自19世紀末到20世紀，由于人類文明的快速進步，金屬礦產(chǎn)資源逐漸趨于枯竭，有些金屬（如銅、鉛、鋅）只能持續(xù)幾十年，有些金屬（如鋁、鐵）也只能持續(xù)1至3百年。鎂是地殼中含量高，分布廣泛的元素之一，可以說取之不盡，用之不竭[1]。鎂合金具有密度小，比強度、比剛度高，電磁屏蔽性、減震性好以及優(yōu)良的切削加工和拋光性能，在航空、汽車和3C產(chǎn)品領域具有很大應用潛力。但是鎂合金耐蝕性差，這制約了其廣泛應用。鎂合金常用的防護方法有金屬鍍層、化學轉化膜、陽極氧化以及在其基礎之上發(fā)展起來的微弧氧化、有機物涂層。本文分別介紹了以上幾種方法并比較了它們的優(yōu)缺點。

鎂合金表面的金屬鍍層可以使用化學鍍、電鍍獲得。

按前處理方法不同，鎂合金化學鍍鎳主要有浸鋅和直接化學鍍兩種方法。浸鋅工藝由DOW公司于20世紀四五十年代設計[2,3]，該方法是在含有焦磷酸鹽的鋅鹽溶液中浸鋅后，通過氰化物鍍銅打底，然后進行化學鍍。采用氰化物鍍銅打底，結晶細致，結合力和覆蓋能力好，適用于鋅、鎂等活潑金屬的電鍍打底。但該法也存在一定缺點，如工藝較復雜、不適用于鋁含量較高的合金、氰化物的使用安全和廢液處理問題等等[4]。近年來鎂合金上直接化學鍍方法逐漸受到重視，這一工藝最初也是由DOW公司設計。直接化學鍍鎳工藝為[5]：堿洗→水洗→酸浸蝕→水洗→鍍鎳。

鎂合金上化學鍍Ni-P層厚度均勻，硬度高，耐磨性和耐蝕性好，是一種不可替代的表面處理方法。但傳統(tǒng)鎂合金直接化學鍍工藝存在以下問題：使用了氫氟酸及六價鉻等有毒物質，鍍層與基體結合力較差，耐蝕性還不是很令人滿意。因此，迫切需要開發(fā)一種環(huán)保、耐蝕性優(yōu)異的Ni-P鍍層。宋影偉[6]開發(fā)了一種對環(huán)境污染小、工藝簡單、耐蝕性優(yōu)異的鎂合金化學鍍Ni-P工藝，并將化學鍍Ni-P、復合鍍Ni-P-ZrO2及電鍍Ni三種鍍層按不同方式進行組合，制備出多層鍍層，使該多層鍍層的耐鹽霧實驗達到1000小時以上。

化學鍍是依靠界面催化來實現(xiàn)表面上的金屬沉積，催化劑就是沉積的金屬本身，故稱之為自催化反應。向陽輝等[4,5]對鎂合金直接化學鍍鎳的沉積機制進行了研究，認為鎂的初始沉積是在活化中形成的氟化膜層下面，按照電化學的方式在第二相上形核的，沉積過程與表面氧化物在鍍液中的溶解和基底與鎳離子的置換反應有關。影響鎂合金化學鍍鎳層耐蝕性的因素有基體成分、前處理條件、電鍍層的厚度和性能、暴露于腐蝕條件的時間、鍍層鍍后處理方式如鈍化和退火等[7]。鎂合金化學鍍鎳溶液中主要包括主鹽、還原劑、絡合劑、緩沖劑等，它們在鍍液中各自起著不同的作用，對鍍層外觀質量、鍍速、鍍層磷含量等都有重要的影響。由于鎂合金性質活潑，為了防止基體腐蝕，化學鍍液中一般不含SO42-或Cl-，大多數(shù)化學鍍工藝以碳酸鎳為主鹽，但碳酸鎳的價格是硫酸鎳的兩倍，造成處理工藝成本太高,最近已成功研制出以硫酸鎳為主鹽的工藝[8,9]。

鎂合金電鍍工藝有DOW氏浸鋅工藝和Norsk Hydro氏浸鋅工藝[10]。DOW氏浸鋅工藝為：丙酮脫脂→水洗→堿洗→浸蝕→水洗→活化→水洗→浸鋅→水洗→氰化鍍銅→水洗→鍍其它金屬。Norsk Hydro氏浸鋅工藝與DOW氏浸鋅工藝區(qū)別不大，只是化學浸鋅之前，有兩次活化處理。化學鍍雖具有均鍍能力強的特點，但其工藝復雜、鍍液維護困難、成本較高、廢液排放量大，尤其是對導電性要求高的電子產(chǎn)品，只能用電鍍方法。

