鎂合(he)金(jin)(jin)比重1.74Mg/m3 ，為實用金(jin)(jin)屬材料(liao)中最(zui)輕。添(tian)加鋁及鋅等(deng)合(he)金(jin)(jin)化可改(gai)善其(qi)(qi)強度與耐蝕性(xing)，已應(ying)用在輕量化需(xu)求之(zhi)航空(kong)機或F1賽車。然(ran)而(er)，近年來(lai)由于環保觀點，為了改(gai)善汽車等(deng)運輸器具之(zhi)耗油(you)率及符合(he)車體輕量化之(zhi)強烈訴求，使一般(ban)商用汽車也開始使用鎂合(he)金(jin)(jin)。此外，要(yao)求輕量化及剛性(xing)之(zhi)攜帶儀器，如(ru)筆(bi)電、手機、數位相機等(deng)電子設備外殼也有許(xu)多應(ying)用例。而(er)且(qie)，鎂之(zhi)資源豐富，對人(ren)體無害(hai)及優異之(zhi)回收(shou)性(xing)等(deng)優點，使其(qi)(qi)需(xu)求急速(su)擴大(da)。

然(ran)而，輕量化(hua)(hua)材(cai)料之鎂合(he)金受到矚目(mu)的(de)同時，也顯現其(qi)最卑微的(de)氧化(hua)(hua)電(dian)位，活性高、耐(nai)蝕性差之缺點，使其(qi)在維持(chi)成品之信(xin)賴性（可(ke)靠度）上，表面處理(li)成為重要的(de)課題。

目前，防(fang)止鎂合金(jin)腐蝕的表面(mian)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)方(fang)法，工業上主要采用(yong)涂(tu)裝前之化(hua)成(cheng)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，但對(dui)易腐蝕之鎂合金(jin)而言是(shi)不(bu)夠的。雖然對(dui)于部(bu)分耐磨耗性或耐蝕性要求(qiu)嚴苛(ke)的零件，采用(yong)陽極氧(yang)化(hua)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，但實用(yong)之陽極氧(yang)化(hua)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，其處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)液大多含(han)有(you)(you)(you)鉻和錳等重金(jin)屬(shu)以及氟化(hua)物等有(you)(you)(you)害(hai)物質(zhi)。因此(ci)不(bu)含(han)重金(jin)屬(shu)、有(you)(you)(you)害(hai)物質(zhi)之陽極氧(yang)化(hua)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)開(kai)發是(shi)迫不(bu)及待的。目前不(bu)含(han)鉻之處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)方(fang)法有(you)(you)(you)Tagnite 、Magoxid-Coat Keronite 等，但是(shi)這些方(fang)法各有(you)(you)(you)優劣(lie)點，因此(ci)尚(shang)無法廣泛應用(yong)。本文介紹有(you)(you)(you)關鎂合金(jin)表面(mian)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)之最(zui)新動向(xiang)，以及處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)液中不(bu)含(han)鉻等重金(jin)屬(shu)，氟化(hua)物等有(you)(you)(you)害(hai)物質(zhi)之新陽極氧(yang)化(hua)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)。

鎂合金(jin)之(zhi)表面處理(li)

目前，鎂合金之表面處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)方法，工業上(shang)有化成處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)及陽極氧(yang)化處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)、電鍍(du)、真空(kong)蒸鍍(du)等(deng)，其中(zhong)化成處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)加(jia)涂(tu)裝占了一大半，另(ling)外部分采用陽極氧(yang)化處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)，其他處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)方法之應用相當少。

鎂(mei)(mei)合(he)金(jin)表面處理(li)有許多相關參考文獻可供參考。由Pourbaix 電位-pH 圖(tu)可知(zhi)，鎂(mei)(mei)在(zai)pH10 以上之(zhi)鹼性溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)生成(cheng)(cheng)安(an)定(ding)的氫氧化(hua)皮膜，可抑止(zhi)溶(rong)解。但在(zai)酸(suan)(suan)性側則產生激烈的溶(rong)解反(fan)應，因此(ci)(ci)化(hua)成(cheng)(cheng)處理(li)或(huo)陽極氧化(hua)處理(li)中(zhong)，其(qi)處理(li)液(ye)(ye)為酸(suan)(suan)性時(shi)，處理(li)液(ye)(ye)中(zhong)常添加氟(fu)化(hua)物離子(zi)(zi)或(huo)鉻酸(suan)(suan)離子(zi)(zi)，使(shi)形成(cheng)(cheng)安(an)定(ding)氟(fu)化(hua)鎂(mei)(mei)或(huo)鉻氧化(hua)物皮膜以防止(zhi)鎂(mei)(mei)溶(rong)解。如(ru)此(ci)(ci)，鎂(mei)(mei)合(he)金(jin)化(hua)成(cheng)(cheng)處理(li)或(huo)陽極氧化(hua)處理(li)，不僅含(han)有害(hai)物質也使(shi)用氟(fu)化(hua)物或(huo)鉻酸(suan)(suan)。

