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鎂及其合金具有許多優(yōu)良的物理和機械性能，具有較高的比強度和比剛度、易于切削加工、易于鑄造、減震性好、能承受較大的沖擊震動負荷、導電導熱性好、磁屏蔽性能優(yōu)良，是一種理想的現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車、機械制造、航空航天、電子、通訊、軍事、光學儀器和計算機制造等領(lǐng)域.為使鎂合金應(yīng)用于不同的場合，經(jīng)常需要改變其表面狀態(tài)以提高耐蝕性、耐磨性、可焊性、裝飾性等性能。目前有許多工藝可在鎂及鎂合金表面上形成涂覆層，包括電鍍、化學鍍、轉(zhuǎn)化膜，陽極氧化、氫化膜、有機涂層、氣相沉積層等。其中最為簡單有效的方法就是通過電化學方法在基體上鍍一層所需性能的金屬或合金，即電鍍與化學鍍。本文對這兩種處理方法在鎂及鎂合金上的應(yīng)用所面臨的問題、工藝流程、各種前處理方法、常用鍍層及發(fā)展現(xiàn)狀作簡要概述。
鎂上電鍍及化學鍍面臨的問題鎂是一種難于直接進行電鍍或化學鍍的金屬，即使在大氣環(huán)境下，鎂合金表面也會迅速形成一層惰性的氧化膜，影響與鍍層的結(jié)合強度，在進行電鍍或化學鍍時必須除去這層氧化膜。由于氧化膜生成速度較快，所以我們必須尋找一種適當?shù)那疤幚矸椒ǎ栽阪V合金表面上形成一層既能防止氧化膜生成，又能在電鍍或化學鍍時易于除去的膜層。鎂合金具有較高的化學反應(yīng)活性，使得我們必須保證在電鍍或化學鍍時，鍍液中金屬陽離子的還原應(yīng)首先發(fā)生，因為鎂會與鍍液中的陽離子迅速發(fā)生置換反應(yīng)形成疏松的置換層，影響鍍層的結(jié)合力。同時鎂與大多數(shù)酸反應(yīng)劇烈，在酸性介質(zhì)中溶解迅速。因此，我們對鎂合金進行電鍍或化學鍍處理時應(yīng)盡量采用中性或堿性鍍液，這樣不僅可以減少對鎂合金基體的浸蝕，也可以延長鍍液的使用壽命。
由于鎂的電極電位很低，為-2.34V(相對于標準氫電極)，易于發(fā)生電偶腐蝕，在電解質(zhì)中與其它金屬接觸時，易于形成腐蝕微電池，導致鎂合金表面迅速發(fā)生點蝕。因此，在電鍍或化學鍍時，在鎂合金上形成的鍍層必須無孔，否則不但不能有效防止腐蝕，反而會加速鎂合金的腐蝕。尤其是進行浸鋅、直接化學鍍鎳等前處理時，所形成的底層必須保證無孔。對于鎂合金上的Cu/Ni/Cr鍍層，曾有人提出鍍層的厚度至少應(yīng)為50μm，保證無孔才能進行室外應(yīng)用.鎂合金上電鍍或化學鍍所形成鍍層的質(zhì)量還取決于鎂合金的種類。對于不同的鎂合金，由于元素組成及表面狀態(tài)不同，進行前處理時應(yīng)采取不同的方法，鎂合金表面存在大量金屬間化合物，如MgxAly金屬間相的存在，導致表面電勢分布不均，增加了電鍍及化學鍍的難度.電鍍及化學鍍的共同缺點是鍍液中含有重金屬，影響鎂合金的回收利用，增加了回收的難度與成本。
電鍍及化學鍍流程由于鎂合金的電極電位很低，電化學活性很高，難于直接進行電鍍或化學鍍。直接進行電鍍或化學鍍時，金屬鎂會與鍍液中的陽離子發(fā)生置換反應(yīng)，沉積的鍍層疏松、多孔、結(jié)合力差，并且會影響鍍液的穩(wěn)定性，縮短鍍液的使用壽命，化學鍍時影響更為嚴重。所以對于鎂合金要想得到理想的鍍層，最重要的就是適當?shù)那疤幚磉^程。目前對于鎂及其合金電鍍及化學鍍的研究也主要集中在前處理方法上。下述以常用的兩種前處理方法(浸鋅、直接化學鍍鎳)為基礎(chǔ)，列出了鎂合金電鍍及化學鍍的一般流程。
