镁及镁合金电镀的核心优势是——在几乎不牺牲轻量化收益的前提下，通过表面改性"补全"镁合金耐蚀差、难导电、难焊接、外观差的短板，并能按需定制防腐/导电/EMI屏蔽/装饰一体化的表面性能，工艺成熟、适合复杂件批量处理。

镁及镁合金电镀目前主要应用于航空航天(减重结构件、航电设备壳体、发动机周边零部件的表面防腐与导电处理)、高端汽车制造(动力总成组件、方向盘骨架、变速箱壳体等轻量化件的装饰与耐蚀镀层)、消费电子与可穿戴设备(笔记本电脑骨架、手机中框、智能手表外壳的亮面/哑光金属质感镀层)、医疗器械(便携式影像设备外壳、手术辅助器械轻量化部件的抗菌/耐腐蚀镀层)以及军工国防(单兵携行具金属件、制导仪器外壳的高可靠性防护)，核心利用镁合金超轻比重优势配合电镀解决其耐蚀性差、难焊接/导通的问题，满足高端领域对"轻量化+高性能表面"的双重要求。

1.1 镁合金的特性

镁合金是金属结构材料中最轻的材料，镁的密度只有1.74g/cm³,约为铝的2/3、铁的1/4。镁合金的抗拉强度约为200～350MPa,与铝合金接近，而比强度高于铝合金和某些高强度钢，可减轻金属结构件的重量。镁合金的弹性模量低，约为45000MPa,因此，其减振性好，能承受大的冲击载荷，适用于做承受剧烈振动的零部件，如航天航空器械、坦克、车辆等上需要减振的零部件。

镁及镁合金具有以下优良特性。

①质量轻，是最轻的金属结构材料，硬度/质量比高。

②具有突出的强度/质量比。

③具有突出的刚度/质量比。

④减振性好，对冲击和振动能量吸收性强，能承受大的冲击载荷。

⑤具有很高的屏蔽电磁干扰的性能。

⑥具有良好的切削加工性能;具有优良的热加工成型性能。

⑦具有良好的尺寸稳定性。

⑧具有良好的阻尼性和散热性，较低的热容量。

由于镁及镁合金具有优良特性，它在汽车工业、航天航空工业、军工工业及其他工业上都获得了广泛应用。

在镁合金上电镀适当的金属，可以改善它的导电性、焊接性、耐磨性、耐蚀性，提高外观装饰性。

1.2 镁合金电镀的难点

①镁合金表面极易形成一层惰性的氧化膜，这层膜影响了镀层金属与基体金属的结合力。

②镁的电极电位很低(-2.36V),具有较高的化学反应活性，与镀液中金属离子接触后会产生激烈的置换反应，形成疏松的接触镀层，严重影响镀层与基体金属之间的结合力。

③不同类型的镁合金由于组成元素及表面状态不同，而且存在大量金属间化合物，使得基体表面的电位分布不均匀，增加了电镀和化学镀的困难。

④镁合金铸件存在缺陷，如气孔、洞隙、裂纹、疏松，以及脱模剂等，影响镀层结合力;铸件在压铸过程中可能会产生偏析现象，在处理加工和抛光过程中暴露出来的疏松等缺陷，也增加了电镀的难度。

⑤镁合金上的各种金属镀层均为阴极性镀层，对基体只有机械保护作用。所以镀层必须是无孔隙的，才能有效防止基体镁合金腐蚀。否则，反而会加剧它的腐蚀。要求镀层无孔隙，镀层必须很厚，增加了电镀的难度。

由于镁和镁合金的特性，要获得性能良好的镀层往往比较困难。要取得良好的金属镀层，要做好镀前处理，去除镁上的油污和自然形成的氧化膜;并做好中间处理，防止镁基体与镀液发生自发的置换反应，以提高基体与镀层之间的结合力。

对于镁和镁合金的电镀工艺生产及研究，主要集中在各种前处理的方法和中间处理(浸锌、预镀)方法上。目前，镁和镁合金的电镀工艺方法很多，列举一些电镀工艺流程(见图1)供参考。

图1 镁和镁合金电镀工艺流程示例

镁和镁合金电镀的镀前处理主要包括：机械前处理、除油、浸蚀及活化等工序。镁及镁合金零件大部分为压铸件，其表面是一层较为致密的表层，下面则为疏松多孔的结构。机械前处理一般采用磨光，主要去除表面毛刺、分模线、飞边等缺陷，再用砂纸打磨，最后用细砂纸抛光。在前处理时，如果铸件表面下面的孔隙全暴露出来，将极大地增加电镀的难度。因此，机械前处理不能过分磨光。

