專利名稱：一種輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面涂層防護(hù)領(lǐng)域，具體為一種輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
鋁和鎂在地球中的含量豐富，其合金具有密度低，比強(qiáng)度、比剛度、比彈性模量高等特點(diǎn)，并具有很好的鑄造、電磁屏蔽、減震及導(dǎo)電導(dǎo)熱和切削加工等性能，因而其被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、通訊、光學(xué)儀器、軍工工業(yè)和計(jì)算機(jī)制造業(yè)等領(lǐng)域。但由于鋁和鎂的化學(xué)穩(wěn)定性低，電極電位很負(fù)，耐蝕性、耐磨性、硬度及耐高溫性能差等，這在某種程度上制約了其合金的廣泛應(yīng)用。因此，鋁或鎂合金要大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)，必須通過選用或開發(fā)適當(dāng)?shù)耐繉訉?duì)其進(jìn)行表面防護(hù)處理。常用的鎂合金表面改性技術(shù)包括離子注入和激光處理技術(shù)，離子注入技術(shù)是在真空狀態(tài)下，使用高能離子束轟擊目標(biāo)實(shí)現(xiàn)離子體的注入，注入的離子留在固溶體的取代位置或間隙位上，形成非平衡表面。激光處理技術(shù)包括激光熱處理和激光表面合金化，其中激光熱處理技術(shù)是利用激光加熱金屬表面以促進(jìn)亞穩(wěn)固溶體形成的技術(shù)；而激光表面合金化則是通過高能激光加熱金屬表面，滲入合金元素，從而改變其化學(xué)成分、組織和性能。但由于激光束和離子束的限制，在重疊區(qū)易引起材料表面性能不均勻，導(dǎo)致材料的性能下降，且離子注入和激光處理的設(shè)備價(jià)格昂貴。目前為止，在鎂合金表面防護(hù)上，研究者主要集中于化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、電鍍、化學(xué)鍍、陽極氧化、微弧氧化、涂覆有機(jī)聚合物涂層、表面合金化及氣相沉積等。同鎂合金相比，鋁合金的表面防護(hù)技術(shù)相對(duì)比較成熟，但也存在很多問題。如:在超大規(guī)模集成電路制造中，鋁合金結(jié)構(gòu)件陽極化處理后往往會(huì)產(chǎn)生彩色斑紋；由于刻蝕工藝采用的氣體化學(xué)活性強(qiáng)，且離子轟擊效應(yīng)明顯，鋁合金硬質(zhì)陽極化后抵抗此類等離子體腐蝕的能力差，就會(huì)帶來顆粒污染，影響刻蝕工藝，降低成品晶圓的質(zhì)量，隨著低納米線寬技術(shù)的發(fā)展，這一問題尤其突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的耐腐蝕性能、耐磨性能和抗氧化性能較差，影響使用壽命等問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，首先，利用冷噴涂方法在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層；然后，對(duì)純鋁涂層進(jìn)行表面拋光和陽極氧化，在純鋁涂層的表面制備氧化鋁薄膜，作為防護(hù)涂層的表層；其中，所述的輕質(zhì)合金為鎂合金、鈦合金或招合金。所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，采用純鋁或超純鋁粉末，在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層，利用高速氣流將Al粉末直接噴涂于輕質(zhì)合金表面，通過控制噴涂參數(shù):噴射距離5 50mm、氣體壓強(qiáng)0.5 5.0MPa、氣體溫度為260 520°C、氣流流量為10 30g/s、粉末粒度為I 50 ii m， 鋁粉純度> 99.8wt%,使純鋁粉末沉積在輕質(zhì)合金的表面上，形成均勻分布的純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層。所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，拋光采用機(jī)械、電解或化學(xué)拋光的方法，要求粗糙度Ra:0.3 1.6。
