薄壁镁合金压铸件表面缺陷分析及工艺优化

2019-08-14朵兴茂任成森罗旭龙高明忠

世界有色金属 2019年12期

朵兴茂，任成森，罗旭龙，高明忠

（青海盐湖特立镁有限公司，青海西宁 810000）

在以AZ91D镁铝合金为生产原料生产智能手机部件、计算机电脑时，要求产品表面平整度较高，壁厚大约在0.5mm～1.5mm范围内，首先需要对产品进行磷化处理，然后再进行烤漆处理。磷化膜厚度大约为0.7μm～1.3μm左右，漆层厚度大约在20μm左右[1]。面漆主要存在黑色、银灰色两种颜色。

综合前文所述，产品生产过程中，部分机壳在使用1个月后，产品表面就会生成1mm左右的爆痘，部分爆痘甚至惯出机壳壁厚。

在对产品进行磷化处理后，产品表面也经常生成白色斑点，且在磷化半成品时，产品表面也可能出现黑色絮状物[2]。这些缺陷对产品表面质量造成了极大的负面影响，也对企业造成较大经济效益损失。

因此，本文对产品爆痘、白色斑点的问题进行了系统的分析和总结。

1 薄壁镁合金压铸件表面缺陷分析

1.1 爆痘形成原因分析

通过对夹杂物的EDX分析认为，夹杂物主要由氧、镁等元素构成。因为EDX无法对元素周期表中的前五种元素进行分析，因此无法确定这些夹杂物是否是MgO[3]。因此，要求提取部分夹杂物前进行FT-IR分析，结果指出，该物质是含结晶水的Mg(OH)2。通过对其他夹杂物的FTIR分析，认为该夹杂物主要构成部分为Mg(OH)2、BaSO4。

通过对1#、2#机壳爆痘物质的检测认为，镁合金的MgO夹杂物是导致机壳爆裂的主要因素。由于铝镁合金在冶炼过程中可能生成MgO夹杂物，该物质虽不溶于水，但可以通过接触空气吸收一定水分，从而生成Mg(OH)2。但MgO向Mg(OH)2转化时，其体积将膨胀148%，从而对其表面粗糙度造成直接的影响，严重情况下，还可能导致产品爆裂[4]。由于Mg(OH)2室温环境下较为稳定，而在350℃环境下，将被分解为MgO，所以，产品爆痘是因为Mg(OH)2导致的。

1.2 白点形成原因分析

SEM观察发现，白点呈凹坑状，是由于磷化膜处理不当导致的。通过EDX分析可看出，白点区铝材料质量分数为11.17%，相较于其他区域较低（40.75%）。

通过去除磷化膜后，对试样分析和观察可看出，其是由块状α相和共晶组织等构成。结合镁铝合金相图，AZ91D合金主要构成部分为α相和共晶组织。因为在压铸过程中，冷却速度较快，所以，在室温环境下，首先对α相和周围连续共晶组织进行了分析，结果认为，大块α相是因为局部冷却速度过缓，造成离异共晶体过于发达，或铝合金中铝含量较低所导致的[5]。

在大块先析相成膜较差，是由于磷化处理不当导致的。因为其采用的磷化处理，是伪转化型磷化(也就是结晶型磷化处理)，而磷化液的阳离子，则直接参与成膜，形成置换反应。膜生成过程是核生成的次要过程，由于共晶组织的β相浓度较高，且β相纯镁电位较低，置换反应多出现于共晶组织，也就是膜成核一般在共晶组织上获得实现。而α相较大情况下，共晶组织连续性遭到破坏，导致膜成核生长中断，并在产品表面，形成凹坑状白斑。

1.3 黑色絮状物形成原因分析

通过肉眼观察，可看出黑色絮状物基本形貌呈白色疏松絮状凸起。通过EDX分析，其氧含量相对较高。

对产品进行磷化处理后，产品抗蚀性、磷化膜致密度和周围环境有着直接关系。在特定湿度环境下，温度有较大变化，将在产品表面生成层含O2-，C1-离子的水膜。

该水膜在正常情况下不会影响到磷化膜的生产，只在磷化膜封孔不良的情况时，膜表面腐蚀介质在毛细作用下与基体表面进行接触，导致基体被严重腐蚀。腐蚀生成物一般为氯化镁、氧化镁两部分，而氧化镁和水分结合，将自动生成氢氧化镁，导致体积严重膨胀，和扫描电镜观察到的结果较为一致。

2 薄壁镁合金压铸件表面处理技术

镁合金压铸件的表面通常要求根据一定的次序要求进行脱脂、酸洗等预处理，再进行镀膜、涂装等处理。镁合金铸件表面处理，就是指镀膜处理。其具体过程是在铸件表面生成有一定抗腐蚀性保护膜。当前，镁合金铸件表面处理工艺为湿法表面处理法，即通过处理液进行铸件表面处理。当前，表面处理技术中，应用最多的是化学成膜技术。

所谓的化学成膜技术，指的是在镁合金压铸件处理过程中，通过工件和化学处理液之间的化学反应，从而在工件表面生成新的保护膜的处理技术。当前，化学成膜技术主要有磷化、化学腐蚀、锌置换、铬化等多种类型的处理技术。所谓的铬化处理，指的是在处理过程中，将工件置于铬酸、重铬酸盐为主的处理液中，使工件表面生成氧化镁、铬酸盐保护膜层。其处理液成分如表1。