專利名稱：一種鎂合金表面耐蝕耐磨涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工工程中的熱噴涂領(lǐng)域，涉及一種鎂合金表面沉積新型復(fù)合涂層的技術(shù)，利用廉價的電弧噴涂技術(shù)、廉價的材料以及合適的工藝參數(shù)可以在鎂合金表面制備耐磨和耐蝕性能較優(yōu)的涂層，該發(fā)明主要應(yīng)用耐磨、耐蝕等工業(yè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金具有重量輕、易回收、比強(qiáng)度高、電磁屏蔽、易于機(jī)械加工等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，不過由于鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，電極電位較低，會與大多數(shù)金屬產(chǎn)生電偶腐蝕，導(dǎo)致了鎂和鎂合金的耐腐蝕性能較差。通常采用一些表面防護(hù)手段來提高鎂合金的耐腐蝕性能，如熱噴涂、激光熔覆、電沉積、微弧氧化等方法。如美國道氏化學(xué)公司開發(fā)了有關(guān)鎂合金鉻化轉(zhuǎn)化膜的處理工藝，但是由于鉻酸鹽處理工藝中含Cr6+離子，具有毒性，污染環(huán)境，且廢液的處理成本高，后來人們也探索了無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理工藝，如磷酸鹽膜等；不過化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐磨性、耐蝕性不太好，它只能減緩腐蝕速度，并不能有效防止腐蝕。激光改性的方法比較環(huán)保，但是其設(shè)備投資較大，膜層制備成本高。有機(jī)物涂層是提高鎂合金制品防腐、防潮、耐熱和絕緣性能的一個重要方法。但是單獨(dú)的有機(jī)物涂層耐蝕性能有限，結(jié)合力也較低，只能用來作為短時間的防護(hù)處理，或者在其它轉(zhuǎn)化膜表面涂敷作為復(fù)合涂層。近幾年來，人們對表面熱噴涂技術(shù)在鎂合金表面防護(hù)上的應(yīng)用研究給予了較多的關(guān)注，研究表明這是一種效率高、成本相對較低、環(huán)保，并且防護(hù)性能好的鎂合金表面處理技術(shù)，具有很好的應(yīng)用前景。Fe-Al系金屬間化合物成本低廉，其抗高溫氧化、耐熱腐蝕性與不銹鋼相當(dāng)。而電弧噴涂是熱噴涂技術(shù)中較低成本的表面防護(hù)技術(shù)，且噴涂溫度相對較低，生產(chǎn)效率高，操作方便，能源利用率高。熱噴涂時，采用`Al為過渡層，防止FeAl層的電極電位過正對鎂合金表面造成影響，同時改善FeAl層與AZ31基體的結(jié)合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提高鎂合金表面耐蝕耐磨性能的基礎(chǔ)上，降低制備防護(hù)層的成本。利用廉價的電弧噴涂技術(shù)和材料，制備Al打底涂層的Al-FeAl復(fù)合涂層?！N鎂合金表面耐蝕耐磨涂層，其特征在于，是Al打底涂層上復(fù)合有FeAl涂層所形成的Al-FeAl復(fù)合涂層。上述一種鎂合金表面耐蝕耐磨涂層的制備方法，采用電弧噴涂方法，首先在鎂合金表面沉積Al涂層，然后再沉積FeAl涂層。上述一種鎂合金表面耐蝕耐磨涂層的制備方法，采用電弧噴涂技術(shù)，其特征在于，包括如下步驟:步驟I，對鎂合金基體表面進(jìn)行預(yù)處理:基體表面經(jīng)丙酮清洗后，對基體表面噴砂粗化，氣壓0.2-0.4MPa，棕剛玉粒度為60目；