所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，陽極氧化為在陽極氧化裝置中進(jìn)行處理，對(duì)輕質(zhì)合金表面純鋁涂層進(jìn)行陽極氧化時(shí)，以純鋁涂層為陽極，置于電解質(zhì)溶液中進(jìn)行通電處理，利用電解作用使其表面形成氧化鋁薄膜的過程；經(jīng)過陽極氧化處理，純鋁涂層表面能生成性能優(yōu)異的氧化鋁薄膜，其抗腐蝕性能遠(yuǎn)好于鋁合金陽極化后形成的氧化鋁薄膜，尤其適合于大規(guī)模集成電路設(shè)備，使其在強(qiáng)腐蝕和等離子轟擊環(huán)境下保持超潔凈。所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，陽極氧化采用的裝置包括氧化電源、導(dǎo)電桿、氧化工件、電解質(zhì)溶液、酸泵、熱交換器、冷凍機(jī)，氧化電源通過導(dǎo)電桿連接氧化工件輕質(zhì)合金表面的純鋁涂層，氧化工件置于電解質(zhì)溶液中，電解質(zhì)溶液通過酸泵與熱交換器、冷凍機(jī)連接:盛裝電解質(zhì)溶液的電解槽通過兩個(gè)管路與熱交換器連通，其中一個(gè)管路上設(shè)置酸泵，利用酸泵將電解質(zhì)溶液泵入電解槽內(nèi)，交換器通過管路與冷凍機(jī)連通。所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，陽極氧化工藝條件如下:陽極氧化工藝參數(shù):游離硫酸，160 180g/L ;鋁離子，I 5g/L ;溫度，19 21°C;電流密度，1.3 1.4A/dm2 ;陽極氧化后，在純鋁涂層表面形成Al2O3薄膜，氧化鋁薄膜厚度為3 300微米。所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，對(duì)氧化鋁薄膜進(jìn)行封閉處理，處理的方法為:高溫水化反應(yīng)封閉、無機(jī)鹽封閉或有機(jī)物封閉法。所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，采用純鋁粉末或超純鋁粉末，在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層的裝置，具有進(jìn)氣管、加熱器、送粉器、超音速噴嘴，進(jìn)氣管的一端與高壓氣源連接，進(jìn)氣管的另一端分別經(jīng)送粉器和加熱器與超音速噴嘴相連接，進(jìn)氣管置于加熱器中的部分為螺旋形結(jié)構(gòu)，輕質(zhì)合金表面與超音速噴嘴出口相對(duì)。所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，采用純鋁粉末或超純鋁粉末，在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層的過程中，高壓氣源的壓縮氣體分兩路，一路進(jìn)入送粉器，作為載體將粉末引入超首速噴嘴；另一路進(jìn)入加熱器，氣體經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入超首速噴嘴，在超首速噴嘴的進(jìn)氣口，兩路氣體在進(jìn)氣口混合形成氣-固雙相流；氣-固雙相流在超音速噴嘴的收縮段加速至音速，而后通過喉部在超音速噴嘴的擴(kuò)張段繼續(xù)膨脹加速，氣-固雙相流在超音速噴嘴的出口處達(dá)到超音速，氣-固雙相流噴射到輕質(zhì)合金的表面，利用高速氣流將粉末沉積在輕質(zhì)合金的表面，鋁粉末與輕質(zhì)合金表面碰撞發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形粘接于輕質(zhì)合金表面，后繼的高動(dòng)能顆粒重復(fù)這一過程而形成純鋁涂層；高壓氣源的壓縮氣體為空氣、氮?dú)饣蛘吆?。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明采用氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)，利用高速氣流將Al粉直接噴涂于輕質(zhì)合金表面，通過控制噴涂參數(shù)，使粉末沉積在輕質(zhì)合金表面上形成均勻分布的純鋁涂層，且能根據(jù)需求有效地增加涂層的厚度。2.本發(fā)明能夠在鎂合金、鈦合金或鋁合金表面直接制備純鋁涂層，并在純鋁涂層表面采用陽極氧化工藝制備Al2O3薄膜，其組織和結(jié)構(gòu)性能見圖3，能夠有效的阻止鎂合金、鈦合金和鋁合金的腐蝕問題。
