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镁合金应用于汽车发动机的优性分析

发布时间:2015-01-20 11:38:53 来源:中国腐蚀与防护网 查看次数:

合金材料给汽车发动机带来的好处

 

  合金是最轻的金属结构材料, 其密度为1.75g/cm3~1.90g/cm3,比铝合金约轻36% ,比锌合金约轻73%。合金的强度和弹性模量较低, 但它有高的比强度和比刚度,在相同重量的构件中,选用合金可使构件获得更高的刚度。
 

  


 

  合金有很高的阻尼容量和良好的消震性能,它可承受较大的冲击震动负荷,适用于制造承受冲击载荷和振动的零部件。

  合金具有优良的切削加工性和抛光性能,在热态下易于加工成型。

  合金铸件的抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPa,最高可达600多MPa。屈服强度、延伸率与铝合金相比也相差不大。

  合金还具有良好的耐腐蚀性能、电磁屏蔽性能、防辐射性能,可进行高精度机械加工。

  合金具有良好的压铸成型性能,压铸件比厚最小可达0.5mm ,适合制造汽车各类压铸件。

  合金汽车发动机带给汽车的好处是显而易见的。一是它的质量轻, 换用合金能减轻整车重量,也就间接减少了燃油消耗量。二是它的比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷。三是它具有良好的铸造性和尺寸稳定性,易加工,废品率低,从而降低生产成本。四是它具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可以降低噪声,用于座椅、轮圈可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。

  

宝马合金发动机外型
 

 

合金材料的耐蚀性分析 

  1、大气腐蚀

  在大气中腐蚀的阴极过程是氧的去极化,其耐蚀性主要取决于大气的湿度及污染程度。一般地,潮湿的环境对合金的腐蚀,只有当同时存在腐蚀性颗粒的附着时才发生作用。如果大气清洁,即使湿度达到100%,合金表面只有一些分散的腐蚀点。但是当大气污浊,有腐蚀性颗粒在合金表面构成阴极时,表面则迅速生成灰色的腐蚀产物。大气中含有硫化物和氯化物将加速的腐蚀,大气中SO2含量达100mg/m3时,腐蚀速率增加,生成可溶性的硫酸盐,因此在工业大气和海洋大气中是不耐蚀的。在干燥的清洁空气中,由于表面膜的保护作用而基本稳定。

  2、在各种介质中的腐蚀

  及其合金在大多数有机酸、无机酸和中性介质中均不耐腐蚀,甚至在蒸馏水中,去除了表面膜的合金也会因为发生腐蚀而析氢。但在铬酸中由于表面钝化而较为稳定。在含有Cl-及SO42-的溶液中腐蚀速率较大,而在含有SiO23-、CrO42-、Cr2O42-、PO43-、F-等离子的溶液中,由于可能形成保护性的表面膜而腐蚀速率较小。在碱中耐蚀性好,由于Mg(OH)2沉淀膜的存在,对基体具有很好的保护作用。

  3、电偶腐蚀与全面腐蚀

  合金由于电极电位较绝大多数金属低,当及其合金与其它金属接触时,一般作为阳极发生电偶腐蚀。阴极可以是与直接有外部接触的异种金属,也可以是合金内部的第二相或杂质相。对于氢过电位较低的金属如Fe、Ni、Cu等,作为杂质在合金内部与构成腐蚀微电池,导致合金发生严重的电偶腐蚀。而那些具有较高氢过电位的金属,如Al、Zn、Cd等,对合金的腐蚀作用相对较小。合金基体与内部第二相形成的电偶腐蚀在宏观上表现为全面腐蚀。

  4、应力腐蚀破裂与氢脆

  Mg-Mn合金和Mg-Zn-Zr合金对应力腐蚀破裂(SCC)不敏感。而Mg-Al-Zn合金具有应力腐蚀开裂的倾向。的SCC主要有穿晶型的,也有间型的。Mg-Al-Zn合金沿晶界生成Mg17Al12沉淀,其SCC是晶间型的,并且由于MgH的形成而导致氢脆。在pH值大于10.2的碱性介质中,合金非常耐SCC。而在含有Cl-的中性溶液中甚至在蒸馏水中,合金对SCC极其敏感。而合金在氟化物和含氟的溶液中耐SCC。

 

合金的表面防腐蚀处理

  合金若要用于大规模工业生产,采用保护膜和涂层处理,是最为简单经济的方法。

  目前用于合金表面处理的方法大致可以分为三类,即:化学处理、阳极氧化和金属镀层,三者均可以与有机涂层配合使用。

  1、化学处理

  通过化学处理可以在基体表面形成由氧化物或金属盐构成的钝化膜。这层膜与基体具有良好的结合力,阻止腐蚀介质对基体的侵蚀。加入稀土元素也可以形成保护膜。转化膜在pH值为8. 5的缓冲溶液中可以显著降低的溶解速率。而在pH为8. 5的侵蚀性溶液中浸泡60 min 后,膜的保护性能变差。合金在锰盐和磷酸盐组成的体系中,在对有缓蚀作用的添加剂存在的件下,可以形成保护性好、硬度和厚度均超过铬酸盐膜的转化膜。该转化膜在5% NaCl溶液中侵蚀后,具有自愈合能。

  2、阳极氧化

  合金的阳极氧化处理较化学处理可以大幅度提高耐蚀能力。阳极氧化膜可以作为涂装底层,以增进涂层与合金基体的结合力。SEM观察表明,氧化膜多孔且孔的形状不规则,这些孔如果不封闭,在腐蚀环境中很快扩大。因此合金的阳极氧化多集中在降低氧化膜的孔隙率。将合金置于电解质水溶液,在高电压下,使材料表面膜微孔中产生火花放电斑点。在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下,生成陶瓷膜层。这种膜的孔隙率大大降低,较普通阳极氧化耐蚀性及耐磨性有较大提高。

  3、金属镀层

  合金经酸洗活化后,在基体上能够直接沉积得到化学镀镍层。但是由于的化学活泼性,过程中大量析氢,镀层与基体结合力差。在中间加入浸锌工艺,所得镀层与基体结合力好,亮度高。不经浸锌,在上直接化学镀镍的工艺。使用氟化物为活化剂,经过化学镀镍、钝化及热处理,镀层具有良好的力学性能、耐蚀性、可焊性及对环境的稳定性,而且使器件的小孔内部也能够被镀层所覆盖。

 

总结

  通过以上分析,我们可以看出,合金由于较差的耐蚀性而限制了它的应用。解决合金的腐蚀防护问题,可以从控制杂质含量,制备高纯合金,发展新的耐蚀合金离子注入及激光表面改性等几方面入手,使合金优越的材料性能可以得到更广泛的应用。

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