技术资料——模具行业从业者必备知识手册

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镁合金的表面处理
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镁合金表面处理及其功能
镁合金零件常见之表面处理大致可分为﹕油与蜡之外表被覆﹑化学处理法﹑阳极氧化法﹑喷漆法﹑电镀法﹑气体/电浆氮化法﹑雷射合金化﹐而一般机械方法如抛光﹑擦光﹑滚桶研磨﹑及震动磨蚀法亦可使用表面处理方法使用选择所需考虑之因素：
1.表面处理是否仅装饰或美观用途
2.镁合金零件是否具备某种程度之保护特性或机械效益只强化。
3.上述功能皆须满足
若镁合金零件之应用仅须面对风化间歇性之润湿﹐而不需有豪华美丽外观﹐则不需做任何表面处理﹐但有些表面处理具较复杂程度之涂装﹐可在长期严苛环境下保护零件。
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表面处理之应用亦须考虑到整体经济成本效益﹐要选择最佳条件之表面处理﹐必须了解镁零件所处之环境条件﹐急镁零件表面处理之耐腐蚀行为及机械特性。镁金属表面处理最佳条件之决定因素包括可容忍之腐蚀程度及操作环境之严苛程度。压铸镁合金于汽车零组件应用﹐对严苛之盐雾暴露﹐及未做化学处理或被覆之电解腐蚀抑止效果﹐皆优于碳钢及压铸380铝材。而于油腊被覆﹑化学处理及喷涂﹐电镀技朮亦皆可满足装饰及保护需求。
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镁合金表面处理及其功能
镁合金表面可用化学法或电化学法做表面处理﹐这些被覆物可取代天然之氢氧化物(Mg(OH)2)或碳酸盐(MgCO3)被覆物﹐且具更佳之耐蚀性。这些表面处理对有机被覆物具更佳之兼容性﹐也可单独使用以抗拒一般性之暴露。
化成处理后可应用有机被覆物做许多结构性之应用﹐优势喷涂前需做树脂封孔。所有镁合金表面处理中﹐铬酸盐被覆物可能最常被使用﹐除具中等程度之保护外﹐也可作喷漆底材﹐提供化学或机械之附着力。铬酸盐被覆物之抑制作用亦可提供永久性之附着性﹐当工件暴露在冷凝湿气中时﹐阻止碱性或氧化膜之形成。铬酸盐底材对重工业及海洋环境严苛暴露腐蚀亦具效益。
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镁合金之阳极氧化与其它金属阳极氧化步骤流程大致类似﹐去污→活化→阳极氧化。

  碱性与酸性阳极氧化皆可行。但镁之阳极氧化不具着色效益﹐须阳极氧化配合有色之喷漆涂装。碱性阳极氧化须做后处理以提升喷漆之附着力﹐它比酸性阳极氧化更质硬及耐磨耗。酸性阳极氧化较具弹性﹐不易淬裂及剥落﹐对严苛环境为及佳之喷漆底材。

5 镁合金表面处理及其功能
下表显示镁合金表面处理之功能与目的
目的/效应 | 功能 | 表面处理
清洗 | 1 改善表面
2 防止污染
3 焊接前之预处理
4 后续加工处理前之预处理 | 1 溶剂或碱液脱脂
2 酸洗
3 冲蚀(化学﹑动力﹑干式)
4 机械抛光
美观 | 着色光泽 | 1 阳极处理染色
2 喷漆
3 化成处理
4 电镀
改善化学特性 | 1 保持外观
2 防止劣化
3 防止污染 | 1 阳极处理
2 喷漆
3 化成处理
改善物理特性 | 1 改善硬度与耐磨耗性
2 电力绝缘与传导
3 热排斥与吸附
4 润滑 | 1 阳极处理/电镀
2 阳极处理/电镀
3 阳极处理/化成处理
4 阳极处理及润滑
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镁合金之表面预处理
镁合金之表面预处理与其它金属处理一样重要﹐因为它会影响到随后之被覆制程于镁零件之制造过程中﹐一些污染物如油脂﹑氧化物或骯脏异物皆可能存在﹐此外化学处理后之残留杂质亦必须去除。一般镁合金零件之清洗制程可分为四种类别﹕即机械清洗﹑溶剂清洗﹑碱液清洗及酸洗﹐其中溶剂清洗﹑碱液清洗及酸洗亦被归类为化学清洗。这些方法可单独使用﹐亦可以组合使用﹐视工作状况而定﹐下表为镁合金使用之清洗制程说明﹕
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清洗类别 | 应用方法 | 应用
机械清洗 | 钢刷﹐砂磨﹐喷沙﹐滚桶研磨 | 快速去除重型氧化物被覆层及污染物之方法﹐喷沙珠击后应使用酸洗
溶剂清洗 | 清洗﹐蒸气脱脂﹐乳化浸渍清洗 | 碱液清洗前去除过量油质﹐喷漆涂层前之预清洗
碱液清洗 | 热浸渍﹐电解清洗 | 镁合金化学处理前最有效之脱脂法。可去除旧有之化学表面物
酸洗 | 浸渍法 | 数种酸洗法皆适用于镁零件。
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镁合金之机械清洗法（7种技术）
镁合金之机械清洗法包括研磨﹑粗抛光﹑干式及湿式磨蚀喷击清洗﹑钢刷清洗﹑湿式桶槽清洗及振动表面处理。
1.研磨及粗抛光﹕带式研磨可用于去除压铸件毛边﹑表面缺陷或刮痕等﹐无表面污染物存在之危险性﹑亦不需特殊磨料。
2.干式磨蚀喷击清洗﹕喷砂为镁合金最常使用之干式磨蚀喷击清洗法﹐许多压铸厂使用25或35AFS细粒之隧石细砂﹐也可利用小钢珠喷击。于传统操作状况下﹐2种方式均可得相同之满意结果﹐若喷击压力过大﹐可能造成表面之腐蚀﹐因为钢屑可能嵌入工件表面。任何干式磨蚀喷击后﹐皆须做酸洗以排除喷击之不良效应。
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湿式磨蚀喷击清洗﹕这是电镀前之表面处理步骤﹐可去除表面碳质化合物及厚重腐蚀产物﹐及去除剥推操作之残留喷漆。
4. 滚桶研磨﹕镁压铸件可利用湿式桶槽﹐振动桶槽﹐界面活性剂及表面处理配方去除表面污染物﹑碳质及非碳质之模具润滑剂﹐并平滑组件。溶液须连续流动过介质以阻止污染物之累积及组件表面可能之污染。滚桶研磨可作为高纯度镁合金零件之表面处理﹐及用于链锯﹑除草设备零件及动力手工具喷漆与之预处理及清洗。
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5.钢刷处理﹕镁合金可于现场用钢刷处理﹐以去除污染物再作喷焊。钢刷设备应加以调整使得足够压力施用于镁片上﹐设备之设计应使用其不致磨蚀到镁片﹐最终表面之平滑度与钢刷线材组成及粗糙度有关。
6.振动表面处理﹕结合磨平或擦光之清洗以去除氧化物﹑污染物﹑毛边及铸件外皮﹐陶瓷及其它介质皆可加以使用﹐视零件表面状况及所需表面处理而定。勿使用酸添加物﹐易侵蚀镁之表面。适当之清洗与干燥甚为重要。
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7.抛光与擦光﹕