3.本發(fā)明可采用純Al或超純Al粉末，利用冷噴涂技術(shù)制備純Al涂層。4.本發(fā)明制備的純鋁涂層厚度范圍非常寬，可達(dá)到100微米 5毫米。然后采用陽極氧化法在純鋁涂層表面生成Al2O3薄膜，可顯著提高鎂合金、鈦合金或鋁合金的耐蝕性能和化學(xué)穩(wěn)定性。5.本發(fā)明方法簡單、成本低、效率高，可以制備多種輕質(zhì)合金防護(hù)涂層，其專用裝置結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，操作方便。總之，該方法應(yīng)用于鎂合金可以提高鎂合金的耐腐蝕性能，大大拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域；應(yīng)用于鈦合金可以提高鈦合金的抗高溫氧化性能；應(yīng)用于鋁合金能有效提高鋁合金的耐腐蝕性能，尤其適用于大規(guī)模集成電路鋁合金零部件的表面防護(hù)以及強(qiáng)腐蝕性環(huán)境(如高化學(xué)活性氣體、等離子轟擊氛圍)下鋁合金的腐蝕防護(hù)，提高大規(guī)模集成電路鋁合金零部件的耐蝕性能，減少鋁合金刻蝕腔及其零部件等在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下形成的顆粒對(duì)半導(dǎo)體晶圓的污染，提高鋁合金刻蝕腔及其零部件等鋁合金零部件的使用壽命。


圖1為冷噴涂系統(tǒng)示意圖。圖2為陽極氧化裝置示意圖。圖3為純鋁和氧化鋁膜復(fù)合防護(hù)涂層組織示意圖。圖中，1.進(jìn)氣管；2.加熱器；3.送粉器；4.超音速噴嘴；5.輕質(zhì)合金表面；6.氧化電源；7.導(dǎo)電桿；8.氧化工件；9.電解質(zhì)溶液；10.酸泵；11.熱交換器；12.冷凍機(jī)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用 純Al粉末，利用冷噴涂技術(shù)制備輕質(zhì)合金防護(hù)涂層的底層。如圖1所示，本發(fā)明輕質(zhì)合金表面純鋁涂層的制備方法的專用裝置，具有進(jìn)氣管1、加熱器2、送粉器
3、超音速噴嘴4等，進(jìn)氣管I的一端與高壓氣源連接，進(jìn)氣管I的另一端分別經(jīng)送粉器3和加熱器2與超音速噴嘴4相連接，進(jìn)氣管I置于加熱器3中的部分為螺旋形結(jié)構(gòu)，輕質(zhì)合金表面5與超音速噴嘴4出口相對(duì)。本發(fā)明中，氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)和超音速噴嘴可以采用中國發(fā)明專利:冷氣動(dòng)力噴涂裝置，專利號(hào)為01128130.8，公開號(hào)為0附40321(^。超音速噴嘴由收縮段、喉部和擴(kuò)張段三部分組成，超音速噴嘴進(jìn)氣口的截面積、喉部、出氣口的截面積必須符合一定的比例，以保證壓縮氣體通過超音速噴嘴之后能夠達(dá)到超音速。以冷氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)為例(參見中國發(fā)明專利:冷氣動(dòng)力噴涂裝置，專利號(hào)為01128130.8，公開號(hào)為CN1403210A)，使用純Al粉末，高壓氣源的壓縮氣體分兩路，一路進(jìn)入送粉器，作為載體將粉末引入超音速噴嘴；另一路進(jìn)入加熱器，氣體經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入超音速噴嘴，在超音速噴嘴的進(jìn)氣口，兩路氣體在進(jìn)氣口混合形成氣-固雙相流。