現(xiàn)今社會(huì)相當(dāng)著重環(huán)境保護(hù), 節(jié)約能源和減少?gòu)U氣(二氧化碳)排放量, 便是世界各地一致的目標(biāo)。從汽車使用上, 降低油耗便能同時(shí)達(dá)到節(jié)能和減排。那如何降低油耗呢? 最基本就是減少汽車本身的重量, 數(shù)據(jù)指出減少10%重量, 便能改善油耗7% [1]。鎂金屬比鋁輕33%,比鋼更輕75%, 從輕量化角度看, 鎂便是首選。
由于金屬應(yīng)用于汽車上有特定的物理性質(zhì)要求, 所以鎂會(huì)加入其他不同金屬如鋁、鋅、稀有金屬等, 使其物理性質(zhì)如強(qiáng)度、耐熱、抗蠕變等能達(dá)到要求。 于歐洲, 大眾汽車的Passat和Golf型號(hào)已應(yīng)用鎂合金AZ91D來(lái)制造變速器殼體, 令其重量相比鋁合金減少20-25% [2]。除此之外, 鎂合金AM50A和AM60B也應(yīng)用于儀表板支架、汽缸罩蓋、方向盤骨架等 [2]。另外, 于北美的通用汽車, 其Savana和Express vans型號(hào)也使用上26公斤鎂合金 [2]。于中國(guó), 長(zhǎng)安汽車應(yīng)用鎂合金于方向盤骨架、汽缸罩蓋、油底殼、變速箱殼體、離合器殼體、后備胎架、輪殼和座椅骨架等 [3]。中國(guó)一汽亦應(yīng)用鎂合金于方向盤骨架、汽缸罩蓋等 [4]。
雖然應(yīng)用鎂合金能達(dá)到汽車輕量化, 改變合金比例能達(dá)到物理性要求, 但其活潑金屬的化學(xué)特性使其不耐腐蝕。不過(guò), 我們也能透過(guò)表面處理方法去改善和加強(qiáng)其抗腐蝕能力。電鍍, 是表面處理方法之一, 若把鎂合金電鍍上銅、鎳、鉻等 (如圖一), 中性鹽霧測(cè)試可達(dá)120小時(shí), 若配合合適鍍層, 更可達(dá)500小時(shí) [5]。早期在這活潑的鎂合金上電鍍, 是非常困難的, 若能上鍍, 鍍層與底材(鎂合金)的結(jié)合力也不好。近期, 一些鎂合金表面處理添加劑推出, 大大改善鎂合金上鍍和結(jié)合力問(wèn)題, 這能把鎂合金于汽車應(yīng)用推進(jìn)一步。
圖一: 鎂合金電鍍上不同鍍層
現(xiàn)介紹一下鎂合金前處理方案, 使流程能上鍍和解決結(jié)合力問(wèn)題。一般前處理包括除臘、除油、堿蝕、酸活化和沉鋅, 沉鋅后就是后繼電鍍, 整個(gè)流程大概如圖二。前兩個(gè)步驟的作用是把工件清潔好, 以免因工件不潔而影響結(jié)合力或出現(xiàn)上鍍問(wèn)題。鎂合金壓鑄件通常會(huì)進(jìn)行拋光工序, 所以第一步就是把這些拋光臘除去, 若然不把臘完全除去, 這些臘會(huì)令結(jié)合力不好或甚出現(xiàn)漏鍍。除油的原因亦是一樣。
圖二: 鎂合金前處理流程
清潔之后, 就是把鎂合金的表面進(jìn)行熱堿微蝕(堿蝕), 此是用堿性添加劑將其表面輕微侵蝕后變成網(wǎng)狀, 以增加表面面積和粗糙, 使鍍層附在其表面更加牢固, 從而加強(qiáng)結(jié)合力。第一次和第二次熱堿微蝕的分別其細(xì)致度, 第一次的堿蝕后, 用第二次堿蝕使其侵蝕得更加完整。圖三展示出鎂合金在熱堿微蝕前和后的掃瞄電子顯微鏡照片。堿蝕之后, 便是酸活化步驟。鎂合金是很活潑的, 在有氧氣下很快便形成其氧化物, 在水或堿中亦會(huì)生成其氫氧化物, 這都不利于結(jié)合力。 所以, 這酸活化不僅能中和熱堿微蝕水洗后殘留的堿, 而且在除去氧化物和氫氧化物的同時(shí), 把松散的結(jié)構(gòu)也一并去除和形成一層保護(hù)膜, 確保鍍層與底材有足夠結(jié)合力。
圖三: 鎂合金熱堿微蝕和酸活化后的掃瞄電子顯微鏡照片
酸活化后, 就是沉鋅工序。由于鎂合金的活潑化學(xué)特性, 使其不能直接電鍍其他金屬, 所以便利用鋅化學(xué)置換原理, 令其在不通電情況下也能在其表面形成一層鋅金屬, 這就是我們說(shuō)的沉鋅。當(dāng)沉鋅后, 就可以利用電鍍, 電鍍出所需要的不同鍍層, 達(dá)到防腐或裝飾性的要求。
我們希望透過(guò)此分享, 能協(xié)助汽車生產(chǎn)業(yè)界達(dá)成節(jié)約能源和減排, 從而為全球環(huán)境保護(hù)事業(yè)作出貢獻(xiàn), 為世界作出榜樣。
參考文獻(xiàn)
[1] William J. Joost, Paul E. Krajewski, a Materialia (2017) 128 (217) 107-112.
[2] Magnesium Elektron, Automotive (https://www.magnesium-elektron.com/products-services/casting-alloys/automotive/)
[3] 汽車輕量化在線, 長(zhǎng)安新能源汽車輕量化材料應(yīng)用成果 (http://www.autolightweight.com/article-237713-1.html)
[4] 一汽鑄造有限公司, 技術(shù)成果－鎂合金應(yīng)用技術(shù) (http://www.faw-foundry.com.cn/jscg2.jsp?lm=jscg2)
[5] C. Blawert, N. Hort and K. U. Kainer, Trans. Indian Inst. Met. (2004), 57 (4) 397-408.
作者：彭喜良 (1979- )，博士，畢業(yè)于香港理工大學(xué)，現(xiàn)任安達(dá)(亞太區(qū))有限公司產(chǎn)品經(jīng)理，主要從事各種電鍍添加劑的研究工作。
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