镁合金具有重量轻、比强度高、弹性模量小、刚性好、抗电磁干扰、屏蔽性好、色泽鲜艳美观等优点，被誉为“21世纪最具潜力和前途的绿色工程材料”。但是镁合金的塑性、耐蚀性、耐磨性和耐高温性能都比较差，这些已经成为目前阻碍镁合金推广应用的一个重要问题。所以如何解决镁合金表面的腐蚀和磨损问题是提高镁合金元件的使用寿命，从而扩宽镁合金应用范围的关键问题之一。

      目前镁合金表面的腐蚀和磨损问题主要通过表面防护技术来解决，常用的方法主要有等离子体微弧阳极氧化、化学转化膜技术、激光改性、电镀、电化学镀、离子注入、热喷涂、冷喷涂等。

      1 等离子体微弧阳极氧化
      微弧氧化（MAO，即Microarc Oxidation）又称等离子体氧化或阳极火花沉积（火花的产生是由于外加电压大于已沉积层的击穿电压）。等离子体微弧阳极氧化是在20世纪中期由传统的阳极氧化技术发展而来的，直至20世纪80年代中后期，微弧氧化法才成为国际热点并开始广泛应用。该技术同一般阳极氧化技术相比，具有涂层硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性强、电绝缘性能好和生产率高等特点。

      等离子体微弧阳极氧化法在阳极区可产生等离子微弧放电，使阳极氧化物熔覆在金属表面，形成陶瓷质的阳极氧化膜，适用于铝、镁、钛合金的表面处理。近年来，国内外对轻合金微弧氧化的研究主要集中在对微弧氧化层性能的优化及微弧氧化机理的研究，包括电解液体系和电参数对合金微弧氧化性能的影响和微弧氧化层的生长过程及生长机理研究。Alex等将微弧阳极氧化法应用于镁的阳极氧化[1]。他们在浓度为10g/L的NaAl2O3溶液中用30kW的等离子微弧氧化装置对镁合金MB15进行2h的微弧阳极氧化处理之后发现，经微弧氧化处理后形成的氧化膜涂层使镁合金耐腐蚀性能得到了较大的改善[2]。蒋百灵等[3]研究了微弧氧化层的生长过程及生长机理，指出微弧氧化层的生长经历阳极氧化、微弧氧化和局部放电三个过程，形成膜层包括致密层和疏松层，其中致密层厚度对合金耐蚀性具有决定作用。

      2 化学转化膜技术
      化学转化膜技术就是通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法，也就是使金属钝化。它是金属表面防护层的一种类型。化学转化包括化学氧化、磷化和钝化技术。几乎所有的金属都可以在选定的介质中通过转化处理得到不同应用目的的化学转化膜，但目前工业上应用较多的是钢铁、铝、锌、铜、镁及其合金。

      化学成膜的基本原理是：使金属与特定的腐蚀液相接触，在一定条件下发生化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的、难溶的生成物膜层。由于这层转化膜是金属基体直接参与成膜反应而生成的，因而与基体的结合力比电镀层和化学镀层大得多。

      化学转化膜技术具有设备简单、投资省、成本低的特点，且应用十分广泛，在金属的防腐蚀、耐磨、冷加工等方面都有较多应用。

      镁合金铬酸盐化处理主要采用以铬酐或重铬酸盐为主要成分的溶液进行化学处理。美国DOW化学品公司根据不同工业的需要，开发了一系列镁合金铬酸盐化转化剂。虽然该工艺成熟、性能稳定，但其有着致命的缺点：六价铬有毒，污染环境。目前趋于寻找适合的无铬转化膜工艺。周婉秋等[4]采用锰盐和磷酸盐体系对AZ31D镁合金及AZ91D镁合金表面进行处理，获得了化学转化膜。XRD结果表明：该膜是由Mn、Mg、O、P等元素组成的复式盐和Mn3（PO4）2。特别是在基础液中加入镁的缓蚀剂以后，不仅可以提高转化膜的耐蚀性，而且转化膜在5%NaCl溶液中具有一定的自愈合能力。

      3 激光改性
      激光改性，实际上是指一种快速凝固（冷却速率可达1010K/s）的金属表面改性过程。在改性的过程中，高能量的激光可将金属膜层及其下面的金属合金基体先快速熔化，再经过混合，最后凝固。这个过程使得涂层和基体形成合金。这个工艺的优点是可解决深度高达数毫米合金的表面防护问题，而且对涂层的可控性也比较好。

      纯镁、AZ91和WE54的镁合金与涂层Al+Ni和Al+Si的表面合金化可改善镁合金的耐磨损性能[5]。还可以利用激光束熔化镁合金AZ91的基体后，再加入TiC、SiC等硬度较高的材料来进行镁合金表面改性，以此来提高该镁合金表面的耐滑动摩擦性能[6]。

