镁合金电镀工艺如何推广应用

　　引 言

　　镁合金因其独特的性能和丰富的资源一直受到广泛地关注，在本世纪又被作为绿色环保材料而倍受推崇。但由于镁合金的电镀工艺尚不成熟，耐蚀性差的问题成为发挥其优越特性的主要障碍，因而在很大程度上限制了它的大范围应用。

　　从上世纪的四五十年代，国外就对镁合金电镀技术进行了开发研究，因其电化学性能十分特别，以及其它牵制因素，至今对它的推广使用步履维艰。笔者所在公司在合作单位的配合下，已将镁合金AZ91电镀新工艺成功地投入了批量生产，电镀质量通过了中科院上海冶金所的测试，同时还通过了法国Fr-metal公司的检测，生产合格率达到了90%以上。其它牌号的镁合金在实验室条件下也曾做过成功的小试，因没有经过实际生产，尚无可靠的经验数据提供。

　　目前来看，镁合金电镀工艺已经不是应该如何进行研究开发的问题，而是应该如何培植这一具有重大社会效益的共性技术，进而如何推广应用的问题。

　　一、 镁合金电镀工艺简介

　　镁合金电镀工艺的关键是前处理。目前，适用于工业大生产的前处理工艺有二大类：

　　沉锌法和直接化学镀镍法。这二种方法最早都是由美国Dow Chemical公司推出的(1)，后来各个使用厂家在实际的试用过程中，都以此为基础进行了不同程度的改进。还有人采用先将镁合金氧化，然后在氧化表层涂上10-20μ的导电树脂作为底层的方法，然后再进行镀铜、镀贵金属，或其它要求的镀种;再有浸锡法和直接镀银法等，以及不公开报道的其他做法。不过后来这些做法，有时是没有办法的办法，或出于兴趣，从成本和效率的角度考虑，可能都不适合于工业大生产。

　　沉锌法后来又被发展成大同小异的多种做法，有的只是做了一点点改进，如果没有原理上的不同，很难称之为一个独立的、经典的工艺，见诸报道的有Norsk Hydro 工艺 和WCM 工艺(2)等。沉锌一是为了溶解镁的氧化物，二是为了形成一层薄薄的氢氧化物，防止镁的进一步氧化。沉锌法的流程如下：

　　除油→清洗→除垢→清洗→活化→清洗→沉锌(或二次沉锌)→ 清洗→镀铜→ 清洗→化学镀镍(中磷或高磷) →后续电镀铜、镍、铬(贵金属等)

　　当前，在环保的压力下，活化必然又会出现无铬活化，沉锌又会有无氰沉锌，镀铜又会有无氰镀铜，化学镀镍又会有无铅无镉无汞化学镀镍，这是社会发展的必然趋势。

　　直接化学镀镍法，是在化学镀液里加入氟化物类添加剂，并控制镀液的PH值从而一次性得到化学镍镀层，而在此之前不需要沉锌和镀铜，当然除油、除垢和活化都是必需的。

　　现在，企业界、学界和政府管理部门对镁合金大量推广使用的课题极为关注，都在花大力气研究其发展的“瓶颈”问题。然而有趣的是：国内外很多研究机构和大小公司都宣称自己开发出了镁合金电镀工艺，并且也拿出了样品;同时，市场方面，如汽车领域、3C产业、军械和器材类厂家都声言对镁合金电镀件有着很大的需求;电镀生产厂家也都表现出了对镁合金电镀工艺的浓厚兴趣，然而，至今真正投入大批量镁合金电镀生产者却寥寥无几。问题在哪里，难点有哪些呢?

　　二、镁合金电镀工艺推广的难点

　　镁合金电镀的需求很广泛，人们对它的研究投入很多，而且由来已久，但至今得不到大范围大量地推广应用，笔者拟从以下几个角度浅议其难点，希望有兴趣的同行加入讨论，以期深化认识，共同提高，共同推进这项工艺技术的工业化大生产。

　　1、工艺技术方面：镁合金材料本身具有的如下特点，决定了它在工艺技术方面的难度。

　　(1)、因镁的电极电位是 -2.36V，其化学活性非常之高，氧化镁MgO在表面可以迅速形成，从而妨碍沉积的金属与基体金属形成金属键链接;

　　(2)、镁与溶液中的金属离子接触后会产生激烈的反应，需要抑制得当，不然得到的置换层松散、粗糙，因而没有结合力;

　　(3)、化学溶液的稳定性要求很高。因镁与众不同的活性，其催化作用很强，微量就会触发溶液过度反应而致失效报废;

　　(4)、铸造镁合金本身存在大量金属间化合物，如MgxAly、γ相、稀土相等。金属间相的存在,导致表面电势分布不均，因此造成沉积金属的差异性，如果此种差异过大，超出可控区间，则表现出稳定性问题;