氣-固雙相流在超音速噴嘴的收縮段加速至音速，而后通過喉部在超音速噴嘴的擴(kuò)張段繼續(xù)膨脹加速，氣-固雙相流在超音速噴嘴的出口處達(dá)到超音速，氣-固雙相流噴射到輕質(zhì)合金表面，利用高速氣流將粉末沉積在輕質(zhì)合金表面，Al粉末與輕質(zhì)合金表面碰撞發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形粘接于輕質(zhì)合金表面，后繼的高動(dòng)能顆粒重復(fù)這一過程而形成純Al涂層。其工藝參數(shù)為:噴射距離5 50mm、氣體壓強(qiáng)0.5 5.0MPa、氣體溫度為260 520°C、氣流流量為10 30g/s、粉末粒度為I 50 ii m，鋁粉純度彡99.8wt%,高壓氣源的壓縮氣體為空氣、氮?dú)饣蛘吆?。純鋁粉末沉積在輕質(zhì)合金的表面上，在輕質(zhì)合金表面獲得均勻分布的純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層，純鋁涂層的厚度根據(jù)需要通過噴射時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，范圍為100微米 5毫米。 本發(fā)明中，對(duì)輕質(zhì)合金表面純鋁涂層進(jìn)行表面拋光、陽極化處理。其中，拋光:米用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)拋光方法,要求Ra:0.3 1.6。陽極氧化:以純鋁涂層為陽極，置于電解質(zhì)溶液中進(jìn)行通電處理，利用電解作用使其表面形成氧化鋁薄膜的過程。經(jīng)過陽極氧化處理，鋁表面能生成幾微米至幾百微米的氧化膜。比起鋁合金的天然氧化膜以及鋁合金陽極化后形成的氧化膜，其耐蝕性、耐磨性和裝飾性都有明顯的改善和提聞。如圖2所示，陽極氧化裝置包括氧化電源6、導(dǎo)電桿7、氧化工件8、電解質(zhì)溶液9、酸泵10、熱交換器11、冷凍機(jī)12，氧化電源6通過導(dǎo)電桿7連接氧化工件8 (輕質(zhì)合金)表面的純鋁涂層，氧化工件8置于電解質(zhì)溶液9中，電解質(zhì)溶液9通過酸泵10與熱交換器11、冷凍機(jī)12連接:盛裝電解質(zhì)溶液9的電解槽通過兩個(gè)管路與熱交換器11連通，其中一個(gè)管路上設(shè)置酸泵10，利用酸泵10將電解質(zhì)溶液9泵入電解槽內(nèi)，交換器11通過管路與冷凍機(jī)12連通。陽極氧化工藝參數(shù):游離硫酸(g/L)，160 180 ;鋁離子(g/L)，l 5 ;溫度。C，19 21 ;電流密度(A/dm2);1.3 1.4;時(shí)間!^11，根據(jù)膜厚確定。經(jīng)過陽極氧化處理后，在純鋁涂層表面形成Al2O3薄膜，純鋁涂層表面能生成幾微米至幾百微米的氧化膜薄膜(一般為3 300微米)。鋁陽極氧化的原理，當(dāng)電流通過時(shí)，將發(fā)生以下的反應(yīng):在陰極(如:不銹鋼等)上，按下列反應(yīng)放出H2:2H++2e_ - H2 f ；在陽極上，40H__4e_ — 2H20+02 f，析出的氧不僅是分子態(tài)的氧(O2)，還包括原子氧
(0)，以及離子氧(02_)，通常在反應(yīng)中以分子氧表示。作為陽極的鋁被其析出的氧所氧化，形成無水的Al2O3膜，反應(yīng)式如下:2A1+3
=A1203+1675.7KJ ；生成的氧并不是全部與鋁作用，一部分以氣態(tài)的形式析出。本發(fā)明中，對(duì)氧化鋁薄膜的封閉處理:氧化鋁薄膜是多孔性膜，無論有沒有著色處理，在使用前都要進(jìn)行封閉處理，這樣才能提高其耐蝕性和耐候性。處理的方法有三類，即:高溫水化反應(yīng)封閉、無機(jī)鹽封閉或有機(jī)物封閉法等。(I)、高溫水封閉這種方法是利用氧化鋁薄膜與水的水化反應(yīng)，將非晶質(zhì)膜變?yōu)樗辖Y(jié)晶膜:水化反應(yīng)在常溫和高溫下都可以進(jìn)行，但是在高溫下特別是在沸點(diǎn)時(shí)，所生成的水合結(jié)晶膜是非常穩(wěn)定的不可逆的結(jié)晶膜，因此，最常用的氧化鋁薄膜的封閉處理就是沸水法或蒸汽法處理。(2)、無機(jī)鹽封閉無機(jī)鹽法可以提高有機(jī)著色染料的牢度，因此在化學(xué)著色法中常用。①醋酸鹽法；②硅酸鹽法；