      4 电镀和化学镀
      在某些金属表面上形成一薄层金属涂层的最简单、最有效方法是镀覆，包括：电镀和化学镀。电镀的目的是在基材表面镀上金属镀层，以此来改变基材表面性质。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、减少磨耗、使基材表面美观。

      由于镁表面极易形成氧化层，所以需要在电镀的前处理过程中生成一种新膜层。该膜层要求既能阻止氧化层的形成，又能在电镀过程中被很快除去，一般是通过置换的方法在基体表面形成一层疏松的表面膜层来解决这个问题。另外由于镁合金基体的晶界处容易形成MgXAly类金属间化合物，导致基体表面的电位不均匀，所以不同的镁合金的前处理工艺也不尽相同[7]。另外在电镀过程中，镀液中的电流分布不均匀，这将导致复杂镀件表面形成的镀层厚度不均匀，特别是在孔内或凹陷处。相对而言，化学镀的镀层比电镀均匀很多，但是化学镀的镀液寿命比较短，而且镁的活性在化学镀中显得尤为活跃，因而限制了化学镀在镁合金上的应用。

      镁及其合金基体的电镀和化学镀已得到一些应用。戴长松等[8]研究了镁合金表面化学镀镍。镁合金经酸洗活化后,在镁合金基体上能够直接沉积得到化学镀镍层。但是由于镁的化学活泼性，在电镀过程中大量析氢，故镀层与基体结合力差。为此可利用化学镀的方法在镁合金基体表面镀覆Ni镀层，从而可以使镁合金的耐磨损和耐腐蚀性能都有所改善[9]。

      5 离子注入
      离子注入技术是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。其基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，会引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。离子注入技术由于其独特的优点，目前已经在金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得极为广泛的应用，并且取得了巨大的经济效益和社会效益。

      镁合金表面经过清洗处理后，放入离子注入机的真空室中，然后注入钽离子,钽离子注入剂量在1×1016ions/cm2到1×1017ions/cm2之间。这种方法能有效改善镁合金表面的耐腐蚀性能，而且不产生环境污染[10]。同样如果将金属铝离子注入镁合金AZ31表面，当铝离子的注入剂量为2×106ions/cm2时，镁合金AZ31的耐腐蚀性能也明显提高[11]。离子注入技术固然有许多优点，但是离子注入技术也存在一些不足：离子注入技术较为复杂，而且一般注入层比较浅，只能经受短时间的抗腐蚀。因此，经常需同其它技术相结合进行[12]。

      6 冷喷涂
      目前喷涂有两种方式：热喷涂和冷喷涂。有研究报道，可以在镁合金表面进行热喷涂铝合金等[13]。但是热喷涂技术中存在着很多问题，比如高温氧化、蒸发、溶解、结晶、残余应力、剥落、气体释放等。新兴的冷喷涂工艺克服了上述弱点，在冷喷涂过程中，喷涂粉末粒子在热的非氧化性气流束中加速，喷涂加热温度较低，颗粒基本上没有氧化、烧损和晶粒长大现象。
      冷喷涂，又称冷空气动力学喷涂法（CGDSM：Cold Gas Dynamic Spray Method），它是利用低温超音速气体射流加速喷涂粒子，使粒子不熔化，以固态形式与基体发生塑性碰撞而实现涂层沉积[14]。冷喷涂形成的涂层对基体的热影响小，使涂层与基体之间的热应力减少。冷喷涂法适用于纳米、非金属等温度敏感材料，还可用于Cu、Ti等对氧化敏感的材料，对相变敏感的碳化物复合材料的喷涂也比较适合。最终可以获得低氧化物含量、低内应力、高硬度、大厚度的沉积涂层。
      目前，关于镁合金表面冷喷涂技术的研究已经成为一个热点。采用冷喷涂技术制备的快凝Al合金（Al -12Si-3Fe-3Mn-2Ni）粉末涂层，经过热处理后涂层更加致密、均匀。使用扫描电镜观察发现涂层中的Al元素和基体中的Mg元素均发生相互扩散，并且基体中Mg元素向涂层方向的扩散量要大于涂层中的Al元素向基体方向的扩散量[15]。通过对镁合金表面冷喷涂快凝Zn-Al合金粉末的工艺进行研究，在整个喷涂过程中，使用的喷涂温度远低于镁合金的熔化温度。最终研究结果表明：采用冷喷涂技术制备的快凝Zn-Al合金粉末涂层组织致密，基体与涂层的结合处只产生塑性变形，并且无烧结、熔化等现象[16]。

