文：南京科润工业介质股份有限公司黄国都，张瑾瑜，赵凯利

摘要：针对压铸镁合金（AZ91D）在切削加工后清洗过程中易发生腐蚀变色的问题，本研究系统评价了常见化学清洗助剂（包括碱盐、表面活性剂和缓蚀剂等）在55℃条件下对AZ91D镁合金外观和腐蚀失重的影响。通过扫描电镜（SEM）观察表面形貌，能谱分析（EDS）表征镁合金表面成分变化，明确了各助剂的腐蚀特性。基于单因素实验结果，优选抑制腐蚀或低腐蚀性组分，复配开发出一款碱性镁合金专用清洗剂。清洗实验（55℃）表明，该清洗剂能有效去除零件表面油污，同时显著抑制镁合金变色和腐蚀失重。

关键词：压铸镁合金；清洗剂；变色；失重；扫描电镜（SEM）；能谱分析（EDS）；化学助剂

引 言

压铸镁合金（如AZ91D）凭借其优异的轻量化、高比强度及良好铸造性能，在汽车、航空航天、3C电子等领域应用广泛。在压铸件后处理（如脱模、机加工）过程中，表面常残留脱模剂、切削液、油脂和灰尘等污染物，必须进行有效清洗以保证后续涂装、转化处理或装配的质量。然而，镁合金化学性质极为活泼，标准电极电位低（-2.37Vvs.SHE），在清洗过程中，尤其是碱性清洗，极易引发镁合金腐蚀，导致表面变色（发灰、发黑、朦胧）和材料失重，不仅影响外观，更可能损害产品力学性能和尺寸精度。

本研究以压铸AZ91D镁合金为对象，重点考察多种代表性化学助剂在55℃下，对试样表面颜色变化和腐蚀失重的影响。采用扫描电镜（SEM）观察表面微观形貌变化，结合能谱分析（EDS）对比腐蚀前后表面元素分布（重点关注O、Mg、Al的变化），定量评估各助剂的腐蚀性。基于单因素实验结果，开发一款压铸镁合金专用碱性清洗剂，并表征缓蚀效果。本研究旨在为压铸镁合金清洗剂的开发提供直接、可靠的实验依据，提升清洗工艺质量。

1、实验部分

1.1 实验材料和仪器

（1）实验材料。商用压铸AZ91D镁合金试块（25mm×25mm×20mm，化学成分（wt%）：Al8.5-9.5，Zn0.45-0.9，Mn0.17-0.4，Si≤0.05，Cu≤0.025，Ni≤0.001，Fe≤0.004，Mg余量）；400#、800#水砂纸；人工油污；10#钢（50×50×3mm）；化学助剂溶液（单因素研究，浓度均为50g/L，除非特别说明）：偏硅酸钠（Na₂SiO₃·5H₂O，工业级）、氢氧化钾（KOH，工业级）、碳酸钾（K₂CO₃，工业级）、焦磷酸钾（K₄P₂O₇，工业级）、三聚磷酸钠（Na₅P₃O₁₀，STPP）、EDTA四钠（C₁₀H₁₂N₂Na₄O₈·2H2O）、单乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂，MEA）、三乙醇胺（N(CH₂CH₂OH)₃，TEA）、脂肪醇聚氧乙烯醚（CAS：68439-51-0）、两性表面活性剂（CAS：94441-92-6）、缓蚀剂（ANTIRUST含硫杂环化合物）。

（2）实验仪器。精密分析天平（精度0.1mg），恒温水浴，RHBX-II型表面摆洗机，扫描电镜（型号SU1000）及配备的能谱仪（EDS）。

1.2 实验方法

（1）试块打磨。AZ91D镁合金试块表面依次用400#、800#水砂纸湿打磨（纯水）至均匀表面状态，无水乙醇超声清洗10min除油，冷风吹干，精确称重（精度0.1mg）记录初始质量（W0）。

（2）腐蚀试验。自来水配制0.5%的化学助剂，并在水浴恒温(55±1)℃中进行预先恒温；将预处理好的AZ91D试块完全浸入盛有不同化学助剂溶液的烧杯中，浸泡时间分别为5min和150min（加速腐蚀，便于区分差异）；浸泡后取出试样，立即用大量去离子水和无水乙醇冲洗，冷风吹干，使用分析天平精确称量浸泡后试样质量（W1）。计算试块质量损失：失重=W0-W1；记录腐蚀实验过程现象，包括腐蚀过程中气泡生成情况以及腐蚀后纯水和无水乙醇冲洗并吹干后试块的外观变色情况。