(3)、有機(jī)封閉法這是對(duì)氧化鋁薄膜進(jìn)行浸油、浸漆或進(jìn)行涂裝等，其工藝流程:工件一脫脂一水洗一陽極氧化一 7jC洗一封閉一 7jC洗一卸件。實(shí)施例1本實(shí)施例中，輕質(zhì)合金牌號(hào)為:鎂合金AZ31。首先,在輕質(zhì)合金表面制備純招涂層，作為防護(hù)涂層的底層；然后，對(duì)純鋁涂層進(jìn)行表面拋光、陽極氧化，在純鋁涂層的表面制備氧化鋁薄膜，作為防護(hù)涂層的表層；本實(shí)施例中，利用高速氣流將純Al粉末直接噴涂于輕質(zhì)合金表面，通過控制噴涂參數(shù):噴射距離30mm、氣體壓強(qiáng)3.0MPa、氣體溫度為500°C、氣流流量為30g/s、粉末粒度為30 Pm、鋁粉純度> 99.8wt%，高壓氣源的壓縮氣體為氦氣。純鋁粉末沉積在輕質(zhì)合金的表面上，在輕質(zhì)合金表面獲得均勻分布的純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層，純鋁涂層的厚度為I毫米。·本實(shí)施例中，陽極氧化工藝參數(shù):游離硫酸，180g/L ;鋁離子，I g/L ;溫度，21°C ;電流密度，1.3A/dm2 ;陽極氧化后，在純鋁涂層表面形成Al2O3薄膜，氧化鋁薄膜厚度為200微米，作為防護(hù)涂層的表層。本實(shí)施例中，對(duì)氧化鋁薄膜進(jìn)行封閉處理，處理的方法為:有機(jī)物封閉法。本實(shí)施例方法用于鎂合金，可以提高鎂合金的耐腐蝕性能，大大拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。如:鎂合金結(jié)構(gòu)件在海洋性氣候下腐蝕非常嚴(yán)重，采用該方法制備Al2O3薄膜后，使用壽命可提高2 3倍。實(shí)施例2本實(shí)施例中，輕質(zhì)合金牌號(hào)為:鋁合金6063。首先，在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層；然后，對(duì)純鋁涂層進(jìn)行表面拋光、陽極氧化，在純鋁涂層的表面制備氧化鋁薄膜，作為防護(hù)涂層的表層；本實(shí)施例中，利用高速氣流將純Al粉末直接噴涂于輕質(zhì)合金表面，通過控制噴涂參數(shù):噴射距離5mm、氣體壓強(qiáng)1.0MPa、氣體溫度為300°C、氣流流量為10g/S、粉末平均粒度為5 u m、鋁粉純度> 99.8wt%,高壓氣源的壓縮氣體為氮?dú)狻＜冧X粉末沉積在輕質(zhì)合金的表面上，在輕質(zhì)合金表面獲得均勻分布的純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層，純鋁涂層的厚度為I毫米。本實(shí)施例中，陽極氧化工藝參數(shù):游離硫酸，160g/L ;鋁離子，5g/L ;溫度，19°C ;電流密度，1.4A/dm2 ;陽極氧化后，在純鋁涂層表面形成Al2O3薄膜，薄膜厚度為50微米，作為防護(hù)涂層的表層。本實(shí)施例中，對(duì)氧化鋁薄膜進(jìn)行封閉處理，處理的方法為:高壓水蒸汽封閉。本實(shí)施例方法適用于鋁合金在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下的腐蝕保護(hù)，如:大規(guī)模集成電路鋁合金結(jié)構(gòu)件的表面防護(hù)以及強(qiáng)腐蝕性環(huán)境(如高化學(xué)活性氣體、等離子轟擊氛圍)下鋁合金零部件的腐蝕防護(hù)，提高大規(guī)模集成電路鋁合金零部件的耐蝕性能，減少鋁合金刻蝕腔及其零部件等在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下形成的顆粒對(duì)半導(dǎo)體晶圓的污染，提高大規(guī)模集成電路鋁合金結(jié)構(gòu)件及刻蝕腔體和零部件的使用壽命。實(shí)施例3本實(shí)施例中，輕質(zhì)合金牌號(hào)為:鈦合金Ti751。