鋁合金、鎂合金錶面強化技術

第一篇鋁及鋁合金表面強化技術
第一章鋁及鋁合金的特性及應用2
第一節鋁及鋁合金的特性2
一、變形鋁合金3
二、鑄造鋁合金5
第二節鋁及鋁合金的應用5
第三節鋁及鋁合金的腐蝕及表面強化技術6
一、鋁及鋁合金的腐蝕特點6
二、鋁及鋁合金的表面強化技術11
參考文獻15

第二章鋁及鋁合金表面強化前處理17
第一節粗糙表面的整平17
一、噴砂和噴丸17
二、磨光和機械拋光23
第二節脫脂27
一、有機溶劑脫脂28
二、化學脫脂29
三、電化學脫脂32
四、超聲波脫脂34
五、乳化液脫脂35
第三節浸鋅和鋅鎳合金35
一、有氰浸鋅36
二、無氰浸鋅37
參考文獻40

第三章鋁及鋁合金化學氧化處理42
第一節概述42
第二節六價鉻化學氧化工藝43
一、鉻酸鹽處理44
二、磷鉻酸鹽處理45
第三節無鉻化學氧化工藝46
一、磷酸鹽處理47
二、矽烷處理50
三、稀土鹽處理53
四、分子自組裝處理55
參考文獻58

第四章鋁及鋁合金陽極氧化處理62
第一節概述62
一、變形鋁合金62
二、鑄造鋁合金63
第二節陽極氧化原理64
一、陽極氧化膜的結構65
二、陽極氧化膜的生長機理66
第三節硫酸陽極氧化工藝67
一、硫酸陽極氧化規範67
二、硫酸陽極氧化工藝參數的影響68
第四節硬質陽極氧化工藝70
一、硬質陽極氧化概述70
二、硬質陽極氧化工藝參數的影響73
第五節其他陽極氧化工藝75
一、瓷質陽極氧化工藝75
二、草酸陽極氧化工藝77
三、鉻酸陽極氧化工藝78
四、有機酸硬質陽極氧化工藝79
參考文獻80

第五章鋁及鋁合金微弧氧化處理83
第一節概述83
第二節微弧氧化原理85
一、微弧氧化的生長過程85
二、微弧氧化的生長模型86
第三節微弧氧化工藝88
一、微弧氧化預處理工藝88
二、微弧氧化製備工藝88
第四節微弧氧化影響因素90
一、合金材料及表面狀態的影響90
二、電解質溶液及其組分的影響91
三、電流密度及氧化電壓的影響92
四、溫度與攪拌的影響93
五、微弧氧化時間的影響93
六、陰極材料、掛具及極間距的影響94
七、微弧氧化的能量參數控制94
八、膜層的後處理95
參考文獻96

第六章鋁及鋁合金化學鍍處理98
第一節化學鍍鎳工藝99
一、化學鍍鎳原理99
二、鋁合金化學鍍鎳工藝100
三、高溫化學鍍鎳工藝及配製方法104
四、中低溫化學鍍鎳工藝105
五、鍍液各成分的作用106
六、鍍液工藝條件的影響107
第二節化學鍍鈷工藝107
一、化學鍍鈷工藝及配製方法108
二、鍍液各成分的作用及影響因素110
參考文獻110

第七章鋁及鋁合金陽極氧化後處理113
第一節高溫封閉工藝113
一、沸水封閉113
二、水蒸氣封閉114
第二節重鉻酸鹽和鎳鈷鹽封閉115
一、重鉻酸鹽封閉115
二、鎳鹽和鈷鹽封閉116
第三節常溫封閉工藝117
一、常溫封閉原理117
二、常溫封閉工藝要求118
第四節綠色封閉工藝119
一、溶膠封閉119
二、有機物封閉120
三、微波水合封閉121
第五節其他封閉工藝122
一、稀土鹽封閉122
二、乙酸鹽封閉124
三、磷酸鹽封閉124
四、氟鈦酸鹽封閉124
五、複合方法封閉125
參考文獻125

第二篇鎂及鎂合金表面強化技術
第八章鎂及鎂合金的特性及應用129
第一節鎂及鎂合金的特性129
一、鎂及鎂合金的物理、化學性質129
二、鎂合金的分類130
三、合金元素對鎂合金性能的影響131
第二節鎂及鎂合金的應用133
一、鎂合金在航空航太方面的應用133
二、鎂合金在汽車領域的應用134
三、鎂合金在電子通信行業中的應用134
四、鎂合金在醫療領域中的應用135
五、鎂合金在軍事領域中的應用135
六、鎂合金在其他領域中的應用136
七、鎂合金應用發展趨勢136
第三節鎂及鎂合金的腐蝕及表面強化技術136
一、鎂及鎂合金的腐蝕特點137
二、鎂合金的表面強化技術139
參考文獻143

第九章鎂及鎂合金表面強化前處理145
第一節粗糙表面的整平145
一、噴砂和噴丸146
二、磨光和機械拋光146
第二節脫脂147
一、有機溶劑脫脂148
二、化學脫脂和電化學脫脂148
三、超聲波脫脂150
四、乳化液脫脂151
第三節浸蝕151
參考文獻153

