輕金屬通常是指相對密度在4.5以下的金屬，主要包括鋁、鎂、鈦等金屬。 伴隨著國民經濟和國防現代化的發展 ，輕金屬材料的應用越來越廣泛 。鎂合金被譽為“21世紀的綠色工程材料”，是目前最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼減振性好、導熱及電磁屏蔽效果佳、機加工性能優良、零件尺寸穩定 、易回收等優點。廣泛應用于航空航天、國防、汽車工業、電子通信、醫療及一般民用產品等行業。

我國是鎂資源大國，在鎂及鎂合金工業應用方面擁有得天獨厚的優勢。然而在國內，鎂合金的應用現狀和預期仍然存在巨大的差距，這是因為鎂及鎂合金還存在一些固有缺點，如鎂合金化學和電化學活性很高，耐腐蝕、耐磨性較差等，很大程度上制約了鎂合金的開發和應用。因而，在目前全球環境惡化和資源短缺問題日益嚴峻的壓力下，加強對鎂合金耐蝕耐磨性能的研究，積極探索提高鎂合金耐蝕性能的方法途徑，對拓寬鎂合金的應用范圍并充分發揮其性能優勢有著十分重要的現實意義。 

通常而言，控制鎂合金的成分，合理控制材料制備工藝，可以改善鎂合金的綜合性能，但會使生產成本大幅增加。由于金屬材料的腐蝕、磨損和疲勞斷裂等材料的失穩多始于表面，因此通過對材料表面處理可進一步提高鎂及鎂合金的使用特性，具有顯著的經濟和社會效益。鎂合金常用的表面處理工藝主要有電鍍、化學轉化、陽極氧化、氣相沉積、微弧氧化、激光表面處理等。

鎂合金：向金屬鎂中加入少量的其他金屬 ，如鋁、鋅、錳、鋯等元素時，形成以鎂為基的合金，即鎂合金，可以大大提高鎂合金的強度，因此用于結構材料的一般為鎂合金。密度≈鋁的2/3，鋼的1/4，是目前最輕的金屬結構材料；鎂合金還具有比強度高、導熱導電性能好、阻尼減振、電磁屏蔽、易于機械加工和容易回收等優點，

由于鎂化學性質和電化學活性高，在大氣中特別是在潮濕和沿海地區很容易受到腐蝕這限制了鎂合金的廣泛應用。控制鎂合金的成分和形成均勻的組織可以提高鎂合金的抗蝕 ，但鎂合金的最終腐蝕防護常需要進行表面處理，以便改善鎂合金的性能，擴大鎂合金的應用領域，提高鎂合金材料的使用壽命。

金屬鎂的應用主要集中在鎂合金生產 、鋁合金生產 、煉鋼脫硫、稀土合金、金屬還原、腐蝕保護及其他領域。如很多鋼廠都采用鎂脫硫，使用鎂粒的脫硫效果 比碳化鈣好。使用鎂犧牲陽極進行陰極保護，是一種有效防止金屬腐蝕的方法 ，鎂犧牲陽極廣泛用于石油管道、天然氣、煤氣管道和儲罐、冶煉廠、加油站的腐蝕防護以及熱水器、換熱器、蒸發器、鍋爐等設備。目前鎂合金已成為新型材料的發展方向之一。“十三五”規劃指出鎂合金材料重點發展方向為：航空航天用高強鎂合金大尺寸復雜鑄造件 ，高強耐熱鎂合金大規格擠壓型材／鍛件，3C產品用鎂合金精密壓鑄件，大卷重、低成本、高成形性鎂合金板帶材，汽車輕量化結構件用鎂合金精密壓鑄件等。同時，“十三五” 規劃預測鎂金屬年增速7.1％，高于十種有色金屬平均增速 4.1%。這是因為鎂合金具有良好的輕量性、切削性、耐蝕性、減振性 、尺寸穩定性和耐沖擊性，遠遠優于其他材料。這些特性使得鎂合金廣泛應用于航空航天、汽車、電子通信、 醫療、軍事等領域。

針對鎂合金腐蝕的特點，國內外的研究者提出了提高鎂合金耐腐蝕性的主要方法：

①開發新的合金或提高鎂合金的純度 ；

②采用快速凝固技術；

③采用表面強化技術。

前兩種方法主要是提高整體部件的耐蝕性，而后一種方法是在整體提高的基礎上，通過不同方法在表面形成一種很薄的功能層來提高鎂合金的耐蝕性。

鎂合金的腐蝕形態包括全面腐蝕和局部腐蝕。通常而言，全面腐蝕將會造成局部腐蝕的產生，而局部腐蝕則更容易受到弱電解質和小陽極／陰極相對面積比的影響。局部腐蝕又分為電偶腐蝕 、點蝕 、絲狀腐蝕 、應力腐蝕開裂與腐蝕疲勞等。

針對鎂合金腐蝕的特點，表面強化技術是目前鎂合金防腐蝕最常用的技術。而用于鎂合金防護表面強化技術大致有陽極 氧化處理 、化學轉化處理 、微弧氧化處理 、表面滲層 、電鍍和化學鍍處理 、熱噴涂 、有機涂層 、氣相沉積 、激光處理等 ，這些方法各有其優缺點。