步驟2，采用電弧噴涂工藝制備Al打底涂層，使用純度大于99wt%的市售純鋁絲材，噴涂Al涂層厚度不小于200 μ m (優(yōu)選為200 μ m);噴涂工藝參數(shù)為:電壓28-30V ；電流100-120A ;噴涂距離:200-250mm ;壓縮空氣壓力:0.5-0.6MPa。步驟3，采用電弧工藝在Al打底涂層表面制備FeAl涂層，使用FeAl粉芯絲材；噴涂FeAl層厚度不小于800 μ m (優(yōu)選為800 μ m);噴涂工藝參數(shù)設(shè)定為:電壓30-32V ；電流180-200A ;噴涂距離:200-250mm ;壓縮空氣壓力:0.6-0.65MPa。步驟2中鋁絲材直徑優(yōu)選為2.0mm。步驟3中FeAl粉芯絲材，采用純度大于99%、粒度100-200目的Al粉末為芯層，以低碳鋼帶為外皮，F(xiàn)eAl粉芯絲材直徑為優(yōu)選2.0Omm ;填充率不小于17%。本發(fā)明所制備復(fù)合涂層能夠在鎂合金表面提供一層耐蝕耐磨性能好的涂層，同時成本低廉，環(huán)境影響小，能達(dá)到資源節(jié)約、實(shí)用可行、環(huán)境影響小，同時拓展鎂合金實(shí)用范圍的目的。


圖1實(shí)施例1表面XRD圖譜；圖2實(shí)施例1截面SEM照片；I為AZ31基體，2為Al涂層、3為FeAl涂層。圖3實(shí)施例1、AZ31以及AZ31噴Al試樣的電化學(xué)腐蝕陽極極化曲線；
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例·進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所陳述的實(shí)施例。實(shí)施例11.噴涂采用Al絲材為市售純度大于99%的直徑2.0mm的實(shí)心絲材；2.實(shí)施例中FeAl粉芯絲材的制備:外皮選用規(guī)格為12X0.3mm (寬度為12mm，厚度為0.3mm)的低碳鋼帶，絲材藥芯成分為純度大于99%的Al粉末，粒度為100-200目，拉拔并逐道減徑至2.0mm ;填充率為20%。3.選用鎂合金AZ31作為基體，經(jīng)丙酮清洗后，進(jìn)行噴砂粗化，氣壓為0.4MPa，棕剛玉粒度為60目；4.在AZ31表面電弧噴涂Al層，工藝參數(shù)設(shè)定為:電壓28V，電流100A，霧化氣壓
0.55MPa ;每遍噴涂時間15s，噴涂5遍得到涂層厚度約200微米；5.在已沉積Al層的表面電弧噴涂FeAl層，工藝參數(shù)設(shè)定為:電壓32V，電流180A，霧化氣壓0.6MPa ;每遍噴涂時間15s，噴涂20遍得到涂層厚度約800微米。實(shí)施例的表面XRD圖譜如圖1所示；實(shí)施例的微觀顯微組織如圖2所示，從圖中可以看出，AZ31基體層和Al層、Al層和FeAl層之間結(jié)合良好。實(shí)施例所制備涂層性能檢測和結(jié)果如下所述:1.對實(shí)施例所制備涂層進(jìn)行顯微硬度測試試驗(yàn)，測試參數(shù)為:采用HXD-1000數(shù)字式顯微硬度計(jì)，載荷100g，持續(xù)時間15s，取10點(diǎn)顯微硬度平均值，測試結(jié)果顯示AZ31基體層的顯微硬度為65HVai，噴Al層顯微硬度為4IHVai，而FeAl層的硬度達(dá)到了 250HVai，為AZ31基體層的4倍；2.對實(shí)施例所制備涂層進(jìn)行磨粒磨損實(shí)驗(yàn)，測試參數(shù)為:采用MLS-225型濕砂橡膠輪式磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)，載荷100N,橡膠輪轉(zhuǎn)速240r/min,磨料為0.2mm 0.4mm的石英砂，預(yù)磨lOOOr，在精度為0.1mg的BS224S型電子天平上稱量，作為磨前重量，精磨2000r，再次稱量為磨后重量，磨損量即為磨損前后重量之差。實(shí)驗(yàn)中用AZ31作為對比試樣，AZ31磨損失重量為實(shí)施例的3倍，即實(shí)施例的相對耐磨性為AZ31的3倍。3.