（3）SEM/EDS分析。选取腐蚀试验浸泡5min后的试样以及未浸泡的原始试样，进行SEM表面形貌观察和EDS元素分布分析。重点观察腐蚀区域形貌（均匀腐蚀、点蚀、膜层）及O、Mg、Al、Zn、Mn等元素的相对含量变化。

（4）泡沫性能。参考JB/T4323.2—2019进行试验。

（5）清洗性能。参考JB/T4323.2—2019进行试验。

2、结果与讨论

2.1 化学助剂对镁合金外观和失重的影响

在腐蚀性介质中，化学活性很高的镁基体很容易与合金元素和杂质元素形成腐蚀电池，诱发电偶腐蚀；不同介质对镁合金耐蚀性的影响是不同的，研究单个化学助剂对镁合金耐蚀性的影响规律，有助于开发缓蚀性能更优的镁合金用清洗剂。单因素化学助剂对镁合金外观和失重的影响详见表1。

由表1可知，镁合金试块在助剂中浸泡150min后，大多数化学助剂都会对镁合金表面造成染色，偏硅酸钠、单乙醇胺、缓蚀剂表现相对较好，未染色或者轻微染色；从失重情况看，螯合剂对镁合金试块失重的影响最明显。值得注意的是，部分化学助剂产生了增重现象，分析是高pH诱导形成钝化膜Mg(OH)₂或沉积膜MgCO₃。

2.2 化学助剂对镁合金表面成分的影响

通过镁合金表面EDS分析可知，镁合金在铸造过程中存在金属元素不连续分布的状态，尤其是Al、Zn和Mn等元素。

由表2可知，经过化学助剂浸泡的镁合金相比空白都存在不同程度的腐蚀现象，其中偏硅酸钠和缓蚀剂对镁合金的腐蚀性最低，试块表面的O元素含量最低；螯合剂对镁合金的腐蚀最明显，可能产生了溶解作用，试块表面的O元素含量最高；醇胺和碳酸钾的腐蚀性介于偏硅酸盐和螯合剂之间，可能形成了高碱性钝化和沉积膜，这一点与表1的腐蚀失重数据也一致；从O元素含量分析，阳离子和两性表面活性剂在正常区域的腐蚀性与螯合剂接近，可能与这两者表面活性剂中的正负离子如Cl-、Na+等穿透能力比较强，溶液电导率增加有关，而非离子表面活性剂在正常区域的腐蚀性相对要小。

2.3 压铸镁合金清洗剂对镁合金外观、腐蚀失重和表面成分的影响

根据单因素化学助剂对于镁合金外观、腐蚀失重和表面成分的影响研究，优选对于镁合金腐蚀性小或具有抑制效果的助剂，通过配方技术开发了一款压铸镁合金清洗剂（以偏硅酸钠和缓蚀剂为核心缓蚀组分，辅以单乙醇胺、非离子表面活性剂、抗硬水剂、增溶剂等）。

AZ91D镁合金试块在该清洗剂（5%TW）中55℃浸泡5min后，试块表面几乎无气泡产生，纯水和无水乙醇冲洗并吹干后整体光亮，无变暗、变黄或针尖状白点；在上述溶液浸泡150min后重量值增加了0.2mg，与偏硅酸钠相当，表现出了优异的抑制腐蚀和变色能力；通过扫描电镜对清洗剂浸泡5min后的镁合金试块表面进行图像和EDS分析，由图1和图2可知，浸泡后镁合金表面的O元素含量为1.57%，与空白值的1.61%相当。

3、结论

综上，在研究压铸镁合金清洗剂的缓蚀性能方法，本文从单因素化学助剂对镁合金外观、腐蚀失重和表面成分的影响等方面进行探讨，结果显示偏硅酸钠和缓蚀剂对镁合金的腐蚀性最小，表面活性剂中非离子型表面活性剂的腐蚀性相对较低，SEM和EDS也直观解释了镁合金外观变色和失重结果。

基于单因素结果开发的压铸镁合金清洗剂，在55℃具有低泡性能和良好的清洗性能，同时将镁合金的变色和腐蚀失重控制在极低水平，缓蚀性能优异。