      7 结束语
      综上所述，等离子体微弧氧化法制备的膜层厚度可控，膜层的耐蚀性、耐磨性、耐高温性较好，所以等离子体微弧氧化法尤其适合于耐磨性、耐蚀性要求高的工作环境；电镀可获得耐蚀、耐磨镀层，但对工件形状要求较为严格；化学镀方法不需外加电源，所得镀层耐蚀性好，硬度高[17-20]。近年来，关于镁合金电化学镀Ni-P、Ni-Cu-P、Ni-W-P镀层的工艺研究较多，在很大程度上提高了镁合金的耐蚀性。激光改性和离子注入技术因成本较高，技术成熟度较低，目前在镁合金表面处理方面应用较少。冷喷涂法获得的涂层组织致密，硬度高，且厚度可控，特别适合零部件的局部涂层制备。

      由此可见，镁合金表面防护涂层工艺虽多，但缺乏能在恶劣环境条件下提供足够防护性能的单层膜层。迄今为止，世界各国还没有开发出一种适用于镁合金基体且能够抵抗恶劣环境的单层防护层，所以大多采取多层覆层复合叠加(化学转化膜层、电化学阳极化膜层加多层油漆、树脂等)的方法对镁合金表面进行有效的防护处理。为此，国内外广大学者仍需要对此进行更深入地研究。

参考文献：
[1]Alex．J Z,Duane E B.Anodized Coating for Magnesium Alloys [J]. Metal Finishing, 1994, (3): 39-44.
[2]薛文斌, 来永春,邓志威. 镁合金微等离子体氧化膜的特性[J]. 材料科学与工艺, 1997, 5(2): 89-92.
[3]蒋百灵, 张先锋. 镁合金微弧氧化陶瓷的生长过程及其耐蚀性[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2005, 25(2): 97-101.
[4周婉秋, 单大勇, 韩恩厚等. 镁合金无铬化学转化膜的耐蚀性研究[J]. 材料保护, 2002, 35(2): 12-14.
[5]Hiraga H, Inoue T, Kojima Y, et al．Surface modification by dipersion of hard particles on magnesium alloy with laser[J]. Materials Science Forum, 2000,(350):253-258.
[6]Yue T M, Wang A H, Man H C．Corrnsion resistance enhent of magnesium ZK60/SiC composition by Nd：YAG laser Cladding[J].Scripta Materialia, 1999, 40(3): 303-310.
[7]李卫平, 朱立群. 镁及其合金表面防护性涂层国外研究进展[J]. 材料保护, 2005, 38(2):41-46.
[8]戴长松, 吴宜勇, 王殿龙. 镁及镁合金的化学镀镍[J]. 兵器材料科学与工程, 1997, 20(4):35-38.
[9]Shahin, George E. Corrosion and wear resistance of electroless nickel coating on magnesium alloys[C]//
Magesium Technology. 2002:263-267.
[10]王雪敏, 曾小勤等. 镁合金表面离子注入改性方法[P]:中国, CN1865494.2006-11-20.
[11]李朋.铝离子注入AZ31镁合金的腐蚀磨损研究[D].大连理工大学, 2005:1-2.
[12]吕楠. 镁合金表面冷喷涂快凝Zn-Al合金粉末及涂层性能的研究[D].沈阳工业大学, 2005:1-6.
[13]苏贤涌, 周香林, 崔华等. 冷喷涂技术的研究进展[J].表面技术, 2007, 36(5):71-74.
[14]Chiu L H, Lin H A, Chen C C.Effect of aluminum coatings on corrison properties of AZ31 magesium alloy [R]. Material Science Forum, 2003.
[15]袁晓光, 刘彦学等. 镁合金表面冷喷涂铝合金的界面扩散行为[J]. 焊接学报, 2007, 28(11):9-12.
[16]刘彦学, 袁晓光等. 镁合金表面冷喷涂快凝Zn-Al合金粉沫的研究[J]. 特种铸造及有色合金, 2006, 26(4): 204-207.
[17]霍宏伟, 李瑛, 王赫男等. 镁合金的腐蚀和防护[J]. 材料导报, 2001, 15(7): 25-27.
[18]官绍康, 王迎新. Al 5TiB对Mg-8Zn-4 Al-0.3Mn合金显微组织和时效过程的影响[C]//2002年材料科学与工程新进展．北京: 冶金工业出版社, 2003.
[19]张静, 潘复生, 郭正晓等. 含铝和含锰镁合金系中的合金相[C]//2002年材料科学与工程新进展．北京:冶金工业出版社, 2003.
[20]Zhao Z B, Gillispie B A, Smith J R．Coating deposition by the kinetic spary process[J]. Surface and Coating Technology, 2005, 25: 1-9.