　　(5)、铸造缺陷的影响很大。铸件基体孔隙和夹杂物很可能成为镀层孔隙的来源。因为镀层的电极电位远远大于基体，因此镀层必须要保证无孔，不然的话，其后果比不镀还差，因为由通孔产生的腐蚀电偶会造成更为严重的腐蚀。这里应当指出：电镀工艺不能弥补铸造缺陷。

　　2.生产经营方面：

　　(1)合格率问题：镁合金不像其他材料可以方便地退镀，然后返回重镀，所以，研发镁合金电镀工艺的关键，并不是能否拿出合格的样品，而是要使得电镀工艺的一次性合格率达到很高的水平。举例来说：

　　a.设镁合金毛坯价值10元/件•dm2，电镀加工费4元/件•dm2，利润1元/件•dm2，设合格率为V，所以，电镀加工的最低合格率为：

　　(1-V)×(4-1)=V×1

　　解之得：V=75%。

　　b.如果合格率低于90%的部分电镀厂要赔偿毛坯原价值，故电镀加工的最低合格率为：

　　(1-V)×(4-1)+{(1-V)-(1-90%)｝×10=V×1

　　解之得：V=85.7%.

　　同理：如果利润为0.5元/件•dm2，V≈90%。

　　c.设用户在电镀后最低增值/件为P，由此可得，

　　(1-V)×10=V×P。

　　假定用户能够接受的合格率水平90%，那么P至少要达到1.11元/件•dm2。

　　显然，在电镀合格率很低，加工增值也很低的情况下，供求双方都不会有积极性。并且，合格率水平低的工艺，不会有客户接受，不可能进入实际生产。

　　鉴于上述镁合金电镀工艺技术上的难度，加上需要铸造件质量水平的匹配，还需要一大批毛坯件作为试验品，所以，对于许多拥有镁合金电镀技术的研究单位来说，仅验证一下合格率这一点就是非常困难的。尽管，现有很多号称自己解决了镁合金电镀技术问题的单位和个人，而且有的有文章还有样品，但合格率多少却无人能够做出肯定的承诺，这对用户是难以接受的。所以，没有用户自然就没有订单，也就没有不断改进工艺技术的可能性。

　　(2)项目的投入产出问题：如果一个电镀厂没有镁合金电镀的能力，那么镁合金电镀的业务自然不会找上门来;反之，如果没有镁合金的电镀加工业务，也就不可能有电镀厂盲目地去投入镁合金的电镀设备和工装。没有电镀厂，镁合金无法进入实际的电镀生产，实验室样品只能代表实验室水平，这是靠企业和研究单位自身努力难以有效平衡的一个很大的矛盾。可以说，真正有水平的研发人员充其量在实验室做出合格的样品，真正有眼光有实力的电镀企业家充其量投入到中试水平。一个不容回避的现实问题是：如果投入数百万资金，何时才能收回?如果迟迟不见效益回报，工厂就有可能因此而陷入困境。这项决策对任何一位明智的企业家来说都不是一件轻松愉快的事情。

　　(3)镁合金电镀加工价格：今年初，曾有客户要求大批量加工一种镁合金零件，因样品测试结果完全符合要求，所以十分迫切，双方都为此做了很多的准备工作，但最后签协议时，唯一谈不拢的是价格。因为客户认为与铝合金电镀价格是可比的，只能是稍微高一点。这是一个很大的误区，因文章篇幅所限不再展开。在此笔者认为：在今天的起步阶段，企业不能像科研单位那样不计效益，镁合金的电镀价格高出铝合金30-50%是合理的，要么大家都不要去做这件事。当然随着批量的增大，工艺的进一步成熟，降价的空间是存在的。

　　3、技术再创新方面：镁合金电镀的生产实施，其实是一系列的技术创新活动。很多研究单位推出的工艺基本上都是实验室水平的，从技术创新来说只是实现了的第一步。极其重要的下一步是让它走出实验室，实现可持续创新。这里面不仅需要解决经济和管理的问题，也包含了许多复杂的人文因素。据统计，我国每年在省部级登记的科技成果有2-3万项，真正能够批量生产并取得经济效益的不超过20%。

　　从实验室样品到工业化大生产，毫无疑问，必然地在生产现场，还要进行种种创新过程才能完成。而这个后续创新过程的主体，往往已经不是在实验室做样品时的科技人员，而是换成了普通劳动者，正是这些普通劳动者的创新意识和创造能力决定了大批量生产的成功率和生产效率。这个后续创新过程中所发生的问题常常被轻视或忽视。笔者最初从10余家合作电镀厂中优选了4家，都实施了试生产，结果一模一样的工艺在三家均以失败告终，只有一家达到了预期的效果，所以，可以说最后的成功是技术再创新劳动者的成功。

