导致同一种镁合金压铸不同部件,使用同一种钝化剂后耐腐蚀性差异较大的原因,主要可以归结为以下几个方面:
一,压铸工艺参数差异:
模具温度: 不同部件的模具温度可能不同。温度影响金属液的充型、凝固速度和冷却速率。冷却速率慢可能导致晶粒粗大、偏析(如β相分布不均)或形成更多孔隙,这些都会降低耐蚀性。
注射速度/压力: 充型速度和压力影响金属液的流动状态、卷入气体的量以及凝固组织。高速高压可能导致卷气、湍流,形成更多气孔、冷隔或氧化夹杂物,成为腐蚀的起点。
保压时间/压力: 影响铸件凝固收缩时的补缩效果。保压不足会导致缩松、缩孔等内部缺陷,破坏材料的连续性,成为腐蚀通道。
冷却时间: 影响铸件出模时的温度和组织状态,进而影响后续的残余应力和微观组织。
熔炼温度/时间: 虽然同批材料,但不同部件压铸时熔炼炉的状态(温度、时间)可能略有差异,影响熔体纯净度(氧化物、熔剂夹杂)和元素烧损,导致成分微观不均。
部件几何形状与结构复杂性:
壁厚差异: 厚壁件冷却慢,晶粒粗大,偏析倾向更严重,内部缺陷(如缩松)风险更高。薄壁件冷却快,晶粒细小,但可能因充型困难产生冷隔、欠铸或表面质量差。
复杂程度: 结构复杂的部件(如深腔、窄槽、细长筋、密集散热片)更容易导致:
充型不良: 形成冷隔、欠铸区域。
卷气/夹渣: 气体和熔渣不易排出,滞留在死角。
冷却不均: 导致残余应力分布不均。
后续处理困难: 喷丸清理、酸洗、水洗、钝化时,药液在复杂区域的流动性、交换性差,导致清洗不彻底、钝化膜覆盖不均匀或厚度不足。死角、缝隙处容易藏匿污染物或钝化不良。
二,表面状态与预处理差异:
脱模剂残留: 不同部件或不同模具位置,脱模剂的喷涂量、均匀性、残留量可能不同。残留的脱模剂(尤其是硅基)会严重阻碍钝化剂与镁合金基体的有效接触和反应,导致局部钝化失败。
喷丸/喷砂处理: 如果进行了表面清理(去除氧化皮、脱模剂残留、毛刺),不同部件或同一部件的不同区域,喷丸/喷砂的强度、覆盖率、均匀性可能不同。这会影响表面粗糙度、清洁度和活化状态,进而影响钝化膜的均匀性和附着力。过度喷丸可能引入嵌入的杂质或造成表面损伤。
酸洗/活化: 酸洗的浓度、温度、时间控制不严格,或部件在酸洗槽中放置位置不同导致接触不均,会造成表面活化程度不一致。活化不足的区域钝化反应弱;活化过度的区域可能表面粗糙度高或产生过腐蚀点。
清洗质量: 水洗不彻底,特别是复杂结构内部残留酸液、盐分或其他污染物,会直接影响钝化效果和钝化膜质量。
三,钝化工艺过程控制:
槽液状态: 钝化液在使用过程中有效成分会消耗,pH值、温度会变化,杂质离子(如Fe³⁺, Cl⁻, SO₄²⁻)会积累。不同批次处理的部件,或者同一槽液处理但处理时间间隔较长的部件,接触到的槽液“新鲜度”和成分可能不同。
处理时间/温度: 工艺参数(时间、温度)的波动或控制不精准,直接影响钝化膜的厚度、致密性和成分。
搅拌/循环: 钝化槽内溶液的搅拌或循环不足,会导致局部浓度不均、温度分层,使得不同位置或不同部件表面的成膜条件不一致。复杂部件内部尤其受影响。
挂具/接触点: 部件在挂具上的接触点位置不同,可能导致电流分布不均(如果是电化学钝化)或溶液接触差异。接触点本身也可能被屏蔽,导致该区域钝化不良。
水洗与干燥: 钝化后水洗不充分(残留钝化液)或干燥不彻底(残留水分),可能导致钝化膜局部溶解、污染或产生水痕,影响耐蚀性。
四,材料本身的微观不均一性:
偏析: 即使同炉合金,在压铸凝固过程中,不同位置(如表面与心部、厚壁与薄壁交界处)的溶质元素(如Al, Zn, RE)和杂质元素(如Fe, Ni, Cu)分布可能不均匀。杂质元素富集的区域会成为强烈的阴极性杂质点,严重加速局部腐蚀。β相(Mg₁₇Al₁₂)的分布、尺寸、连续性对耐蚀性至关重要,其分布不均会导致电化学不均匀。
缺陷分布: 气孔、缩孔、夹杂物、冷隔等缺陷在不同部件中的数量、大小、分布位置不同。这些缺陷是钝化膜的薄弱点或直接暴露基体,成为优先腐蚀的通道。
五,后续使用或测试环境:
装配应力: 不同部件在装配时可能承受不同的机械应力(如压配、螺栓紧固),应力会加速腐蚀。
接触环境: 部件在整机中的位置不同,接触的介质(湿度、盐雾、其他金属、密封材料渗出的物质)可能不同。
电偶腐蚀风险: 如果与其他金属(尤其是电位较高的金属如钢、铜合金)连接,且绝缘设计不良,不同部件可能面临不同的电偶腐蚀驱动力。
总结来说,主要原因在于:
压铸过程 本身引入了组织(晶粒、相、缺陷)和成分(偏析)的不均匀性,且这种不均匀性因部件几何形状、模具和工艺参数的差异而放大。
表面预处理(脱模剂清除、喷丸、酸洗、清洗)的质量和均匀性对钝化效果至关重要,复杂部件尤其难以保证一致性。
钝化工艺过程 的控制(槽液管理、参数控制、搅拌、挂具)直接影响钝化膜的均匀性和质量。
材料微观不均(偏析、杂质、缺陷)在压铸件中普遍存在,且分布随机。
解决思路:
严格控制压铸工艺: 优化模具温度、注射参数、保压压力和时间、冷却条件,尽量减少缺陷和偏析,提高组织均匀性。
强化表面预处理:
确保脱模剂清除彻底(选择合适的清洗剂和工艺)。
保证喷丸/喷砂处理的均匀性和一致性。
严格控制酸洗/活化工艺参数,确保表面活化状态均匀。
加强水洗,特别是复杂部件的内部,确保无残留。
优化钝化工艺:
加强槽液管理(定期分析、补加、过滤或更换)。
精确控制温度、时间等参数。
加强槽液搅拌或循环,确保浓度和温度均匀。
优化挂具设计,减少屏蔽效应,确保良好接触。
保证钝化后充分水洗和彻底干燥。
加强过程检验: 对关键部件或易出问题的区域进行钝化膜质量抽检(如点滴试验、盐雾试验对比)。
考虑部件设计: 在设计阶段就考虑防腐蚀性,避免过大的壁厚差异、难以清洗和钝化的死角结构。
即使使用相同的材料和钝化剂,压铸和后续处理过程中的诸多变量都会显著影响最终部件的耐腐蚀性能。要获得一致且良好的耐蚀性,必须对整个工艺流程(从压铸到钝化后处理)进行严格而精细的控制。