首先，在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層；然后，對(duì)純鋁涂層進(jìn)行表面拋光、陽極氧化，在純鋁涂層的表面制備氧化鋁薄膜，作為防護(hù)涂層的表層；本實(shí)施例中，利用高速氣流將純Al粉末直接噴涂于輕質(zhì)合金表面，通過控制噴涂參數(shù):噴射距離20mm、氣體壓強(qiáng)2.0MPa、氣體溫度為400°C、氣流流量為20g/s、粉末平均粒度為20 u m、鋁粉純度> 99.8wt%,高壓氣源的壓縮氣體為空氣。純鋁粉末沉積在輕質(zhì)合金的表面上，在輕質(zhì)合金表面獲得均勻分布的純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層，純鋁涂層的厚度為2毫米。本實(shí)施例中，陽極氧化工藝參數(shù):游離硫酸，170g/L ;鋁離子，3g/L ;溫度，20°C ;電流密度，1.35A/dm2 ;陽極氧化后，在純鋁涂層表面形成Al2O3薄膜，薄膜厚度為100微米，作為防護(hù)涂層的表層。本實(shí)施例中，對(duì)氧化鋁薄膜進(jìn)行封閉處理，處理的方法為:無機(jī)鹽封閉。本實(shí)施例方法用于鈦合金可以提高鈦合金的高溫耐腐蝕性能和耐磨性。如圖3所示，本發(fā)明方法可以在輕質(zhì)合金表面制備純鋁和氧化鋁膜復(fù)合防護(hù)涂層，且涂層厚度不受限制，可以看出，純鋁層分別與輕質(zhì)合金基體、氧化鋁膜結(jié)合牢固。另夕卜，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、 操作方便。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于:首先，利用冷噴涂方法在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層；然后，對(duì)純鋁涂層進(jìn)行表面拋光和陽極氧化，在純鋁涂層的表面制備氧化鋁薄膜，作為防護(hù)涂層的表層；其中，所述的輕質(zhì)合金為鎂合金、鈦合金或招合金。
2.按照權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于，采用純鋁或超純鋁粉末，在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層，利用高速氣流將Al粉末直接噴涂于輕質(zhì)合金表面，通過控制噴涂參數(shù):噴射距離5 50mm、氣體壓強(qiáng)0.5 5.0MPa、氣體溫度為260 520°C、氣流流量為10 30g/s、粉末粒度為I 50Mm，鋁粉純度彡99.8wt%，使純鋁粉末沉積在輕質(zhì)合金的表面上，形成均勻分布的純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層。
3.按照權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于，拋光采用機(jī)械、電解或化學(xué)拋光的方法，要求粗糙度Ra:0.3 1.6。
4.按照權(quán)利 要求1所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于，陽極氧化為在陽極氧化裝置中進(jìn)行處理，對(duì)輕質(zhì)合金表面純鋁涂層進(jìn)行陽極氧化時(shí)，以純鋁涂層為陽極，置于電解質(zhì)溶液中進(jìn)行通電處理，利用電解作用使其表面形成氧化鋁薄膜的過程；經(jīng)過陽極氧化處理，純鋁涂層表面能生成性能優(yōu)異的氧化鋁薄膜，其抗腐蝕性能遠(yuǎn)好于鋁合金陽極化后形成的氧化鋁薄膜，尤其適合于大規(guī)模集成電路設(shè)備，使其在強(qiáng)腐蝕和等離子轟擊環(huán)境下保持超潔凈。
5.按照權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于，陽極氧化采用的裝置包括氧化電源、導(dǎo)電桿、氧化工件、電解質(zhì)溶液、酸泵、熱交換器、冷凍機(jī)，氧化電源通過導(dǎo)電桿連接氧化工件輕質(zhì)合金表面的純鋁涂層，氧化工件置于電解質(zhì)溶液中，電解質(zhì)溶液通過酸泵與熱交換器、冷凍機(jī)連接:盛裝電解質(zhì)溶液的電解槽通過兩個(gè)管路與熱交換器連通，其中一個(gè)管路上設(shè)置酸泵，利用酸泵將電解質(zhì)溶液泵入電解槽內(nèi)，交換器通過管路與冷凍機(jī)連通。
