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    鋁鑄件的損壞主要發(fā)生在表面，鋁合金材料表面增強具有重要的經(jīng)濟價(jià)值。鑄造鋁合金表面耐腐蝕性能的改善通過(guò)微弧氧化、電沉積、多弧離子鍍、化學(xué)復合鍍和化學(xué)轉化膜等電化學(xué)方法來(lái)實(shí)現。鑄造鋁合金可以通過(guò)電化學(xué)方法獲得改性層，其目的是賦予表面耐腐蝕性、耐磨性、裝飾性以及其他特性。

    1微弧氧化陶瓷層

    微弧氧化(Microarcoxidation，MAO)又稱(chēng)微等離子體氧化(Microplasmaoxidation，MPO)，是通過(guò)電解液與相應電參數的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，生長(cháng)出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。由于在微弧氧化過(guò)程中，化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、等離子體氧化同時(shí)存在，微弧氧化工藝將工作區域引入到高壓放電區域，極大地提高了膜層的綜合性能。微弧氧化膜層與基體結合牢固，結構致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。該技術(shù)操作簡(jiǎn)單和易于實(shí)現膜層功能調節，而且工藝不復雜，不造成環(huán)境污染，是一項全新的綠色環(huán)保型材料表面處理技術(shù)，在航空航天、機械、電子、裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

    合金元素Cu、Mg有利于微弧氧化的進(jìn)行，而Si元素則有礙于微弧氧化。對含硅量為8%～12%的ZL系列鑄鋁合金的微弧氧化工藝條件、膜層結構以及成膜過(guò)程進(jìn)行了研究。結果表明：鑄鋁合金在水玻璃復合體系中進(jìn)行微弧氧化，可以得到一層細膩、均勻、較厚、顯微硬度較高的陶瓷氧化膜；微弧氧化電解液體系中，水玻璃能夠使鑄鋁合金的微弧氧化順利進(jìn)行；Na2WO4和EDTA二鈉復配可提高膜層硬度；該研究條件下獲取ZL109合金微弧氧化膜的工藝條件為NaOH：2～4g/L，水玻璃：5～7mL/L，Na2WO4：2～4g/L，EDTA二鈉：2～4g/L，微弧氧化電流密度30～40A/dm2，溶液溫度30～40℃，強攪拌。此外，也對ZL109的微弧氧化進(jìn)行了研究，獲得了致密層厚度76μm以上，顯微硬度HV1600均勻氧化陶瓷膜層。

    交流電源恒流條件下鋁合金表面微弧氧化-黑化一體化處理研究顯示，釩酸鹽對微弧氧化陶瓷膜的黑化效果具有決定性作用；黑色陶瓷膜色澤穩定，具有較高的顯微硬度，并能對基體金屬提供有效的腐蝕防護；黑色陶瓷膜主要元素組成包括O、Al、Si、V和P，膜中化合物主要以無(wú)定形態(tài)和/或微晶態(tài)形式存在，只發(fā)現少量的γ-Al2O3和ε-Al2O3晶體；黑色陶瓷膜為較為疏松的單層結構，其表面在微觀(guān)尺度上粗糙不平，存在較為密集的尺寸為μm量級的微孔，并有明顯的高溫燒結痕跡和微裂紋；黑色陶瓷膜的微觀(guān)結構與其形成機制有關(guān)。

    ZL101鑄造鋁硅合金微弧氧化陶瓷膜生長(cháng)分為3個(gè)階段，氧化初期，電流密度較高，但膜層生長(cháng)較慢。在膜快速生長(cháng)階段，膜生長(cháng)速率達到極大值；膜生長(cháng)進(jìn)入平穩期后，基本保持恒定，樣品的外部尺寸不再增加，膜逐漸轉向基體內部生長(cháng)；合金化元素硅的影響主要表現為氧化初期對膜生長(cháng)的阻礙作用；鑄造鋁合金經(jīng)過(guò)微弧氧化處理后，腐蝕電流大幅下降，極化電阻增加了幾個(gè)數量級；較薄的微弧氧化膜同樣大幅度提高了鋁-硅合金的耐蝕性。

