镁合金电镀在汽车上的应用

彭喜良

（安达(亚太区)有限公司，上海 200000）

前言

现今社会相当着重环境保护，节约能源和减少废气(二氧化碳)排放量，便是世界各地一致的目标。从汽车使用上，降低油耗便能同时达到节能和减排。那如何降低油耗呢? 最基本就是减少汽车本身的重量，数据指出减少10%重量，便能改善油耗7%[1]。镁金属比铝轻33%，比钢更轻75%，从轻量化角度看，镁便是首选。

1 镁合金在汽车上的应用

由于金属应用于汽车上有特定的物理性质要求，所以镁会加入其他不同金属如铝、锌、稀有金属等，使其物理性质如强度、耐热、抗蠕变等能达到要求。于欧洲，大众汽车的Passat和Golf型号已应用镁合金AZ91D来制造变速器壳体，令其重量相比铝合金减少 20-25%[2]。除此之外，镁合金AM50A和AM60B也应用于仪表板支架、汽缸罩盖、方向盘骨架等[2]。另外，于北美的通用汽车，其Savana和Express vans型号也使用上 26公斤镁合金[2]。于中国，长安汽车应用镁合金于方向盘骨架、汽缸罩盖、油底壳、变速箱壳体、离合器壳体、后备胎架、轮壳和座椅骨架等[3]。中国一汽亦应用镁合金于方向盘骨架、汽缸罩盖等[4]。

虽然应用镁合金能达到汽车轻量化，改变合金比例能达到物理性要求，但其活泼金属的化学特性使其不耐腐蚀。不过, 我们也能透过表面处理方法去改善和加强其抗腐蚀能力。电镀，是表面处理方法之一，若把镁合金电镀上铜、镍、铬等，中性盐雾测试可达120小时，若配合合适镀层，更可达500小时[5]。早期在这活泼的镁合金上电镀，是非常困难的，若能上镀，镀层与底材(镁合金)的结合力也不好。近期，一些镁合金表面处理添加剂推出，大大改善镁合金上镀和结合力问题，这能把镁合金于汽车应用推进一步。

2 镁合金的处理方案

现介绍一下镁合金前处理方案，使流程能上镀和解决结合力问题。一般前处理包括除腊、除油、碱蚀、酸活化和沉锌，沉锌后就是后继电镀，整个流程大概如图 1。前两个步骤的作用是把工件清洁好，以免因工件不洁而影响结合力或出现上镀问题。镁合金压铸件通常会进行抛光工序，所以第一步就是把这些抛光腊除去，若然不把腊完全除去，这些腊会令结合力不好或甚出现漏镀。除油的原因亦是一样。

图1 镁合金前处理流程

清洁之后，就是把镁合金的表面进行热碱微蚀(碱蚀)，此是用碱性添加剂将其表面轻微侵蚀后变成网状，以增加表面面积和粗糙，使镀层附在其表面更加牢固，从而加强结合力。第一次和第二次热碱微蚀的分别其细致度，第一次的碱蚀后，用第二次碱蚀使其侵蚀得更加完整。图2展示出镁合金在热碱微蚀前和后的扫瞄电子显微镜照片。碱蚀之后，便是酸活化步骤。镁合金是很活泼的，在有氧气下很快便形成其氧化物，在水或碱中亦会生成其氢氧化物，这都不利于结合力。所以，这酸活化不仅能中和热碱微蚀水洗后残留的碱，而且在除去氧化物和氢氧化物的同时，把松散的结构也一并去除和形成一层保护膜，确保镀层与底材有足够结合力。

酸活化后，就是沉锌工序。由于镁合金的活泼化学特性，使其不能直接电镀其他金属，所以便利用锌化学置换原理，令其在不通电情况下也能在其表面形成一层锌金属，这就是我们说的沉锌。当沉锌后，就可以利用电镀，电镀出所需要的不同镀层，达到防腐或装饰性的要求。

图2 镁合金热碱微蚀和酸活化后的扫瞄电子显微镜照片

3 结论

我们希望透过此分享，能协助汽车生产业界达成节约能源和减排，从而为全球环境保护事业作出贡献，为世界作出榜样。

[1] William J. Joost, Paul E. Krajewski, Scripta Materialia (2017) 128(217) 107-112.

[2] Magnesium Elektron, Automotive(https://www. magnesium -elektron.com/products-services/casting-alloys/automotive/).

[3] 汽车轻量化在线, 长安新能源汽车轻量化材料应用成果 (http://www.autolightweight.com/article-237713-1.html).

[4] 一汽铸造有限公司, 技术成果－镁合金应用技术(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.