Поверхностная обработка магниевых сплавов: экспертное руководство по методам и технологиям

В статье рассмотрены основные свойства и сферы применения магниевых сплавов, а также 5 распространенных технологий их поверхностной обработки.

Свойства магниевых сплавов

Магниевые сплавы — это сплавы на основе магния с добавлением других элементов. Наиболее широкое применение получили магниевые алюминиевые сплавы, за ними следуют магниевые цинк-циркониевые и марганцевистые сплавы.

Применение магниевых сплавов

Благодаря низкой плотности и высокой прочности магниевые сплавы широко используются в цифровых зеркальных камерах, автомобилестроении, авиакосмической отрасли.

Применение в цифровых зеркальных камерах

Низкая плотность, высокая прочность и определенная коррозионная стойкость делают магниевые сплавы идеальными для каркасов среднего и высокого ценовых сегментов. Такой каркас долговечен и приятен на ощупь.

Применение в автомобилестроении

• Корпуса сцепления, приборные панели, корпуса КПП, передние крышки двигателей, головки блоков цилиндров, корпуса кондиционеров.
• Рули, кронштейны тормозов, рамы сидений.

Применение в авиакосмической отрасли

Магниевые сплавы — самые легкие металлические конструкционные материалы в авиации, ракетостроении и производстве ракет.

Поверхностная обработка магниевых сплавов

Магниевые сплавы востребованы в транспорте и ракетостроении благодаря низкой плотности, высокой удельной прочности, хорошей виброустойчивости, электро- и теплопроводности, технологичности. Развитие науки и технологий позволило применить различные методы покрытий, расширяющие область применения, увеличивающие срок службы и реализующие потенциал материалов.

Главным ограничением является низкая коррозионная стойкость: на поверхности не формируется эффективная защитная пленка, а в контакте с другими металлами магний выступает анодом. Поверхностная обработка — простое, экономичное и эффективное решение. Плотное, однородное покрытие с хорошей адгезией существенно снижает скорость коррозии.

Основные современные технологии: гальваническое наплавление, химическое наплавление, химическое оксидирование, анодное оксидирование, микроплузменное окисление.

1. Химическое оксидирование (преобразовательные покрытия)

Процесс взаимодействия атомов металла с анионами среды, формирующий на поверхности разделяющий слой с хорошей адгезией — преобразовательную пленку.

Покрытия делятся на органические и неорганические. К неорганическим относятся: хроматные, фосфатные, редкоземельные, станнатные, перманганатные. Органические включают металлоорганические, органические кислоты, самоорганизующиеся монослои. Пленки тонкие и мягкие, поэтому редко используются отдельно, чаще как промежуточная защита.

(1) Неорганические преобразовательные пленки

Хроматное оксидирование — наиболее изученный метод. Задерживает ржавление, повышает коррозионную стойкость. Однако Cr(VI) токсичен, утилизация отходов дорога и загрязняет среду, поэтому метод постепенно заменяют хром-свободными: фосфатными, манганатными, молибдатными, станнатными, органическими солями, редкоземельной пассивацией, комбинированными методами.

(2) Органические преобразовательные пленки

Новая хром-свободная технология с преимуществами: хорошая коррозионная стойкость, экологичность, нетоксичность, доступность сырья, низкая стоимость. Делятся на три типа:

• Металлоорганические: после реакции с атомами металла образуют надежный барьер, значительно повышающий коррозионную стойкость.
• Органические кислоты (оксалатные): низкая токсичность, малое загрязнение. При оптимальных режимах образуют однородную плотную структуру с хорошей адгезией и стойкостью, соответствующей стандартам.
• Самоорганизующиеся монослои: упорядоченные двумерные пленки от спонтанной адсорбции органических молекул. Обладают высокой коррозионной стойкостью, упорядоченностью, плотной упаковкой, низким дефектностью, стабильной структурой. Свойства зависят от параметров раствора (концентрация, pH), молекул, времени выдержки, растворителя.

2. Керметные покрытия

Нанесение металлических слоев термическим напылением или паровым осаждением для антикоррозийной и декоративной защиты.

(1) Паровое осаждение (PVD/CVD)

Делится на химическое (CVD) и физическое (PVD) паровое осаждение. Газофазные физико-химические процессы изменяют состав поверхности, формируя металлическое или соединение покрытие со спецсвойствами (сверхтвердость, износостойкость, оптические/электрические свойства). Важная технология упрочнения форм, повышающая износо- и коррозионную стойкость деталей.

Обычно осаждают переходные металлы (Ti, V, Cr, Zr, Mo, Ta, Nb, Hf) и их соединения с C, N, O, B толщиной 0,5–10 мкм.

(2) Термическое напыление

Нагрев материала до расплава/полурасплава и напыление на подготовленную поверхность для формирования покрытия. Позволяет создать рабочую поверхность со свойствами: износостойкость, окислительная стойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость. При напылении на магниевые сплавы металлические, керамические или полимерные материалы формируют напыленное покрытие.

3. Лазерное поверхностное легирование

Быстрое плавление и остывание поверхности под действием лазера с образованием новых легированных слоев, меняющих физико-химические свойства. Широко применяется для коррозионной защиты магниевых сплавов.

4. Ионная имплантация

Внедрение ускоренных высокоэнергетических ионов в материал в вакууме под действием электростатического поля. Ионы занимают замещающие или интерстициальные позиции, формируя поверхностный равновесный слой.

5. Термическая диффузия

Получение покрытия контактом магниевого сплава с порошковым наполнителем при термической обработке.

Заключение

JTR предлагает широкий спектр технологий поверхностной обработки под ваши требования. Мы предоставляем высококачественные производственные решения: от прототипирования до серийного выпуска на высокоточном ЧПУ-оборудовании.