第十章鎂及鎂合金化學轉化處理及陽極氧化處理155
第一節鎂及鎂合金化學轉化處理155
一、鉻酸鹽化學轉化處理155
二、磷酸鹽化學轉化處理157
三、磷酸鹽-高錳酸鹽化學轉化處理160
四、稀土鹽化學轉化處理162
五、錫酸鹽化學轉化處理165
六、鉬酸鹽化學轉化處理167
七、植酸化學轉化處理169
第二節鎂及鎂合金陽極氧化處理171
一、概述171
二、鎂合金傳統陽極氧化工藝172
三、鎂合金環保陽極氧化工藝174
四、陽極氧化膜的形成過程及組成177
五、陽極氧化膜的封孔179
參考文獻181

第十一章鎂及鎂合金微弧氧化處理185
第一節鎂及鎂合金微弧氧化技術185
一、微弧氧化技術發展歷史185
二、氧化膜的生長機理及膜層性能185
三、微弧氧化電源形式187
四、電解液體系及添加劑188
五、存在的問題及未來發展190
第二節鎂及鎂合金的微弧氧化工藝及後處理190
一、鎂合金微弧氧化工藝190
二、溶液組成和工藝參數的影響191
三、鎂合金微弧氧化著色工藝192
四、鎂及鎂合金微弧氧化封孔處理194
參考文獻198

第十二章鎂及鎂合金化學鍍、電鍍處理201
第一節鎂及鎂合金鍍前處理工藝201
一、酸洗及活化201
二、預製中間層207
第二節鎂合金化學鍍鎳工藝215
一、鎂合金化學鍍鎳鍍液成分及工藝參數的影響216
二、化學鍍三元合金和複合鍍224
三、鎂合金化學鍍鎳成核機制的初步研究224
第三節電鍍工藝228
一、電鍍銅229
二、電鍍鋅230
三、電鍍鎳231
四、電鍍銅/鎳/鉻組合鍍層232
參考文獻233

第十三章鎂及鎂合金其他表面強化技術237
第一節鎂合金表面超疏水膜層237
一、水熱法238
二、化學刻蝕法238
三、沉積法239
四、範本法240
第二節鎂合金表面氣相沉積241
一、物理氣相沉積242
二、化學氣相沉積243
第三節鐳射表面處理245
一、鐳射表面重熔246
二、鐳射表面合金化247
三、鐳射熔覆247
第四節離子注入表面改性249
一、離子注入原理249
二、離子注入在鎂合金中的應用250
第五節表面噴塗252
一、熱噴塗253
二、冷噴塗254
參考文獻256

輕金屬通常是指相對密度在4.5以下的金屬，主要包括鋁、鎂、鈦等。伴隨著國民經濟和國防現代化的發展，輕金屬材料的應用越來越廣泛。

鋁合金因其方便的加工、較高的比強度、穩定的性能、優異的導電性等特性，被廣泛應用於航空、交通、通信、生物和醫藥等領域。我國雖是鋁加工大國，但不是鋁加工強國。隨著中國製造業、服務業的大發展，未來中國將迎來一個鋁加工產業和應用大發展的時機，中國鋁加工產品，將從中低端向中高端方向發展。

鎂合金被譽為“21世紀的綠色工程材料”，是目前最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼減振性好、導熱及電磁遮罩效果佳、機加工性能優良、零件尺寸穩定、易回收等優點，廣泛應用於航空航太、國防、汽車工業、電子通信、醫療及一般民用產品等行業。我國是鎂資源大國，在鎂及鎂合金工業應用方面擁有得天獨厚的優勢。然而在國內，鎂合金的應用現狀和預期仍然存在巨大的差距，有著很大的發展潛力。

隨著鋁合金和鎂合金的應用範圍進一步擴大以及伺服條件越來越苛刻，對鋁合金和鎂合金表面處理的要求越來越高，相應的表面處理技術也在不斷改進和發展，取得了一些新的研究成果。在此背景下，本書結合多年來的教學、科研和生產實踐，參考國內外大量相關文獻和資料編著而成。

本書主要包括兩大部分：第一篇是鋁及鋁合金表面強化技術，介紹了鋁及鋁合金的特性、應用和表面強化前處理技術，鋁及鋁合金的化學氧化、陽極氧化、微弧氧化、化學鍍和陽極氧化後處理工藝；第二篇是鎂及鎂合金表面強化技術，介紹了鎂及鎂合金的特性、應用與表面強化前處理技術，鎂及鎂合金的化學轉化、陽極氧化、微弧氧化、化學鍍電鍍和其他表面強化技術。

本書第一篇由鄒忠利副教授編寫，第二篇由劉海萍副教授和畢四富高級工程師編寫；李甯教授和石緒忠高級工程師審稿。

本書在編寫過程中參閱了國內外大量的文獻資料，謹向原作者表達誠摯的感謝。

本書可供表面處理、腐蝕與防護、電化學工程等領域的工程技術人員和生產技術人員使用和參考，也可供大中專院校有關專業的師生使用及參考。

由於編者水準有限，經驗亦不充足，書中疏漏和不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

2019年6月於哈爾濱工業大學（威海）