電鍍和化學鍍的優(yōu)點是設備投資少，不需要大型設備，而且在鎂合金表面獲得的涂層具有導電性和電磁屏蔽性，涂層具有高的硬度，這種優(yōu)勢是鎂合金其它表面處理方法如化學轉化膜和陽極氧化技術無法比擬的。缺點是該方法前處理工藝多[11]，且溶液中常常使用了對環(huán)境和人身有害的物質，加工大的工件比較困難；另外由于鍍層的標準電位遠大于Mg金屬基體，相對于鎂是陰極，所以鍍層必須保證無孔，否則任何一處通孔都會由于大的腐蝕電流而產(chǎn)生嚴重的電化學腐蝕，這可能比不鍍的情況更糟。

化學轉化膜又稱為化學處理。它是通過浸漬、噴淋或涂刷，使金屬工件與化學處理液相接觸，通過金屬與處理液發(fā)生化學反應，在金屬表面形成由氧化物或金屬鹽構成的鈍化膜。這層膜與基體具有良好的結合力，阻止腐蝕介質對基體的侵蝕[12]，但膜層表面含大量的顯微網(wǎng)狀裂紋，須采用后處理以提高工件耐蝕性。

美國化學品DOW公司開發(fā)了一系列鉻化處理液，即著名的DOW7工藝，它采用鉻酸鈉和氟化鎂，在鎂合金表面生成鉻鹽及金屬膠狀物[13]。這層膜起屏障作用，減緩了腐蝕，并且具有自修復能力。鉻化反應機理是金屬表面的原子溶于溶液，引起金屬表面與溶液界面的pH值上升，從而在金屬表面沉積一薄層鉻酸鹽與金屬的膠狀混合物，包括六價與三價的鉻酸鹽和基體金屬。膜干燥后變硬，經(jīng)不高于80℃的熱處理可提高其硬度與耐蝕性。干燥后具有顯微狀裂紋，有利于其與涂層結合。鉻鹽處理工藝成熟，性能穩(wěn)定，但六價鉻毒性大且致癌，廢液處理成本高，在發(fā)達國家開始禁用，因此人們正在尋找有效的無鉻轉化技術，如高錳酸鹽[14]、高錳酸鹽+磷酸鹽[15]、錫酸鹽[16]等轉化技術。加入稀土元素也可以形成保護膜，如Amy L.Rudd等[17]研究了鈰，鑭和鐠的硝酸鹽在WE43鎂合金上的成膜特性，發(fā)現(xiàn)轉化膜在pH為8.5的緩沖溶液中可以顯著降低鎂的溶解速率，而在pH為8.5的侵蝕性溶液中浸泡60分鐘后，膜的保護性能變差。以前開發(fā)的無鉻轉化工藝最大缺點是膜層不夠致密，膜薄，保護性能差，損傷后不能自愈，但最近有文獻報道無鉻轉化工藝得到的鎂合金工件耐蝕性明顯提高，甚至比鉻酸鹽工藝效果更好[18]。但有關無鉻轉化膜的結構、成份和膜的自愈能力及成膜機理研究還少見報道，把有關化學成膜處理說成是“主要憑經(jīng)驗辦事，理論根據(jù)甚少”并非過分，應該加強這方面工作。

化學轉化工藝需用的設備簡單，投資少，容易操作，成本低。由于該工藝不使用電源，在處理過程中不存在由于電力線分布不均而導致的膜層厚度不均勻及深孔處不能沉積膜層的弊端，只要是電解液可以到達的表面，都能夠獲得厚度均勻的轉化膜。但化學轉化工藝材料適應性窄，不同的基體應采用不同的工藝。由于化學轉化膜較薄，耐蝕性、硬度和耐磨性都較低，一般作為涂裝底層，主要對于裝運和儲存時起保護作用。對于形狀復雜、表面積大、服役環(huán)境不太苛刻的工件，適于采用化學轉化工藝。

陽極氧化是利用電解作用使金屬表面形成氧化膜的過程。該技術產(chǎn)生于20世紀20年代[19]，直到1951年以后HAE和DOW17工藝的相繼出現(xiàn)才使陽極氧化技術在鎂合金防護處理中應用成為可能。陽極氧化膜具有與金屬基體結合力強、電絕緣性好、光學性能優(yōu)良、耐熱沖擊、耐磨損等優(yōu)點，與油漆、搪瓷以及化學轉化膜如鉻酸鹽轉化膜、磷酸鹽轉化膜等相比經(jīng)久耐用，因而應用很廣。微弧氧化又稱微等離子體氧化或陽極火花沉積，它是在普通陽極氧化的基礎上，使用比普通陽極氧化高的電壓（超過臨界電壓），在等離子體放電作用下在閥金屬表面原位生成陶瓷層的表面處理方法[20]。微弧氧化的研究可以追溯到1932年，由兩個德國科學家Gunterschulze和Betz首先開始進行，然后美國法蘭克福兵工廠的研究人員和伊利諾斯大學的教授以及前東德的人員為該項技術的發(fā)展做出了貢獻[21]。