3.1 除油

一般采用碱性化学除油，去除镁合金表面的油脂和污物，因为镁合金在强碱溶液中不会受到腐蚀。常用的镁合金除油的溶液组成及工艺规范见表1。

表1 镁合金除油的溶液组成及工艺规范

3.2 酸性浸蚀

酸性浸蚀是为了去除镁合金表面的氧化物、污垢及附着的冷加工切屑等。浸蚀时间对镁合金表面状态及镀层的结合力有很大影响。浸蚀时间过长，浸蚀严重，造成镁合金表面粗糙，得到的镀层也粗糙，结合力差;时间太短，则不能有效去除表面的氧化物，结合力较差。因此，必须严格控制工艺规范所规定的浸蚀时间。

酸性浸蚀溶液有含铬(六价铬)及无铬两大类。含铬的酸性浸蚀溶液的配方（表2-1）和无铬的酸性浸蚀的溶液组成及工艺规范见表（2-2）.

表2-1含铬的化学浸蚀溶液配方

表2-2 无铬的酸性浸蚀的溶液组成及工艺规范

3.3 活化

镁合金经过碱性除油、酸性浸蚀及水洗工序，在其表面上又会很快生成新的氧化膜或钝化膜，因此在后续工序(如浸锌或直接化学镀镍等)之前，还需要进行活化处理。

活化处理在含有氟化物的溶液中进行，以便在镁合金表面上以镁的氟化物保护性膜(MgF2)替代镁的氧化物，以利于下一步浸锌或直接化学镀镍时，减少镁基体被镀液腐蚀。

镁合金活化的溶液组成及工艺规范见表3。

表2-2 无铬的酸性浸蚀的溶液组成及工艺规范

3.3 活化

镁合金经过碱性除油、酸性浸蚀及水洗工序，在其表面上又会很快生成新的氧化膜或钝化膜，因此在后续工序(如浸锌或直接化学镀镍等)之前，还需要进行活化处理。

活化处理在含有氟化物的溶液中进行，以便在镁合金表面上以镁的氟化物保护性膜(MgF2)替代镁的氧化物，以利于下一步浸锌或直接化学镀镍时，减少镁基体被镀液腐蚀。

镁合金活化的溶液组成及工艺规范见表3。

表3 镁合金活化的溶液组成及工艺规范

中间处理包括：浸锌、氰化预镀铜和中性预镀镍、焦磷盐预镀铜、预镀锌、浸锌后化学镀镍、直接化学镀镍等。

4.1 浸锌

浸锌是镁合金电镀最常用而有效的打底方法之一。镁合金件经前处理除油、活化后进行化学浸锌，置换上一层锌层。浸锌层的厚度和致密度直接影响后续镀层的质量，良好的浸锌层能与基体镁及后续镀层良好结合，有利于提高镀层质量。

(1)溶液组成及工艺规范

浸锌的溶液组成及工艺规范见表4。

表4 浸锌的溶液组成及工艺规范

(2)溶液成分及工艺规范的影响

①焦磷酸钠能去除镁合金表面上的氧化物和氢氧化物，是一种水溶性配位剂。

②氟化物能控制锌的析出速度，改善浸锌层结构和致密度，提高镀层的结合力。

③碳酸钠用于调整pH值。

④浸锌溶液中的锌离子浓度的最佳范围为6.8～13.7g/L,而且也要控制P₂O的浓度，保持两者之间的比例。为使溶液浓度均匀，在浸锌过程中溶液需要搅拌。

⑤浸锌时间一般在3～15min,时间太短，得不到致密的浸锌层;时间太长，锌层过厚、疏松。浸锌层厚度以2.5～2.8μm为好。

⑥浸锌温度一般控制在70～80℃,温度过低，反应困难，时间再长，也得不到均匀细致的锌层。

⑦某些镁合金件需要二次浸锌才能获得良好的置换锌层。第一次浸锌(浸锌溶液以焦磷酸盐和硫酸锌为主要成分，约浸6min)后，在20%～30%(质量分数)硝酸中退除，或者在含有氟化物的活化液中退除锌层，退除时间约为30～40s,经水洗后进行第二次浸锌(浸锌液成分是在第一次浸锌溶液基础上，增加FeCl₃,浸锌时间为1～4min)。经二次浸锌处理的锌层更均匀细密，能增强镁合金与后续镀层之间的结合力。