以(yi)磷酸鹽為(wei)主之環保型陽極氧化處理(li)特征

1. 環(huan)保型陽極氧化處理(li)（Anomag）

目(mu)前，鎂合金之陽極氧化(hua)處(chu)理主(zhu)要(yao)有MX11（HAE法）、MX12（DOW17）、MX5等(deng)，為獲得安定皮膜，處(chu)理液使用Cr6+ 或氟化(hua)物(wu)等(deng)有害物(wu)質(zhi)。本節介紹之Anomag 處(chu)理系1998 年紐西蘭國立(li)研究所開發之技術，主(zhu)要(yao)以(yi)磷(lin)酸化(hua)合物(wu)及氨鹽(yan)為主(zhu)，不含(han)有害物(wu)質(zhi)之符合環保的陽極氧化(hua)處(chu)理法。

另(ling)外(wai)， Dow17法及(ji)HAE 法，因皮膜(mo)內混(hun)有鉻或錳等重金(jin)屬(shu)，對鎂合金(jin)特徵之(zhi)一的回(hui)收(shou)(shou)性也有不良影響(xiang)。而(er)Anomag 處理完全不使用重金(jin)屬(shu)，對回(hui)收(shou)(shou)性無不良影響(xiang)，也是其最(zui)大優點。

圖一(yi)為Anomag 陽極氧(yang)化皮(pi)(pi)膜(mo)之表面及截(jie)面照片(pian)。呈現數μm的多(duo)孔質(zhi)皮(pi)(pi)膜(mo)，而(er)且(qie)小孔隨膜(mo)厚增(zeng)加(jia)而(er)擴大。一(yi)般鎂(mei)合(he)金陽極氧(yang)化處理(li)生成(cheng)(cheng)之皮(pi)(pi)膜(mo)，并(bing)非鎂(mei)之氧(yang)化物MgO ，而(er)是Mg 與處理(li)浴(yu)中物質(zhi)之化學反應，生成(cheng)(cheng)復合(he)且(qie)復雜構造之化合(he)物。皮(pi)(pi)膜(mo)無導(dao)電性或缺乏導(dao)電性，因此(ci)隨著皮(pi)(pi)膜(mo)生成(cheng)(cheng)，電流(liu)降低。此(ci)時(shi)，電解持續必(bi)須(xu)提高電壓，當此(ci)電壓達(da)某一(yi)值時(shi)皮(pi)(pi)膜(mo)產生絕緣(yuan)破壞。此(ci)時(shi)隨著火(huo)花放電（Spark）產生氣體(ti)，皮(pi)(pi)膜(mo)形(xing)成(cheng)(cheng)如輕石般之多(duo)孔構造。

圖(tu)一、Anomag皮(pi)膜之SEM像（左：表面、右：截面）；（a） 膜厚：5μm；（b） 膜厚：10μm；（c） 膜厚：20μm

表(biao)一為(wei)(wei)各種(zhong)處理(li)后(hou)之(zhi)(zhi)AZ91D 壓鑄(zhu)材，經鹽水噴霧(wu)(wu)試驗之(zhi)(zhi)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)評(ping)估結(jie)果(guo)。Anomag或Dow17 等陽極氧化(hua)處理(li)，具有比(bi)化(hua)成處理(li)10 倍以上之(zhi)(zhi)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)。此外， Anomag 的膜(mo)厚10μm與Dow17 膜(mo)厚20μm ，幾乎在相同時(shi)間(jian)發生腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，可知Anomag 皮膜(mo)具有足夠之(zhi)(zhi)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)。而(er)且，再評(ping)估經透明涂裝后(hou)皮膜(mo)之(zhi)(zhi)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)結(jie)果(guo)，發現超過2000 小(xiao)時(shi)，并不發生腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)或Cross Cut 部有膨脹(zhang)情形之(zhi)(zhi)優異(yi)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)。為(wei)(wei)了解Anomag 處理(li)之(zhi)(zhi)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)比(bi)其他處理(li)優異(yi)的原(yuan)因，執行腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)形態觀察與陽極分極等電化(hua)學測試。Dow17 與Anomag 處理(li)之(zhi)(zhi)表(biao)面，利用陶瓷刀片強制切割傷痕，使基板露出后(hou)，執行鹽水噴霧(wu)(wu)試驗（550小(xiao)時(shi)）。