6.按照權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于:陽極氧化工藝條件如下: 陽極氧化工藝參數(shù):游離硫酸，160 180 g/L ;鋁離子，I 5g/L ;溫度，19 21°C;電流密度，1.3 1.4 A/dm2 ;陽極氧化后，在純鋁涂層表面形成Al2O3薄膜，氧化鋁薄膜厚度為3 300微米。
7.按照權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于，對(duì)氧化鋁薄膜進(jìn)行封閉處理，處理的方法為:高溫水化反應(yīng)封閉、無機(jī)鹽封閉或有機(jī)物封閉法。
8.按照權(quán)利要求2所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于，采用純鋁粉末或超純鋁粉末，在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層的裝置，具有進(jìn)氣管、加熱器、送粉器、超音速噴嘴，進(jìn)氣管的一端與高壓氣源連接，進(jìn)氣管的另一端分別經(jīng)送粉器和加熱器與超音速噴嘴相連接，進(jìn)氣管置于加熱器中的部分為螺旋形結(jié)構(gòu)，輕質(zhì)合金表面與超音速噴嘴出口相對(duì)。
9.按照權(quán)利要求2所述的輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于，采用純鋁粉末或超純鋁粉末，在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層的過程中，高壓氣源的壓縮氣體分兩路，一路進(jìn)入送粉器，作為載體將粉末引入超音速噴嘴；另一路進(jìn)入加熱器，氣體經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入超音速噴嘴，在超音速噴嘴的進(jìn)氣口，兩路氣體在進(jìn)氣口混合形成氣-固雙相流；氣-固雙相流在超音速噴嘴的收縮段加速至音速，而后通過喉部在超音速噴嘴的擴(kuò)張段繼續(xù)膨脹加速，氣-固雙相流在超音速噴嘴的出口處達(dá)到超音速，氣-固雙相流噴射到輕質(zhì)合金的表面，利用高速氣流將粉末沉積在輕質(zhì)合金的表面，鋁粉末與輕質(zhì)合金表面碰撞發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形粘接于輕質(zhì)合金表面，后繼的高動(dòng)能顆粒重復(fù)這一過程而形成純鋁涂層；高壓氣源的壓縮氣體為空氣、氮 氣或者氦氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面涂層防護(hù)領(lǐng)域，具體為一種輕質(zhì)合金表面防護(hù)涂層的制備方法。首先，采用純Al或超純Al粉末，利用冷噴涂方法在輕質(zhì)合金表面制備純鋁涂層，作為防護(hù)涂層的底層；然后，對(duì)純鋁涂層進(jìn)行表面拋光和陽極氧化，在純鋁涂層表面制備氧化鋁薄膜，作為防護(hù)涂層的表層。經(jīng)過陽極氧化處理，純鋁涂層表面能生成性能優(yōu)異的氧化鋁薄膜，其抗腐蝕性能遠(yuǎn)好于鋁合金陽極化后形成的氧化鋁薄膜，尤其適合于大規(guī)模集成電路設(shè)備，使其在強(qiáng)腐蝕和等離子轟擊環(huán)境下保持超潔凈。其中，所述的輕質(zhì)合金為鎂合金、鈦合金或鋁合金。本發(fā)明方法應(yīng)用于鎂合金、鈦合金和鋁合金可以提高鎂合金、鈦合金和鋁合金的耐腐蝕性能和耐磨性能。
文檔編號(hào)C23C24/04GK103215589SQ20131014556
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者吳杰, 吳敏杰, 金花子, 沈艷芳, 李鳴, 熊天英 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所