    中性鹽霧腐蝕試驗法研究高強度鑄造鋁合金ZL205微弧氧化陶瓷膜的結果表明，微弧氧化處理能顯著(zhù)提高ZL205的耐腐蝕性能，隨著(zhù)厚度的增加，陶瓷膜的耐腐蝕性能提高，但在厚度達到一定值后，陶瓷膜的耐腐蝕性能提高不明顯；隨著(zhù)厚度的增加，微弧氧化膜的表面形貌和相結構都發(fā)生變化，從而導致微弧氧化膜的耐腐蝕性能發(fā)生變化。

    2電沉積層

    電沉積(electrodeposition)是金屬或合金從其化合物水溶液、非水溶液或熔鹽中電化學(xué)沉積的過(guò)程。是金屬電解冶煉、電解精煉、電鍍、電鑄過(guò)程的基礎。這些過(guò)程在一定的電解質(zhì)和操作條件下進(jìn)行，金屬電沉積的難易程度以及沉積物的形態(tài)與沉積金屬的性質(zhì)有關(guān)，也依賴(lài)于電解質(zhì)的組成、pH值、溫度、電流密度等因素。利用電化學(xué)方法對ZL105鋁合金表面電沉積Ni2SiC復合鍍層的耐蝕性能進(jìn)行了研究。結果表明，Ni2SiC復合鍍層的表面形貌與純Ni鍍層截然不同，耐蝕性能優(yōu)于純Ni鍍層，經(jīng)過(guò)300℃×2h熱處理后，耐蝕性能進(jìn)一步得到提高。

    3多弧離子鍍層

    多弧離子鍍是真空室中，利用氣體放電或被蒸發(fā)物質(zhì)部分離化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)粒子轟擊作用的同時(shí)，將蒸發(fā)物或反應物沉積在基片上。離子鍍把輝光放電現象、等離子體技術(shù)和真空蒸發(fā)三者有機結合起來(lái)，不僅能明顯地改進(jìn)了膜質(zhì)量，而且還擴大了薄膜的應用范圍。

    其優(yōu)點(diǎn)是薄膜附著(zhù)力強，繞射性好，膜材廣泛等。離子鍍種類(lèi)很多，蒸發(fā)遠加熱方式有電阻加熱、電子束加熱、等離子電子束加熱、高頻感應加熱等。多弧離子鍍采用的是弧光放電，而并不是傳統離子鍍的輝光放電進(jìn)行沉積。簡(jiǎn)單的說(shuō)，多弧離子鍍的原理就是把陰極靶作為蒸發(fā)源，通過(guò)靶與陽(yáng)極殼體之間的弧光放電，使靶材蒸發(fā)，從而在空間中形成等離子體，對基體進(jìn)行沉積。在ZL201鋁合金表面多弧離子鍍Ti-Cr-N涂層，并在Ti-Cr-N涂層上制備一層脂類(lèi)薄膜。結果表明：Ti-Cr-N涂層中的Cr以固溶體的方式存在于TiN晶體中，沒(méi)有形成單獨的CrN相；涂層可以有效提高ZL201鋁合金的抗鹽霧腐蝕的能力。 

    4化學(xué)復合鍍層

    在鍍覆溶液中加入非水溶性的固體微粒，使其與主體金屬共同沉積形成鍍層的工藝稱(chēng)之為復合鍍。若采用電鍍的工藝則稱(chēng)之為復合電鍍；若采用化學(xué)鍍的工藝則稱(chēng)之為復合化學(xué)鍍。所得鍍層稱(chēng)為復合鍍層。原則上，凡可鍍覆的金屬均可作為主體金屬，但研究和應用較多的是鎳、鉻、鈷、金、銀、銅等幾種金屬。作為固體微粒主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是提高鍍層耐磨性的高硬度、高熔點(diǎn)的微粒；一類(lèi)是提高鍍層自潤滑特性的固體潤滑劑微粒。在鑄鋁表面制備N(xiāo)i-P-金剛石化學(xué)復合鍍層，結果表明，硫酸高鈰能促進(jìn)金剛石微粒進(jìn)入鍍層，隨硫酸高鈰含量增加鍍液穩定性大幅提高后趨于平穩，Ni-P-金剛石復合鍍層耐磨性?xún)?yōu)于Ni-P鍍層，添加2mg/L硫酸高鈰后進(jìn)一步顯著(zhù)提高，與Ni-P鍍層相比，復合鍍層耐蝕性差，添加硫酸高鈰后有所改善。

