹而引發(fā)的。

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

        (3)磷化膜處理不當(dāng),是導(dǎo)致工件表面黑色絮狀物形成的主要因素。

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