鎂合金氧化塑型工藝對產品的作用范文

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《電鍍與精飾雜志》2016年第6期

摘要:

為解決AZ91D鎂合金材料在光學瞄準鏡產品中消光和防腐的要求，采用化學氧化方法以達到產品光學系統中的消光和基本防腐蝕作用。在原有氧化工藝的基礎上，在產品光學的外露部位采用噴塑處理，提高了產品的耐磨、防腐及整體外觀均勻一致性。確保瞄準鏡產品的光學性能及防腐性能達到技術標準要求。

關鍵詞:

AZ91D鎂合金;化學氧化;著黑色;噴塑;消光;防腐蝕

引言

鎂合金已成為繼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被譽為“21世紀綠色工程材料”，它又是最輕和最易加工的結構金屬，具有比強度和比剛度高等優點，減輕金屬結構件的質量［1］。隨著鎂合金的開發和應用其表面裝飾性功能也是必須考慮的因素，作為制造光學瞄準鏡產品的鎂合金材料，必須滿足消光和防腐蝕的基本要求［2-4］。本公司產品中使用的AZ91D型鎂合金材料，存在這兩大難點需要解決:一是在AZ91D鎂合金化學氧化加工過程中，按照原工藝進行化學氧化后，產品外觀呈紅棕色，由于產品應用在光學儀器內部，紅棕色會產生雜散光，影響光路的光學性能。經技術分析，這是由于材料成分的不同使得原鎂合金氧化工藝不能滿足新材料功能性要求。結合現有設備和生產條件，進行工藝優化(通過增加發黑劑的濃度和添加劑)來解決AZ91D鎂合金材料氧化發黑的色澤問題，從根本上解決光學瞄準鏡光學成像的技術指標。二是在產品裝配過程中的碰傷及產品在交付用戶使用過程中的劃傷在所難免，這些劃傷或者碰傷處由于沒有氧化層的防護，腐蝕速度很快，已經成為鎂合金表面處理的瓶頸問題，必須盡快加以解決。為此采用涂層防腐及外觀改善可作為解決的有效方法。其中噴塑是一種重要的工藝手段，它具有操作簡單、膜層均勻，硬度較高和耐蝕性較好等優點。

1實驗與工藝處理技術

1．1試樣AZ91D鎂合金試樣規格為50mm×30mm×1．5mm。AZ91D鎂合金材料元素組成(%)為:8．5%～9．5%Al，0．45%～0．90%Zn，0．17%～0．40%Mn，≤0．25%Si，≤0．025%Cu，≤0．001%Ni，≤0．004%Fe，其余為Mg。

1．2化學氧化工藝流程鎂合金試樣化學氧化-噴塑工藝流程為:上掛具→超聲波除油→水洗→噴砂→水洗→化學氧化→水洗→填充→熱水洗→干燥→化學氧化檢驗→噴塑→交檢。1)超聲波除油。40mL/L超聲波清洗劑，pH為8～9，θ為50～60℃，t為2～5min。2)原化學氧化溶液配方和操作條件:30～60g/LNa2Cr2O7·2H2O，30～50g/L(NH4)2SO4，9～13g/LMnSO4，10～15g/LMgSO4，θ為80～110℃，pH為4～5，t為1～20min。3)進行實驗篩選，優化后化學氧化溶液的配方及操作條件:25～35g/LK2Cr2O7，10～15g/LMgSO4·7H2O，15～18g/LMnSO4，15～20g/L添加劑，θ為95～105℃，pH為4～5，t為5～15min［5］。化學氧化溫度宜采用上限，膜層質量較好，氧化t為8～12min。4)氧化液成分的作用a．重鉻酸鹽。為氧化液中成膜的主鹽。其含量過高，膜層脆性增加;含量過低，成膜速度慢，膜層薄、膜層耐蝕性差［6］。b．硫酸錳。氧化液中Mn2+的濃度對膜層顏色和粗糙度有影響。Mn2+濃度過高，膜層顏色加深，膜層粗糙，易成粉末狀;濃度低膜層薄，顏色淺。c．添加劑。添加劑主要由金屬鹽混合組成。添加劑基本不參加化學反應，氧化液中加入添加劑可使鎂合金基體表面活性提高，促進成膜。5)填充處理。40～50g/LK2Cr2O7溶液，θ為90～98℃，t為15～20min。［7］6)噴塑處理。采用環氧樹脂粉末涂料，高溫固化θ為185℃，保溫15min。