清洗浸蝕活化浸鋅氰化鍍銅電鍍,清洗浸蝕氟化物活化化學鍍鎳電鍍。電鍍及化學鍍兩種方法均是將鍍液中的金屬陽離子還原為基態(tài)金屬沉積于鍍件表面，不同的是電鍍中還原反應(yīng)所需要的電子由外電路供給，化學鍍中還原反應(yīng)所需要的電子由還原劑提供，在進行浸鍍時可由基體金屬直接提供電子。對于形狀復雜的鎂合金，電鍍時由于電流密度分布不均，尤其在孔洞及深凹處，導致產(chǎn)生的鍍層不均勻。但化學鍍不存在此缺點，對于形狀復雜的鎂合金，即使在孔洞及深凹處也會獲得均勻的鍍層。化學鍍的另一個優(yōu)點是可以將碳化物、PTFE等物質(zhì)作為第二相進行共沉積以提高鍍層的硬度、耐磨、潤滑等性能.此外，進行合金電鍍也可以提高鍍層的硬度及耐磨性。由于鎂異常突出的電化學反應(yīng)活性，導致鎂合金上進行電鍍或化學鍍時前處理工序特別重要，前處理過程對于能否形成滿意的鍍層也很關(guān)鍵，前處理工藝對鎂合金進行電鍍或化學鍍的最重要問題是正確的前處理，一旦形成適當?shù)牡讓樱梢赃M一步鍍覆我們所需性能的金屬或合金。目前最為常用的底層為浸鋅層和直接化學鍍鎳層。所形成的底層必須無孔，否則進一步進行電鍍或化學鍍時會產(chǎn)生更多的孔隙，難于獲得均勻的鍍層。鎂合金的前處理工序復雜、耗時，需精確控制方能獲得良好的結(jié)合力及耐蝕性，并且前處理過程因合金而異。對于不同型號的鎂合金或所采用的鍍液不同，前處理的方法也不同。下面簡要介紹一下一些基于浸鋅、直接化學鍍鎳等方法的不同前處理工藝。
浸鋅基于浸鋅已發(fā)明了許多前處理工藝，主要有Dow工藝、Norsk2Hydro工藝及WCM工藝。各種方法的處理過程大致如下：Dow工藝：除油陽極清洗酸蝕酸活化浸鋅鍍銅Norsk2Hydro工藝：除油酸蝕堿處理浸鋅鍍銅WCM工藝：除油酸蝕氟化物活化浸鋅鍍銅Dow工藝發(fā)展最早，但得到的浸鋅層不均勻、結(jié)合力差。改進的Dow工藝在酸活化后加入了堿活化步驟，在AZ31、AZ91鎂合金上得到的Ni2Au合金鍍層結(jié)合力良好，前處理時間也明顯縮短。Norsk2Hydro工藝同Dow工藝相比，在結(jié)合力、耐蝕性、裝飾性方面都有所提高，AZ61鎂合金經(jīng)此前處理后得到的Cu/Ni/Cr多層鍍層達到了室外應(yīng)用的標準。Dennis等人的研究表明，經(jīng)Dow工藝和Norsk2Hydro工藝處理得到的浸鋅層多孔，熱循環(huán)性能不好。
在三種工藝中，WCM工藝獲得的浸鋅層最均勻，且耐蝕性、結(jié)合力、裝飾性等方面效果均最好，是一種較成功的前處理方法。然而三種方法的共同缺點為：當鎂合金中鋁含量過高時，沉積層質(zhì)量不好，且鎂合金表面鎂含量較豐富的區(qū)域會優(yōu)先溶解，限制了它們的應(yīng)用。
浸鋅過程需精確控制，以確保膜層具有足夠的結(jié)合力，否則會在基體金屬的金屬間相上形成海綿狀、結(jié)合力差的非均勻?qū)印＞o接著進行的預鍍銅過程也有許多缺點，首先這是一個電鍍過程，對于形狀復雜的鍍件電流密度分布不均勻，尤其在孔洞及深凹處難于形成均勻的鍍層，在低電流密度區(qū)，銅的沉積速度較慢，這樣鋅會置換鍍液中的陽離子，進而會暴露基體，鎂更容易置換，通過置換反應(yīng)直接在鎂合金表面形成的銅層結(jié)合力差、多孔、易于腐蝕。其次，鍍液中含有劇毒的氰化物，產(chǎn)生的廢液處理費用較高。