表一(yi)、各種處理皮膜之鹽(yan)水噴霧試驗(yan)之耐蝕(shi)性

圖(tu)三為其(qi)(qi)組成(cheng)像，組成(cheng)像中重(zhong)元素呈現較(jiao)亮對(dui)比(bi)。Dow17 處理皮(pi)膜，以傷(shang)痕為中心，其(qi)(qi)周(zhou)邊呈現擴(kuo)展之(zhi)黑(hei)色部分，此(ci)部分為腐(fu)蝕所生成(cheng)之(zhi)氫氧化物。然而， Anomag處理之(zhi)傷(shang)痕部位及其(qi)(qi)周(zhou)邊并未發(fa)現對(dui)比(bi)之(zhi)變化，此(ci)結果顯(xian)示，即使強制去除皮(pi)膜之(zhi)傷(shang)痕部位，亦可充分抑止母材之(zhi)腐(fu)蝕。

圖三、各處理皮膜傷痕部之(zhi)截面組(zu)成(cheng)像(xiang)（鹽水噴霧試(shi)驗：550 小時后）

以上(shang)可知， Anomag 皮膜(mo)具有高耐蝕(shi)性，如圖六所(suo)示目前應用在汽缸蓋或變速箱等傳(chuan)輸機器相關(guan)零(ling)件為主，其他如釣具或遙控玩具等休閑相關(guan)及福祉機器相關(guan)零(ling)件均可適(shi)用，且(qie)其應用急速擴大(da)中。

此外，利用AZ91D 鎂合金(jin)之(zhi)(zhi)絕緣破壞所伴隨之(zhi)(zhi)火花陽極氧化(hua)處理，可(ke)(ke)以由處理條(tiao)件之(zhi)(zhi)控(kong)制(zhi)來改善(shan)機械性質(zhi)。此火花可(ke)(ke)使(shi)試樣(yang)表面(mian)(mian)急速加(jia)熱，此加(jia)熱使(shi)表面(mian)(mian)附近過飽和鎂固溶體中(zhong)析出(chu)微(wei)細之(zhi)(zhi)介金(jin)屬(shu)化(hua)合物(wu)（Al12Mg17），而使(shi)硬度強度及伸長(chang)率獲(huo)得(de)改善(shan)。特(te)(te)別關于疲勞特(te)(te)性M1L 規范記載HAE 法之(zhi)(zhi)疲勞特(te)(te)性降低，但(dan)在適切條(tiao)件之(zhi)(zhi)Anomag 處理，表面(mian)(mian)附近之(zhi)(zhi)組織(zhi)獲(huo)得(de)改善(shan)，可(ke)(ke)改善(shan)耐疲勞特(te)(te)性。

2. 導電性(xing)陽(yang)極氧化處理

近來，以(yi)手(shou)機(ji)、筆電(dian)、數位相(xiang)機(ji)等攜帶型電(dian)子(zi)儀(yi)具(ju)為(wei)主之鎂合金制外(wai)殼之應用急速增加(jia)。對于電(dian)子(zi)儀(yi)具(ju)外(wai)殼之表(biao)面(mian)處(chu)理(li)(li)，除耐(nai)蝕性或涂膜(mo)密著性外(wai)，因電(dian)磁(ci)波(bo)遮(zhe)蔽性及(ji)內裝電(dian)子(zi)回(hui)路之帶電(dian)防止目(mu)的，必須要求導(dao)電(dian)性。目(mu)前因應此規(gui)格，開(kai)發出磷酸(suan)錳－鈣系及(ji)磷酸(suan)鈣系等低(di)電(dian)阻化成處(chu)理(li)(li)。