相上[25]，這與鎂合金化學鍍鎳層的形成過程完全不同。對于微弧氧化，其成膜過程涉及熱化學、等離子體化學和電化學共同作用，成膜機理更加復雜。有人分析其成膜過程為[26]：當鎂合金樣品放入電解液中，表面上立刻生成Mg(OH)2或MgF2膜，這是普通陽極氧化階段。隨著處理時間延長和膜層增厚，工作電壓不斷增加。當工作電壓大于臨界電壓后，試樣表面產(chǎn)生火花，導致表面溫度很高。由于冷凝過程中有氣體析出，故陶瓷層由致密無缺陷型逐步轉變?yōu)榭锥唇诲e的疏松型，此時陶瓷層的增厚主要依靠通過對原有層的重復擊穿而使內(nèi)層的氧化過程得以進行。b相上形成，然后擴展到a相的b影響鎂合金氧化成膜效果的因素有許多種，如基體材料的組成[22]、電參數(shù)[23]、電解液的組成和濃度[24]等。與鋁合金相比，鎂合金陽極氧化膜生長機制十分復雜。鎂合金的氧化膜首先在靠近陽極氧化得到的氧化樣品耐蝕性不僅比前2種方法好，而且溶液使用壽命長，可以使用環(huán)保型綠色電解液，氧化工藝受基體影響不大，是商業(yè)上最廣泛使用的鎂合金表面處理技術[11]。尤其是微弧氧化，它克服了硬質陽極氧化的缺陷，極大地提高膜層的綜合性能，使膜層硬度高、耐磨性好、耐蝕性能優(yōu)越以及厚度易于控制，是目前研究的熱點。但是陽極氧化/微弧氧化設備投資大；電解液溫度上升快，需配備大功率冷卻設備；氧化電流效率較低，能耗大，成本比金屬鍍層和化學轉化膜高。

大多數(shù)鎂合金鑄件在陽極氧化或化學處理之后，都要涂上一層有機物保護膜，以進一步提高耐蝕性。這是因為鎂合金經(jīng)陽極氧化或化學轉化處理后，其耐蝕性雖有一定程度提高，但陽極氧化或化學轉化處理得到的膜層存在孔隙或裂紋，耐蝕性還無法滿足工業(yè)應用。在鹽霧試驗條件下，未處理的AZ91HP合金在幾小時之內(nèi)表面就出現(xiàn)腐蝕痕跡；表面有鉻轉化膜時，出現(xiàn)腐蝕的時間是幾十小時；陽極氧化處理后，出現(xiàn)腐蝕的時間一般不超過100小時，但表面涂樹脂保護膜的AZ91D試樣鹽霧腐蝕實驗可達4000小時不出現(xiàn)腐蝕[27]。鎂合金表面涂覆有機物涂層，不僅可以提高工件表面的耐腐蝕性和耐磨性能，還可改善表面裝飾性。工件在涂覆有機物涂層前，須除塵以使涂層與基體之間有好的結合力，涂覆后還要進行后處理如熱固化等。

有機物涂層適應性廣，工藝簡單，在鎂合金表面處理方法中有很好的商業(yè)應用前景。但是涂層與基體結合不太緊密，這是制約其發(fā)展的一個重要因素。開發(fā)新型涂層材料和涂覆工藝是提高有機涂層使用性能的良好途徑。

Mg合金表面處理方法經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，取得了許多成果，同時借鑒其它領域的技術成果，作者認為鎂合金表面處理方法的發(fā)展趨勢為：

 (1) 與普通陽極氧化相比，微弧氧化獲得的氧化膜性能可大大提高，是目前研究的重點，工業(yè)化應用前景很大；

(2) 隨著納米技術的發(fā)展，納米材料已經(jīng)用于鎂合金表面處理方法上，如納米復合鍍或化學鍍等，這方面的工作需要進一步完善；

(3) 鎂合金表面處理方法不再局限于傳統(tǒng)上的單個處理方法，可能是兩個方法的先后應用，如化學轉化膜+化學鍍[28]、化學鍍+化學轉化膜[29]、微弧氧化+化學鍍[30]等。