在鎂合金件成形過程中，工件表面或多或少附著有氧化 膜、脫模劑、離型劑 等雜質，這些雜質會在后續處理如微弧氧化、電鍍等處理過程中脫落并進人電解液 ，影響電解液的壽命。此外，鎂合金表面的自然氧化物疏松多孔和化學成分不均勻等特性也通常會導致后續表面處理結合力不佳。因而對鎂合金表面進行適當的整平，如打磨、噴砂等預處理 ，則能很好地改善膜層的結合力和耐蝕性能等。對于鎂合金的表面整平 ，目前應用較多的有噴砂、磨光等。

*由于鎂合金硬度不高 ，在機械磨光工序中稍不注意就會破壞鎂合金壓鑄零件表面的致密層，使鑄件表層的微細裂紋、氣孔外露，造成涂裝表面出現起泡 、縮孔等缺陷，因此在對鎂合金進行表面整平時 ，一定要嚴格控制整平工藝，確保不降低其耐蝕性能。此外，由于鎂合金粉末燃點低 ，與氧的親和力高 ，在噴丸、機械磨光過程中容易發生燃燒 ，甚至引起爆炸，因此操作時還應注意安全。

鎂及鎂合金部件在加工及存放等過程中，不可避免地會黏附各種油污，如礦物油、植物油和動物油等。而這些油污的存在通常會影響后續表面處理的質量。因此在對鎂合金件進行表面強化處理前通常需要進行脫脂處理。

鎂及鎂合金化學性質活潑，只有在 pH>12的堿溶液中生成 Mg(OH)：才趨于穩定，在其他水溶液中都不穩定。在純凈的自來水中浸泡也會發生腐蝕 ；在酸中，鎂與 H＋發生激烈的氧化還原反應，析出大量氫氣與熱量 ，會引起零件的過蝕 ，甚至發生自燃 、爆炸事故 。因而，目前生產上鎂合金化學脫脂一般使用堿性脫脂法。這種方法的實質是依靠皂化和乳化作用 ，前者可以除去動植物油 ，后者可以除去礦物油。堿性脫脂溶液通常含有氫氧化鈉 、碳酸鈉、磷酸三鈉、焦磷酸鈉、硅酸鈉以及其他表面活性劑等。

表1 鎂合金堿性脫脂液組成及工藝

表2 乳化液脫脂工藝

將金屬工件浸入酸、酸性鹽和緩蝕劑等溶液中，以除去金屬表面的氧化膜、氧化皮和銹蝕產物的過程稱為浸蝕或酸洗。

鎂化學性質活潑，鎂合金在各種環境介質中的耐腐蝕性能都比較差 。為了提高鎂合金材料的耐腐蝕性能，通常要對鎂合金材料的表面進行強化處理，在其表 形成具有一定防腐蝕能力的覆蓋層。鎂合金常用的表面強化處理方法有化學轉化處理、陽極氧化處理、電鍍、化學鍍 、有機涂層等。在進行這些處理之前 ，必須對鎂合金材料進行浸蝕 （酸洗）除銹 ，以除去其表面的氧化物、腐蝕產物以及其他污染物 ，同時浸蝕還可以為后續表面處理提供更多的結合位點，增強鍍層的結合力，提高其表面質量 。

表3 鎂合金浸蝕液組成及工藝

鎂合金自然氧化膜不致密，不能有效保護金屬基體。此外，金屬鎂電負性很強，當與其他金屬接觸時，易發生電偶腐蝕，引起鎂的加速溶解。這些都限制了鎂合金的應用。因此，鎂合金件出廠時都要經過表面處理以提高其抗腐蝕性能。通常最常用、操作簡單的方法是化學處理（化學轉化處理）或電化學處理 （即陽極氧化）。

表4 鎂合金磷酸鹽化學轉化工藝

磷酸鹽化學轉化處理各成分的作用及影響

表5 鎂合金磷酸鹽一高錳酸鹽化學轉化工藝

磷酸鹽-高錳酸鹽化學轉化處理影響因素

溶液組成和工藝參數的影響

工藝流程

為了進一步改善膜層質量，促進膜層生長，通常需要向微弧氧化電解液中加 入各種添加劑。目前研究的添加劑大多為可溶性鹽或有機物，按照作用主要分為以下幾類：

① 抑制試樣表面尖端放電，提高電解液穩定性 。

主要有 KF、甘油、C3H8O3, Na2EDTA等。

② 有助于放電，提高溶液的電導率。

主要有 NaOH、KOH、NaF和 NaAl02 等 ；但添加劑的含量過高會抑制放電或引起嚴重的邊緣放電。

③ 減少膜層的孔洞和裂紋，相應地提高陶瓷層的致密性 、耐蝕性能。

如 Na2W04、氫氧化鉀、EDTA、蒙脫石、稀土鹽、有機酸鹽、二氧化硅、硅酸鋁等。

④ 調整陶瓷層色彩的成分 ，如 Cu2＋呈藍色，Ni2＋呈紫綠色，Cr3＋呈綠色 。