1．3測試分析1)光學指標檢測。光學零部件可見光光譜反射率≤2%。2)環境適應性試驗。按照GJB150A-2009標準，對鎂合金膜層進行點滴試驗、耐高溫儲存、耐低溫儲存、耐濕熱、淋雨、沖擊、振動及鹽霧試驗。試驗條件分別如下:a．點滴試驗溶液成分0．05g高錳酸鉀、5mL硝酸和95mL蒸餾水。b．耐高溫儲存試驗θ為(70±2)℃，恒溫24h。c．耐低溫儲存試驗θ為(－55±2)℃，恒溫24h。d．耐濕熱試驗θ為(40±1)℃，濕度(95%±3%)，t為48h。e．淋雨試驗放置于專用噴頭下淋雨t為15min，雨滴直徑0．5～4．5mm，落高1m。f．模擬沖擊試驗，將產品或試樣安裝在專用沖擊臺上，經受沖擊加速度150～180g，頻率7Hz，沖擊20s。g．振動掃頻方式為5Hz-55Hz-5Hz對數掃描一次;掃頻方向為垂直軸方向、橫向軸方向和縱向軸方向;每個方向振動5min。h．鹽霧試驗將試樣放入鹽霧試驗箱進行24h噴霧、24h干燥兩種狀態交替共96h的中性鹽霧試驗。目視觀察膜層無起泡、脫落以及腐蝕等現象。

2優化工藝后處理效果

2．1光學指標AZ91D鎂合金試件經優化后氧化工藝的化學氧化-噴塑處理后，使用VU3600可見光光譜反射儀檢測膜層可見光反射率，結果見圖1、圖2.由圖1和圖2可見，AZ91D鎂合金試樣經優化后黑色氧化工藝處理的氧化膜層可見光反射率0．186＜2，可滿足光學零件內部消光的指標要求;優化后黑色化學氧化-噴塑膜層可見光反射率0．537＜2，也可滿足產品光學性能指標要求。

2．2鎂合金氧化膜的耐蝕及防護性能點滴試驗檢測鎂合金氧化膜耐蝕性，在θ為20℃下，氧化膜層顏色2min內未發生變化，符合要求。膜層經過24h高溫、24h低溫、48h濕熱以及淋雨、沖擊、振動和96h鹽霧試驗后，膜層表面均未出現腐蝕斑點，涂層表面未出現起泡、開裂等現象，鎂合金氧化膜未出現腐蝕、起粉現象。表明噴塑層對氧化層進行了有效地覆蓋，且與底材有較好的結合力，鎂合金氧化膜層的抗環境腐蝕性能較強。

3結語

通過對零件外表面增加噴砂處理工序，產品整體外觀顏色均勻一致，降低了光學件可見光的反射率，提高了噴塑涂層與底材的結合力;通過對化學氧化工藝的優化，達到AZ91D鎂合金氧化發黑膜層的可見光反射率技術要求，解決了鎂合金零件消光難題;再經基體化學氧化后采用噴塑工藝，解決了產品外觀色澤一致性和產品耐蝕性難題;經過多批量產品部件加工實踐，證明該工藝方案工藝穩定，光學指標和耐環境適應性較強，并可以推廣應用。

參考文獻

［1］錢建剛，李荻，郭寶蘭．環保型鎂合金陽極氧化工藝研究［J］．航空材料學報，2013，(ZL):109-112．

［2］王渠東，宮宜美．鎂合金在電子器材殼體的應用［J］．材料導報，2000，14(6):22-24．

［3］朱祖芳．鎂合金部件(制品)的表面處理保護盒裝飾工藝［J］．材料保護，2000，14(6):4-5．

［4］金杰，吳繼文，李歡，等．鎂合金微弧氧化棕黑色膜的制備及性能研究［J］．材料保護，2015，(09):165-166．

［5］許振明，徐孝勉．鋁和鎂的表面處理［M］．上海:上海科學技術文獻出版社，2005:111-115．

［6］李佳柱，侯富興．電鍍工(中級)［M］．北京:機械工業出版社，2008:284-285．

［7］劉鵬飛．電鍍工實用技術手冊［M］．南京:江蘇科學技術出版社，2004:784-787．

作者：黃千里 楊鵬 劉濤 桓延昌 張忠志 鄧忠民 奕文波 單位：湖南華南光電(集團)有限責任公司 武漢軍代局駐常德地區軍代室 沈陽興華航空電器有限責任公司