本發(fā)明涉及一種在鎂合金表面制備耐腐蝕耐磨涂層的方法，屬于鎂合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是最輕的可用金屬結(jié)構(gòu)材料，具有低密度、高比強(qiáng)度、導(dǎo)熱性好、減震能力強(qiáng)、易切削、可回收以及尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子通信、航空航天和國防軍事等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。 鎂合金的化學(xué)性質(zhì)活潑，在潮濕和海洋氣候等環(huán)境中都會(huì)遭受嚴(yán)重的腐蝕。此外，鎂合金表面生成的氧化膜層疏松多孔，對基體的保護(hù)效果極其微弱，不能適應(yīng)大多數(shù)惡劣環(huán)境的要求，因此也阻礙了鎂合金的推廣應(yīng)用。對鎂合金進(jìn)行防護(hù)處理是改善其耐蝕性能的有效途徑，目前研究較多且防護(hù)效果較好的有電鍍、表面陶瓷化改性、涂覆等方法。其中電化學(xué)鍍生產(chǎn)成本低，操作簡易，但對環(huán)境的危害較大，廢棄物處理成本高，而且電化學(xué)涂層與基體的結(jié)合力差，容易剝落；表面陶瓷化相對電鍍陶瓷層與基體結(jié)合力強(qiáng)，但防護(hù)效果差；通過在陶瓷層噴涂防護(hù)層的方法可大大提高防護(hù)效果，但其耐磨性較差，容易脫落。因此目前缺少一種兼具高耐蝕性、耐磨性能的鎂合金防護(hù)處理方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要針對鎂合金易腐蝕的缺點(diǎn)，提供一種高耐蝕的鎂合金表面復(fù)合膜層制備方法，該復(fù)合膜層經(jīng)1000h鹽霧試驗(yàn)后表面未出腐蝕斑，且該膜層與基體結(jié)合力好，具有很高的耐磨性，能顯著提高鎂合金的抗腐蝕和抗磨損性能。
本發(fā)明提供一種在鎂合金表面制備耐腐蝕耐磨涂層的方法，包括以下步驟：
(1) 對預(yù)處理后的鎂合金表面進(jìn)行微弧氧化處理，在鎂合金表面生成20-50μm的陶瓷層；
(2) 對陶瓷層進(jìn)行機(jī)械拋光處理后，以CH4為碳源采用微波等離子氣相沉積法在陶瓷層上沉積10nm~10μm金剛石膜層。
進(jìn)一步地，所述預(yù)處理為表面噴沙后在乙醇溶液中進(jìn)行超聲清洗5-10分鐘。
進(jìn)一步地，微弧氧化處理過程中，電解液成分為Na2SiO3 10~12g/L、KOH 1.5~2.0g/L、NaF 0.5~1.0g/L、Na3PO4 1.0~1.5g/L。
進(jìn)一步地，微弧氧化處理的參數(shù)為：基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率200~250Hz、正向脈寬20~25μs、負(fù)向脈寬度10~15μs、控制處理時(shí)間20~120分鐘。
進(jìn)一步地，步驟(2)中利用≥4000目的水磨砂紙或拋光布對陶瓷層進(jìn)行機(jī)械拋光。
進(jìn)一步地，微波等離子氣相沉積以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，CH4氣流量30-50mL/min、H2氣流量150-200mL/min、N2氣流量20-30mL/min。
進(jìn)一步地，用2.45GHz的微波源，微波功率3-10kW、工作氣壓3-5KPa、陽極電流130-160mA、鎂合金溫度150-200℃、沉積時(shí)間1-3小時(shí)。
本發(fā)明進(jìn)一步地提供上述方法制備的耐腐蝕耐磨鎂合金。
該方法的整體設(shè)計(jì)思路通過微弧氧化對鎂合金進(jìn)行表面陶瓷化改性，然后利用微波等離子體氣相沉積（MPCVD）法在陶瓷底層上沉積金剛石薄膜。通過不同步驟工藝參數(shù)的調(diào)控，制備出具有高耐蝕性的復(fù)合防護(hù)膜層。
鎂合金工件在加工過程中難免會(huì)發(fā)生表面氧化或殘留大量的油污，這些表面氧化皮和油污會(huì)嚴(yán)重影響鎂合金表面處理后的效果，因此首次對工件噴沙處理，然后進(jìn)行清洗。清洗在乙醇溶液中進(jìn)行，超聲震蕩5-10分鐘。
微弧氧化方法在工件表面生成厚度20~50μm的復(fù)合陶瓷層。其中微弧氧化電解液成分為：Na2SiO3 10~12g/L、KOH 1.5~2.0g/L、NaF0.5~1.0g/L、Na3PO4 1.0~1.5g/L，工藝參數(shù)為：基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率200~250Hz、正向脈寬20~25μs、負(fù)向脈寬度10~15μs、控制處理時(shí)間20~120分鐘。