對實(shí)施例所制備的涂層進(jìn)行電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，測試參數(shù)為:采用PARSTAT2273電化學(xué)工作站，電解液為3.5wt%的NaCl溶液，以待測試樣為工作電極，工作面積2cm2，對電極為鉬電極，參比電極為Ag，AgCl/KCl電極。開路電壓為測試時間超過2h后的電壓的穩(wěn)定值，陽極極化曲線從開路電壓以下500mv開始掃描，掃描速度lmV/St)，AZ31基體、AZ31噴Al以及實(shí)施例的陽極極化曲線如圖3。表I為AZ31基體、AZ31噴Al以及實(shí)施例的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度，實(shí)施例的自腐蝕電位相對AZ31基體正移305mV，自腐蝕電流密度降低約I個數(shù)量級。表I
權(quán)利要求
1.一種鎂合金表面耐蝕耐磨涂層，其特征在于，是Al打底涂層上復(fù)合有FeAl涂層所形成的Al-FeAl復(fù)合涂層。
2.制備權(quán)利要求I的一種鎂合金表面耐蝕耐磨涂層的方法，其特征在于，采用電弧噴涂方法，首先在鎂合金表面沉積Al涂層，然后再沉積FeAl涂層。
3.按照權(quán)利要求2所述制備鎂合金表面耐蝕耐磨涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，對鎂合金基體表面進(jìn)行預(yù)處理基體表面經(jīng)丙酮清洗后，對基體表面噴砂粗化，氣壓O. 2-0. 4MPa，棕剛玉粒度為60目； 步驟2，采用電弧噴涂工藝制備Al打底涂層，使用純度大于99wt%的市售純鋁絲材，噴涂Al涂層厚度不小于200 μ m ;噴涂工藝參數(shù)為電壓28-30V ；電流100-120A ;噴涂距離200-250mm ;壓縮空氣壓力0· 5-0. 6MPa ； 步驟3，采用電弧工藝在Al打底涂層表面制備FeAl涂層，使用FeAl粉芯絲材；噴涂FeAl層厚度不小于800 μ m ;噴涂工藝參數(shù)設(shè)定為電壓30-32V ；電流180-200A ;噴涂距離200-250mm ;壓縮空氣壓力0· 6-0. 65Mpa。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，步驟2中鋁絲材直徑優(yōu)選為2.0mm。
5.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，步驟3中FeAl粉芯絲材，采用純度大于99%、粒度100-200目的Al粉末為芯層，以低碳鋼帶為外皮，F(xiàn)eAl粉芯絲材直徑優(yōu)選為2. 00mm。
6.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，步驟3中FeAl粉芯絲材，填充率不小于17%。
7.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，步驟2中噴涂Al層厚度，優(yōu)選為200μ m ;步驟3中噴涂FeAl層厚度，優(yōu)選為800 μ m。
全文摘要
一種鎂合金表面耐蝕耐磨涂層及其制備方法，屬于材料加工工程中的熱噴涂領(lǐng)域。是Al打底涂層上復(fù)合有FeAl涂層所形成的Al-FeAl復(fù)合涂層；首先對鎂合金表面進(jìn)行清洗、粗化處理，然后采用電弧噴涂方法表面沉積Al-FeAl復(fù)合涂層。本發(fā)明所制備復(fù)合涂層能夠在鎂合金表面提供一層耐蝕耐磨性能好的涂層，同時成本低廉，環(huán)境影響小，能達(dá)到資源節(jié)約、實(shí)用可行、環(huán)境影響小，同時拓展鎂合金實(shí)用范圍的目的。
文檔編號C23C4/08GK103255365SQ201310192950
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者吳玉鋒, 賀定勇, 彭怡剛, 王維, 章啟軍 申請人:北京工業(yè)大學(xué)