    5化學(xué)轉化膜

    化學(xué)轉化膜是使金屬與特定的腐蝕液相接觸，在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應，在金屬表面形成一層附著(zhù)力良好的、難溶的生成物膜層。這些膜層，或者能保護基體金屬不受水和其它腐蝕介質(zhì)的影響，或者能提高有機涂膜的附著(zhù)性和耐老化性，或者能賦予表面其它性能?；瘜W(xué)轉化膜由于是基體金屬直接參與成膜反應而生成，因而與基體的結合力比電鍍層和化學(xué)鍍層大的多。幾乎所有的金屬都可以在選定的介質(zhì)中通過(guò)轉化處理，得到不同應用目的的化學(xué)轉化膜，但目前工業(yè)上應用較多的是鋼鐵、鋁、鋅、銅、鎂及其合金?；瘜W(xué)轉化膜同金屬上別的覆蓋層(例如金屬的電沉積層)不一樣，它的生成必須有基底金屬的直接參與，與介質(zhì)中陰離子生成自身轉化的產(chǎn)物(MmAn)，因此也可以說(shuō)化學(xué)轉化膜的形成實(shí)際上可看作是受控的金屬腐蝕的過(guò)程?；瘜W(xué)轉化膜按膜的主要組成物的類(lèi)型分為：氧化物膜，磷酸鹽膜，鉻酸鹽膜，草酸鹽膜等。

    鋁合金在大氣環(huán)境下容易發(fā)生晶間腐蝕而破壞。目前應用的高強度鑄造鋁合金一般含有硅、銅、鎂等元素，這些元素的加入增加了合金的腐蝕敏感性。其次是表面硬度低，容易磨損，外表光澤不能保持長(cháng)久，所以要求有較高的保護措施。其中在鋁合金表面上生成化學(xué)轉化膜具有設備簡(jiǎn)單、成本低、投資省等優(yōu)點(diǎn)。采用鉻酸鹽法在Y112合金上生成化學(xué)轉化膜，實(shí)驗結果表明，該轉化膜具有高的耐腐蝕性，并具有美觀(guān)的金黃色外表面。

    以錳酸鹽和鋯鹽為主鹽，在鋁合金表面化學(xué)氧化得到的化學(xué)氧化膜[13]的腐蝕電位比鋁合金試樣的腐蝕電位正0.45V左右，腐蝕電流密度僅0.286μA/cm2；交流阻抗譜圖低頻端的阻抗值比鋁合金試樣的值大一個(gè)數量級；鋁合金化學(xué)氧化膜外觀(guān)呈金黃色，具有規則排列的柱狀生長(cháng)結構。

  用無(wú)鉻化學(xué)方法在鑄鋁合金表面制得黑色轉化膜，利用點(diǎn)滴試驗評價(jià)了膜的耐蝕性能。分別采用掃描電鏡及電子探針觀(guān)察膜的形貌、測定其組成元素，最后提出了黑色膜的形成機理和耐蝕機理。

    6結語(yǔ)

    鑄造鋁合金的表面耐腐蝕性處理可以通過(guò)電化學(xué)方法得以改善?，F有的研究多停留在試樣上，應用研究較少。在實(shí)際應用中，單獨用一種工藝技術(shù)就能提高鑄造鋁合金的防護性、裝飾性和功能性問(wèn)題比較少見(jiàn)，有必要對現有的改性技術(shù)綜合考慮，對此開(kāi)展系統的研究。鑄造鋁合金的表面耐腐蝕性改善和耐磨性改善的綜合研究更有意義。