4.2 氰化预镀铜和中性预镀镍

镁合金经前处理、浸锌后，进行氰化预镀铜，再进行中性预镀镍，后续进行化学镀镍或电镀，这也是常用的一种铝合金电镀工艺。

(1)氰化预镀铜

氰化预镀铜的溶液组成及工艺规范见表5。

表5 氰化预镀铜的溶液组成及工艺规范 镁合金件经浸锌和水洗后，应迅速带电进入氰化预镀铜槽。开始先在较大的阴极电流密度下冲击电镀数分钟，使工作表面均匀沉积一层铜后，再在正常工作的阴极电流密度下电镀。 在表5的配方1、2中，镀液成分中加有氟化钾，主要目的是缓和铜离子的沉积，减轻锌镀层裂纹中镁合金基体的腐蚀。 (2)中性预镀镍 在氰化预镀铜后，再预镀中性镍能起加厚镀层，增强与后续化学镀镍结合力的作用。采用预镀铜和预镀镍打底时，一般铜和镍的镀层厚度均应在7～8um以上。中性预镀镍的溶液组成及工艺规范见表6。

表5 氰化预镀铜的溶液组成及工艺规范 镁合金件经浸锌和水洗后，应迅速带电进入氰化预镀铜槽。开始先在较大的阴极电流密度下冲击电镀数分钟，使工作表面均匀沉积一层铜后，再在正常工作的阴极电流密度下电镀。 在表5的配方1、2中，镀液成分中加有氟化钾，主要目的是缓和铜离子的沉积，减轻锌镀层裂纹中镁合金基体的腐蚀。 (2)中性预镀镍 在氰化预镀铜后，再预镀中性镍能起加厚镀层，增强与后续化学镀镍结合力的作用。采用预镀铜和预镀镍打底时，一般铜和镍的镀层厚度均应在7～8um以上。中性预镀镍的溶液组成及工艺规范见表6。

表6 中性预镀镍的溶液组成及工艺规范

4.3 焦磷盐预镀铜

镁合金件经化学除油、酸性浸蚀、活化、浸锌后，进行焦磷盐预镀铜，该镀层作为后续电镀的底层，具有良好的结合力。焦磷盐预镀铜的溶液组成及工艺规范见表7。

表7 焦磷盐预镀铜的溶液组成及工艺规范

4.4 预镀锌

镁合金件经化学除油、酸性浸蚀、活化后进行预镀锌。预镀锌分两步进行，即第一次预镀锌经水洗后，进行第二次预镀锌。

由于镁合金对氯离子腐蚀比较敏感，因此，用于钢基体的氯化物镀锌工艺不能用于镁合金的电镀。采用硫酸锌作为镀液的主盐，以焦磷酸盐作为配位剂，碳酸钠作为缓蚀剂的镀液，能获得与基体结合良好的锌镀层。

酸性浸蚀和活化的溶液组成及工艺规范见表8。

表8 酸性浸蚀和活化的溶液组成及工艺规范

预镀锌的溶液组成及工艺规范见表9。

表9 预镀锌的溶液组成及工艺规范

4.5 浸锌后化学镀镍

镁合金化学镀镍工艺主要有浸锌后化学镀镍和氟化物活化后直接化学镀镍两种。浸锌后化学镀镍所得镍层比直接化学镀镍的镍层，具有更好的结合性和致密性。

浸锌后化学镀镍的一般工艺流程：除油→浸蚀→活化→浸锌→化学镀镍→后续电镀

化学镀镍层可作为镀镍等的预镀层，也可作为最终镀层。

①化学镀镍作为中间镀层这时应使用硝酸、铬酐混合的酸性浸蚀液，浸蚀后，镀件会产生凹凸不平的表面，以增加化学镀镍(化学镀镍-磷合金)在镁合金上的结合力，但会降低表面光亮度。为提高光亮度，可在化学镀镍表面上后续镀铜、锌、铬、金、银等金属。

②化学镀镍作为最终镀层 还需进行钝化和热处理工序，以提高镀层的耐蚀性和表面硬度。

a.钝化处理。化学镀镍后先进行热水清洗，再在下列溶液中钝化：

铬酐(CrO₃)2.5g/L温度90～100℃重铬酸钠或重铬酸钾120g/L浸渍时间10～15min

b.热处理。如在钝化后再进行烘烤除氢处理，可提高镀层结合力和硬度。热处理工艺规范：温度为230℃,时间为2h。

化学镀镍溶液采用硫酸镍或碱式碳酸镍作为主盐，次磷酸二氢钠作还原剂。用氟化氢铵作缓冲剂和配位剂，硫脲作为稳定剂和光亮剂，抑制镀液自发分解。氢氟酸用来保护基体镁合金，以免受介质的腐蚀。浸锌后化学镀镍的溶液组成及工艺规范见表10。