　　习惯上，研发人员受到尊敬，而应用人员被看轻，尤其是普通劳动者被轻视。其实，电镀作为一门实验科学，经验往往就是很实用的技术，经验的积累就是发展更高技术的基础。实践中，高级研发人员解决电镀现场生产中的问题，能够得心应手者极为鲜见，这不仅仅是因为缺乏实际的操作经验，而是必须承认，现场工作者本身具有再创造能力，由于已经进行了再创造过程，从而已经远远偏离了实验室水准，再加上各个厂家的条件和背景不尽相同，因而使得结果差异很大。

　　4、共性技术的社会支撑方面：

　　镁合金之所以长久以来受到广泛地关注，主要是因为：

　　(1)、镁合金资源丰富，尤其在我国，占有量超过全球总量的60%(4)，有能力主导国际市场价格;

　　(2)、镁合金的比重为1.73，仅为铝合金的60%，是轻量化的首选

　　(3)、镁合金的比强度高，比刚度好，易于切削加工，也易于铸造成型;

　　(4)、吸震性能优良，能承受较大的冲击震动负荷，适用于汽车方向盘、座椅等结构件;

　　(5)、特有的电磁屏蔽性能，适用于手机、电脑等电子器件的保护和生物防护;

　　(6)、散热能力好，是3C某些功能性器件的首选材料;

　　(7)、易于回收，有利于资源的循环利用，是难得的绿色环保材料。

　　所以，镁合金电镀技术是无可争议的共性技术，是非常有理由得到社会支撑的。但是，长期以来，即便是现今的973计划，可能都还没有一个切合实际、切实有效的支撑模式。

　　任何新的工艺技术从萌芽到成长起来的整个过程中，大量存在的、迫切需要解决的、也是外界支持的名义下唯一能做到的，其实一直是个经济问题。新技术的风险性不是首要矛盾，当事人自有判断。过马路与乘宇宙飞船的风险相比，对不同的人来说，即带小孩过马路的老太太与宇航员，对风险的感受可能是等价的，关键是对事件本身的认识程度，所以，外界支撑的强度也就取决于强势话语权者的判断水准，以及风险的代价和承受代价的能力。社会选择是技术发展的非常重要的一环，新生事物都会在社会选择和自然选择中不断地进化，或快一些或慢一些，对社会的影响可能会很大。但有时具体的个体的推动作用不能低估。

　　三、镁合金电镀技术推广之浅见

　　在前处理工艺的选择方面，本文建议，如非研究目的，电镀工厂上此项目以选择沉锌法较为稳妥。理由是：

　　1、沉锌法的镁合金电镀过程与铝合金有相似之处，很多电镀厂原有的铝合金电镀的经验就是很好的基础;

　　2、沉锌之后，一是具备改为其它后续镀种的空间，二是此时化学镀镍与直接化学镀镍法的要求和难度相对较低;

　　3、直接化学镀镍法看起来简单，省掉了几道工序，而实际上，一是此时化学镀镍的要求较高，加上镀镍成本本身高;二是操作失当的几率也较前者为大，由此造成的溶液报废价值不菲。当然对不同用途、不同使用背景考虑侧重点不一样，不能一概而论。

　　在加工产品的选择方面，目前阶段应以高档高附加值产品为主。即使产品报废客户不要求赔偿，但电镀料废也是糟蹋了社会财富，不符合绿色环保精神。

　　镁合金电镀件在耐蚀性能的表现方面，有其独特之处，目前的理解多是基于过去经验，或依此推理，其实与实际情况可能相去甚远，没有亲历镁合金电镀件实测的人，很难相信一些试验数据。对于这些问题的研究资料，因缺乏实际大生产的经验数据，加上涉足此领域的研究者也很少，基本上还属于空白。因此，今后有条件的研究单位在这方面必将大有文章可做。

　　镁合金电镀技术的社会需求，是众所周知的广泛和迫切，那就有可能产生一批志趣相投者携起手来共同推进其成长、成熟和取得更大的成功。在此过程中，政府的参与和支撑作用不可或缺，专业学会、高校和研究单位的配合作用不可小视，企业的再创新能力不可低估，所以，形成“官---产---学”的推广模式一定会有所作为。国家的863计划已经发挥了巨大的作用，现今的973计划正在或将要发挥出更为巨大的作用，在镁合金领域有影响和有话语权的人士，应当抓住这个难得的机遇。

　　结 　语

　　镁合金电镀工艺已经走出了实验室，经受了生产实践的初步考验，比起通常人们想像的水准高出了很多。但现实中，推广应用的难度依旧非常之大，很多牵制因素都还在起作用，需要社会各界关注、支持和共同努力。勿容置疑，这项工艺大发展的时机已经到来。

　　虽然，“一花独放不是春”，但是，“一花开启报春来”。诚望社会各界继续热心地关注、支持和共同努力，使得镁合金电镀这一表面处理技术领域里的奇妍尽早地结出硕果。