然(ran)而(er)(er)，由(you)于皮膜導電性(xing)與(yu)耐蝕性(xing)呈現相(xiang)反特(te)性(xing)關系，提高導電性(xing)將降低防蝕性(xing)能。化(hua)成(cheng)處理屬于電化(hua)學反應(ying)，即鎂的(de)溶解（陽極反應(ying)）與(yu)相(xiang)對應(ying)之(zhi)陰極反應(ying)，形成(cheng)組織不均一皮膜，因此導電性(xing)之(zhi)偏差大。此外(wai)，電子儀具外(wai)殼制造方法以射出成(cheng)形與(yu)壓鑄(zhu)法為主流，因此縮孔與(yu)偏析之(zhi)鑄(zhu)造缺(que)陷(xian)很多。而(er)(er)且材料(liao)表(biao)(biao)面存在許多Pinhole 與(yu)Lap等鑄(zhu)造缺(que)陷(xian)，此等缺(que)陷(xian)降低表(biao)(biao)面處理性(xing)。如此對于存在許多缺(que)陷(xian)之(zhi)素材，由(you)電化(hua)學反應(ying)之(zhi)化(hua)成(cheng)處理，缺(que)陷(xian)部位易產生不良，而(er)(er)影響耐蝕性(xing)與(yu)導電性(xing)。

圖七為新開發之(zhi)(zhi)導(dao)(dao)電性陽極氧化(hua)皮膜之(zhi)(zhi)表面及截(jie)面SEM 照片，由于(yu)形成以MgO為主(zhu)體之(zhi)(zhi)氧化(hua)皮膜，摻雜磷及鋁之(zhi)(zhi)復合(he)氧化(hua)皮膜，因此皮膜本身呈現(xian)(xian)導(dao)(dao)電性。表面電阻值(zhi)雖有不同等級，但大約呈現(xian)(xian)0.1~0.4Ω之(zhi)(zhi)低值(zhi)，一般規格在0.6Ω 以下即(ji)充分(fen)滿足。此外，無化(hua)成處(chu)理之(zhi)(zhi)不均一性。而(er)且，本處(chu)理并不使用鉻或錳等重金(jin)屬及氟化(hua)合(he)物(wu)等有害物(wu)質，符合(he)環保之(zhi)(zhi)良好處(chu)理方(fang)法。

圖七(qi)、導電性陽(yang)極氧化(hua)皮膜之SEM像

圖(tu)八(ba)(ba)為導電性陽(yang)極(ji)氧化皮(pi)(pi)(pi)膜(mo)(mo)之(zhi)TEM 像（明視野像）及皮(pi)(pi)(pi)膜(mo)(mo)部分之(zhi)擇(ze)區(qu)(qu)繞(rao)射圖(tu)形(xing)。皮(pi)(pi)(pi)膜(mo)(mo)擇(ze)區(qu)(qu)繞(rao)射圖(tu)形(xing)（圖(tu)八(ba)(ba)（b））呈(cheng)現(xian)之(zhi)Halo Pattern ，顯(xian)示皮(pi)(pi)(pi)膜(mo)(mo)為玻璃狀，由(you)(you)XRD 測試(shi)也未見(jian)皮(pi)(pi)(pi)膜(mo)(mo)產生之(zhi)繞(rao)射峰(feng)。由(you)(you)此，推測導電性除構成(cheng)皮(pi)(pi)(pi)膜(mo)(mo)之(zhi)化學組成(cheng)外，也與皮(pi)(pi)(pi)膜(mo)(mo)結構有密(mi)切(qie)之(zhi)關系。

圖(tu)(tu)八、導(dao)電性陽極(ji)氧化皮膜斷面(mian)(mian)之TEM觀察(cha)結果(guo)（a）截面(mian)(mian)明視野(ye)像；（b）皮膜部分之擇區繞(rao)射(she)圖(tu)(tu)形

3. 導電性陽極氧化皮膜之電鍍

最(zui)近，賦予鎂合(he)金表面(mian)之金屬(shu)色調，即所謂(wei)“電(dian)(dian)鍍(du)”之需求愈(yu)來愈(yu)高。目前，電(dian)(dian)鍍(du)法或真(zhen)空蒸鍍(du)法，一般先在涂(tu)裝(zhuang)皮(pi)膜(mo)上(shang)吸附Pd 觸媒(mei)后，再施行(xing)無電(dian)(dian)解電(dian)(dian)鍍(du)等，但均未(wei)達實用化。其主要原(yuan)因系易發生加(jia)凡尼(ni)腐蝕(shi)，以及電(dian)(dian)解過程(cheng)中析出之皮(pi)膜(mo)覆蓋鎂基材(cai)，反而促使腐蝕(shi)的進(jin)行(xing)。