表10浸锌后化学镀镍的溶液组成及工艺规范

4.6 直接化学镀镍

(1)溶液组成及工艺规范

镁合金零件经除油、酸性浸蚀和氟化物活化，可以进行直接化学镀镍。

由于传统的化学镀镍溶液是酸性的，它会腐蚀镁合金基体，不宜使用，可采用以碱式碳酸镍作主盐的中性化学镀镍溶液，或弱酸性化学镀镍溶液，其溶液组成及工艺规范见表11。

表11 直接化学镀镍的溶液组成及工艺规范

(2)溶液成分及工艺规范的影响

①由于碱式碳酸镍不溶于水，所以要用氢氟酸来溶解。

②柠檬酸和氟化氢铵起缓冲剂和配位剂的作用，氟离子还能减缓镀液对基体的腐蚀。

③硫脲起稳定剂和光亮剂的作用。随硫脲加入量的增加，镀液稳定性提高，但沉积速度明显下降。

④氨水用来调节镀液的pH值，pH值应控制在5.8～6.2为好。

⑤镀液温度低于80℃时，镍沉积速度慢，在80～90℃范围内时沉积速度迅速上升，温度过高，容易分解，镀液不稳定。因此，化学镀镍的温度应严格控制在工艺规范规定的范围内。

⑥随化学镀镍时间的增加，化学沉积镍层越来越厚。在30min时，镍层约为6.3μm,延长到90min时，可达到约30μm。因为镀液温度高，水分及氨水挥发，pH值也会不断下降，镍的沉积速度也下降，因此，要经常补一些水分，要用氨水来调节镀液的pH值到工艺规定的范围内。

镁合金工件经过各种镀前处理、中间处理后，进入后续电镀。后续电镀可根据镁合金制品、工件的使用技术要求，选择合适的镀层，即各种常规电镀或化学镀。

目前应用于镁合金电镀的主要有防护-装饰性镀层(如镀铜/镍/铬)、功能导电镀层(如镀镍/金)和防护性镀层(如镀锌、铬酸盐钝化)等，下面举些示例供参考。

5.1 镁合金的防护-装饰性电镀

镁合金的防护-装饰性镀层，一般采用铜/镍/铬的组合镀层，它具有较好的装饰性和一定的防护性。根据制品工件的使用环境条件，来确定镀层的总厚度，表12中给出了镁合金件防护-装饰性镀铜/镍/铬镀层在不同使用环境中的最小厚度，可供参考。

表12 镁合金防护装饰性镀铜/镍/铬组合镀层最小厚度参考值

(1)用于室内的铸造镁合金防护-装饰性电镀

①工艺流程用于室内环境的铸造镁合金防护-装饰性铜/镍/铬镀层的电镀工艺流程(示例)如下：

除油→酸性浸蚀→活化→浸锌→焦磷酸盐预镀铜→光亮酸性镀铜→光亮镀镍→镀铬→镀后处理(各工序之间用清水或纯水清洗)。

②镀液组成及工艺规范光亮酸性镀铜、光亮镀镍及镀铬的镀液组成及工艺规范见表13。

表13 电镀铜/镍/铬的镀液组成及工艺规范

(2)用于室外的铸造镁合金防护-装饰性电镀工艺

①工艺流程用于室外环境的铸造镁合金防护-装饰性铜/三层镍/铬镀层的电镀工艺流程(示例)如下：

除油→酸性浸蚀→活化→浸锌→焦磷酸盐预镀铜→光亮酸性镀铜→半光亮镀镍→镀高硫镍→光亮镀镍→镀铬→镀后处理(各工序之间用清水或纯水清洗)。

②镀液组成及工艺规范光亮酸性镀铜、光亮镀镍及镀铬的镀液配方同上述表13。而半光亮镀镍及镀高硫镍的镀液组成及工艺规范见表14。

表24-14半光亮镀镍及镀高硫镍的镀液组成及工艺规范

5.2 镁合金的保护性电镀

镁合金的保护性电镀常采用镀锌。镁合金压铸件镀锌，先采用焦磷酸盐预镀锌，以获得整平性好、结晶细致、结合好的锌镀层作为底层。然后用碱性锌酸盐镀锌加厚，可得到白色光亮、耐蚀性好、容易钝化的锌镀层。当锌镀层总厚度达到30μm(预镀锌层厚度为5μm,锌酸盐镀锌厚度为25μm),经铬酸盐彩色钝化后，中性盐雾试验可超过96h。

①工艺流程 镁合金压铸件镀锌工艺流程(示例)如下：

除油→酸性浸蚀→活化→二次浸锌→焦磷酸盐预镀锌→碱性锌酸盐镀锌→经铬酸盐彩色钝化(各工序之间用清水或纯水清洗)。

②镀液组成及工艺规范

焦磷酸盐预镀锌、碱性锌酸盐镀锌的溶液组成及工艺规范见表15。铬酸盐彩色钝化可采用三价铬彩色钝化工艺。

表15 焦磷酸盐预镀锌、碱性锌酸盐镀锌的溶液组成及工艺规范

镁合金件不合格镀层的退除方法见表24-16。

表16 镁合金件不合格镀层的退除方法