可作为镁合金电镀﹑阳极氧化及喷涂前之预处理。镁压铸件抛光时应尽量减少磨除量﹐以保持铸件外层薄而无孔质层。标准件抛光可使用磨轮及皮带﹐可去除粗糙表面﹑分模线﹑及镁合金零件表面之缺陷。可使用Al2O3﹐及SiC磨料﹐其粒径大小视表面粗糙度﹐及最终所需之表面处理而定。游离铁及其它重金属微粒不可用做镁合金抛光之磨料﹐因为这些金属若嵌入镁合金表面会引起腐蚀﹐或在酸洗时造成孔洞。镁合金亦可用硅藻土化合物或 Al2O3于缝合轮作平滑光泽表面处理抛光。对着色抛光可用干石灰石化合物﹐抛光化合物若含有游离铁或其它重金属磨料不可使用。抛光或擦光后﹐在有机涂装之前应作硝酸铁光泽酸洗﹐硝酸铁光泽酸洗可生成钝化表面﹐增加被覆物之附着性及耐蚀性﹐也可以阻止被覆物干燥后发生污点。

12 镁合金抛光与擦光步骤
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化学清洗
镁合金化学清洗包括蒸气脱脂﹑溶剂清洗﹑乳化清洗﹑酸洗及碱洗。
1.溶剂清洗及蒸气脱脂可去除油质﹑成形润滑剂﹑腊﹑淬火油﹑腐蚀保护油﹑抛光﹑擦光化合物﹑溶解性土壤及污染物。固态微粒﹐如加工粉尘及碎屑可用溶剂清洗加以去除﹐因为它可溶解附着于零件的油脂﹐而这些油脂使这些微粒黏附在零件上。这些清洗行为必须于喷涂﹑电镀﹑化学处理及机械加工或成形前后进行。用于其它金属化学清洗之方法及设备同样可使用于镁金属﹐三氯乙烯﹑过氯乙烯是最常用的溶剂﹐二氯甲烷可有效自压铸件表面去除过量之有机树脂嵌入物。
2.乳化清洗可用以去除油脂及抛光化合物。乳化清洗剂可为中性或碱性﹐pH值7以上﹐以免腐蚀镁合金镁合金表面。加水及溶剂使用前宜加以测试﹐以避免可能之金属孔蚀现象。
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酸洗﹕

酸洗可去除紧密附着于镁合金表面之污染物﹑或是不溶于
溶剂与碱液之污染物﹐这些污染物包括有色天然氧化物﹐嵌
入之砂或铁﹑铬酸盐被覆物﹑焊接杂质及燃烧之润滑剂等。
酸洗处理之选择应考虑须去除之污染物﹐处理之镁合金类别
﹐尺寸变形量可容许限度﹐及所需之表面外观。选择适当之
酸洗法可避免表面形成状之黑色污染物。
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镁合金表面处理除改变金属表面之耐腐蚀性﹐也可
提供装饰性之外观 ﹐利用硝酸铁﹐醋酸﹐硝酸盐或磷酸
清洗皆可达到目的。
硝酸铁酸洗会在表面形成氧化铬膜﹐使表面钝化而
增强其耐腐蚀性。醋酸-硝酸盐及磷酸酸洗可作为一种螫
合剂﹐自镁合金表面有效去除其它金属杂质﹐阻止局部
电流腐蚀。下表为镁合金之酸洗处理法。
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镁合金抛光与擦光步骤 13

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镁合金抛光与擦光步骤
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