鎂(mei)合金之(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)鍍(du)法(fa)，其中之(zhi)(zhi)(zhi)一(yi)為(wei)(wei)鋁合金相(xiang)關，即Zincates 處(chu)理(li)（鋅(xin)置換處(chu)理(li)）后(hou)(hou)電(dian)鍍(du)，另外(wai)之(zhi)(zhi)(zhi)一(yi)為(wei)(wei)鎂(mei)合金直接電(dian)鍍(du)之(zhi)(zhi)(zhi)方法(fa)。前(qian)(qian)(qian)者(zhe)代表方法(fa)為(wei)(wei)「Dow 法(fa)」，后(hou)(hou)者(zhe)則(ze)為(wei)(wei)「坂田(tian)法(fa)」。兩者(zhe)均需要復數(shu)之(zhi)(zhi)(zhi)前(qian)(qian)(qian)處(chu)理(li)，而且，處(chu)理(li)液中使用鉻(ge)酸鹽(yan)、氟化(hua)物(wu)、氰化(hua)物(wu)等有害物(wu)質，此(ci)外(wai)電(dian)鍍(du)皮(pi)膜(mo)之(zhi)(zhi)(zhi)密(mi)著性(xing)(xing)(xing)或耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)也有問題。前(qian)(qian)(qian)面章節介(jie)紹(shao)之(zhi)(zhi)(zhi)導電(dian)性(xing)(xing)(xing)陽極氧(yang)化(hua)皮(pi)膜(mo)可(ke)通電(dian)，作(zuo)為(wei)(wei)電(dian)鍍(du)之(zhi)(zhi)(zhi)基地可(ke)以(yi)直接電(dian)鍍(du)，簡(jian)易(yi)的制(zhi)程可(ke)獲得(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)與密(mi)著性(xing)(xing)(xing)均優的皮(pi)膜(mo)。（詳(xiang)細內(nei)文請參照原文）此(ci)外(wai)，電(dian)解初(chu)期在電(dian)極表面形(xing)成之(zhi)(zhi)(zhi)氧(yang)氣，可(ke)除去表面雜(za)質或脫膜(mo)劑之(zhi)(zhi)(zhi)清潔作(zuo)用，抑制(zhi)電(dian)鍍(du)后(hou)(hou)之(zhi)(zhi)(zhi)膨脹。本節介(jie)紹(shao)與以(yi)往完全不同，具有導電(dian)性(xing)(xing)(xing)之(zhi)(zhi)(zhi)陽極氧(yang)化(hua)皮(pi)膜(mo)之(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)鍍(du)前(qian)(qian)(qian)處(chu)理(li)制(zhi)程，不使用六價鉻(ge)等有害物(wu)質及(ji)復雜(za)之(zhi)(zhi)(zhi)前(qian)(qian)(qian)處(chu)理(li)，為(wei)(wei)簡(jian)便(bian)且符(fu)合環(huan)保，同時耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)及(ji)密(mi)著性(xing)(xing)(xing)優異之(zhi)(zhi)(zhi)方法(fa)，目前(qian)(qian)(qian)已朝實用化(hua)進(jin)展(zhan)。

本(ben)文介紹有關鎂(mei)(mei)合金(jin)(jin)(jin)表面(mian)處(chu)理(li)之(zhi)最(zui)新(xin)(xin)動向，以及以磷酸鹽為主(zhu)之(zhi)新(xin)(xin)陽(yang)極氧(yang)化(hua)處(chu)理(li)與應(ying)用(yong)(yong)例。鎂(mei)(mei)合金(jin)(jin)(jin)在以攜帶用(yong)(yong)電(dian)子(zi)儀(yi)具外殼為主(zhu)之(zhi)應(ying)用(yong)(yong)需求逐漸增加(jia)。而且(qie)運輸機器領域上(shang)，期待作(zuo)為輕量化(hua)材料，預期其應(ying)用(yong)(yong)也將大(da)(da)幅增加(jia)。然(ran)而，使用(yong)(yong)易腐蝕之(zhi)鎂(mei)(mei)合金(jin)(jin)(jin)，考慮(lv)防蝕性(xing)(xing)之(zhi)表面(mian)處(chu)理(li)技術(shu)是不可或缺的(de)。本(ben)文敘(xu)述(shu)之(zhi)陽(yang)極氧(yang)化(hua)處(chu)理(li)，具有以往未曾有之(zhi)耐蝕性(xing)(xing)與皮(pi)膜(mo)導電(dian)性(xing)(xing)，而且(qie)不使用(yong)(yong)鉻等(deng)重金(jin)(jin)(jin)屬或氟化(hua)物等(deng)有害物質，充分滿足(zu)環保規范，可確信今后(hou)將成為擴大(da)(da)鎂(mei)(mei)合金(jin)(jin)(jin)需求之(zhi)重大(da)(da)技術(shu)。