微弧氧化法生成的表面陶瓷層較為粗糙，最高峰與最低谷之間可相差幾微米，如果直接在這種粗糙表面上進(jìn)行MPCVD法沉積金剛石膜層，會(huì)直接影響沉積層的均勻性，進(jìn)而在金剛石膜層內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，最終導(dǎo)致金剛石膜層的開裂。因此，在沉積金剛石膜層前利用≥4000目的水磨砂紙或拋光布對陶瓷層進(jìn)行機(jī)械拋光處理。
MPCVD法沉積金剛石膜層過程，用2.45GHz的微波源，以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，控制CH4氣流量30-50 mL/min、H2氣流量150-200mL /min、N2氣流量20-30mL/min，控制微波功率3~10kW，工作氣壓3-5KPa、陽極電流130-160mA、鎂合金工件溫度150-200℃、沉積時(shí)間1-3小時(shí)。
本發(fā)明的有益效果是，通過微弧氧化法在鎂合金表面生成一層致密的氧化物陶瓷層，進(jìn)而結(jié)合微波等離子氣相沉積法沉積一層致密的金剛石薄膜，可以有效地防止腐蝕，結(jié)合牢固，耐磨性大大地提高。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：首先利用對鎂合金工件進(jìn)行噴砂處理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中進(jìn)行超聲震蕩5~10分鐘，進(jìn)一步去除鎂合金工件表面油污。然后進(jìn)行微弧氧化處理，控制基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率200Hz、正向脈寬20~25μs、負(fù)向脈寬度10~15μs、控制處理時(shí)間120分鐘。采用4000目水磨砂紙對陶瓷層進(jìn)行輕微機(jī)械拋光，然后利用MPCVD法進(jìn)行氣相沉積。選用2.45GHz的微波源，以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，控制CH4氣流量50 mL/min、H2氣流量200mL /min、N2氣流量30mL/min，控制微波功率8kW，工作氣壓4.5KPa、陽極電流160mA、鎂合金工件溫度200℃、沉積時(shí)間2小時(shí)，在陶瓷層外表面生成一層致密的金剛石薄膜。最終形成的復(fù)合膜層具有較強(qiáng)的耐蝕性能，實(shí)測經(jīng)1200小時(shí)鹽霧試驗(yàn)后表面未出腐蝕斑。
實(shí)施例2：首先利用對鎂合金工件進(jìn)行噴砂處理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中進(jìn)行超聲震蕩5~10分鐘，進(jìn)一步去除鎂合金工件表面油污。然后進(jìn)行微弧氧化處理，控制基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率250Hz、正向脈寬20~25μs、負(fù)向脈寬度10~15μs、控制處理時(shí)間100分鐘。采用4000目水磨砂紙對陶瓷層進(jìn)行輕微機(jī)械拋光，然后利用MPCVD法進(jìn)行氣相沉積。選用2.45GHz的微波源，以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，控制CH4氣流量35 mL/min、H2氣流量150mL /min、N2氣流量20mL/min，控制微波功率5kW，工作氣壓4.5KPa、陽極電流160mA、鎂合金工件溫度150℃、沉積時(shí)間3小時(shí)，在陶瓷層外表面生成一層致密的金剛石薄膜。最終形成的復(fù)合膜層具有較強(qiáng)的耐蝕性能，實(shí)測經(jīng)1400小時(shí)鹽霧試驗(yàn)后表面未出腐蝕斑。
實(shí)施例3：首先利用對鎂合金工件進(jìn)行噴砂處理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中進(jìn)行超聲震蕩5~10分鐘，進(jìn)一步去除鎂合金工件表面油污。然后進(jìn)行微弧氧化處理，控制基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率250Hz、正向脈寬20~25μs、負(fù)向脈寬度10~15μs、控制處理時(shí)間120分鐘。采用4000目水磨砂紙對陶瓷層進(jìn)行輕微機(jī)械拋光，然后利用MPCVD法進(jìn)行氣相沉積。選用2.45GHz的微波源，以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，控制CH4氣流量45 mL/min、H2氣流量180mL/min、N2氣流量30mL/min，控制微波功率10kW，工作氣壓5KPa、陽極電流160mA、鎂合金工件溫度200℃、沉積時(shí)間1小時(shí)，在陶瓷層外表面生成一層致密的金剛石薄膜。最終形成的復(fù)合膜層具有較強(qiáng)的耐蝕性能，實(shí)測經(jīng)1050小時(shí)鹽霧試驗(yàn)后表面未出腐蝕斑。