【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及鎂合金材料表面改性、涂層技術(shù)，具體涉及一種鎂合金表面非晶合金涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好，生物相容性良好等優(yōu)異的性能。但是鎂原子較為活潑，導(dǎo)致鎂合金的耐腐蝕性差，極大地限制了鎂合金的發(fā)展及應(yīng)用。由非晶合金材料制備而成的涂層，其原子排列呈現(xiàn)長程無序而短程有序的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，沒有晶界、位錯(cuò)等晶體缺陷，具有一系列優(yōu)異的物理化學(xué)性能，如高強(qiáng)度、高硬度，優(yōu)良的耐腐蝕、耐磨損性能等。

目前非晶合金涂層材料的制備多采用超音速火焰噴涂、等離子噴涂以及激光熔覆等高溫技術(shù)。由于制備過程涉及原始非晶粉末材料的熔化，因而難以避免非晶的氧化、晶化，以及對(duì)鎂合金基體材料表面的熱損傷等問題。非晶涂層中的氧化和晶化破壞了原有非晶合金的成分平衡，不利于非晶涂層的形成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鎂合金表面非晶合金涂層的低溫冷噴涂制備方法，克服現(xiàn)有高溫技術(shù)制備過程中存在的氧化、晶化以及對(duì)鎂合金表面的熱損傷等缺點(diǎn)。所制備涂層為一種al85y10ni5鋁基非晶合金沉積層，具有良好的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鎂合金表面非晶合金涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)取粒徑為5～25μm的al85y10ni5鋁基非晶合金粉末，在真空干燥箱內(nèi)于80℃干燥8～12小時(shí)，其中，干燥箱抽真空為10^-2～10^-3pa；

(2)將步驟(1)的合金粉末放入冷噴涂系統(tǒng)中，以高壓氣體為氣源，氣體壓力為1.5～3mpa，控制送粉量為10～12g/min，保證合金粉末的以速度500～1200m/s噴出噴槍，整個(gè)噴涂過程中鋁基非晶合金粉末保持為固體狀態(tài)，無氧化和相變現(xiàn)象。

所述的al85y10ni5鋁基非晶合金粉末采用氣體霧化法制備而得。

鎂合金表面經(jīng)打磨、清洗、去油污和表面氧化皮后參與冷噴涂工藝。

鎂合金表面采用超聲波振蕩清洗。

所述的冷噴涂的氣體采用氮?dú)饣蚝狻?/p>

所述的冷噴涂中，高壓氣體的加熱溫度為200-550℃。

所述的冷噴涂中，噴槍出口與鎂合金基體表面的距離控制在10-30mm。

噴槍的移動(dòng)速度為100mm/min。

所制備的非晶合金粉末涂層厚度為300～1000μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：本發(fā)明采用低溫冷噴涂的方式，粉末粒子的溫度不大于150℃，整個(gè)噴涂過程中al85y10ni5鋁基非晶合金粉末保持為固體狀態(tài)，無熔化現(xiàn)象，因而非晶合金粉末無氧化和相變現(xiàn)象。高速飛行的粒子與基體表面高速碰撞后沉積為涂層，涂層材料保留有與原始粉末一致的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，不存在非晶的氧化和晶化，可以獲得具有完整非晶結(jié)構(gòu)的致密非晶合金涂層。

【附圖說明】

圖1為az91d鎂合金表面al85y10ni5鋁基非晶合金涂層的截面掃描電鏡圖片。

圖2為al85y10ni5鋁基非晶合金涂層與原始粉末的xrd分析曲線。

【具體實(shí)施方式】

本領(lǐng)域技術(shù)人員均知，非晶合金材料具有高的強(qiáng)度、硬度及彈性模量，因而其在室溫下具有較高的脆性，且塑性變形能力差。較差的塑性變形性能導(dǎo)致非晶合金粒子在冷噴涂高速撞擊基體表面的過程中，發(fā)生顆?；貜棥w濺現(xiàn)象，從而無法沉積形成涂層。

為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)非晶合金材料在玻璃轉(zhuǎn)化溫度附近具有超塑性變形的特點(diǎn)，本專利申請(qǐng)通過對(duì)非晶合金粉末進(jìn)行加熱，使其溫度達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)化溫度附近，以提高非晶合金粒子在噴涂過程中的塑性變形能力。因而，當(dāng)非晶合金粒子在冷噴涂高速撞擊基體表面的過程中，可以沉積在基體表面形成涂層，最終制備非晶合金涂層。

非晶合金材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度與材料的化學(xué)成分密切相關(guān)，屬于材料的物理特性。因而，根據(jù)非晶合金材料的特性，選取合適的冷噴涂加熱溫度是成功制備非晶合金涂層的關(guān)鍵。

本發(fā)明公開了一種鎂合金表面非晶合金涂層的低溫冷噴涂制備方法，包括以下步驟：

(1)非晶合金原始粉末材料：采用氣體霧化法制備粉末粒徑<50μm的al85y10ni5鋁基非晶合金粉末，并以此為原料。將該粉末進(jìn)行篩分，選取粒徑分布在5～25μm的粉末做為冷噴涂用原始粉末材料。

(2)鎂合金基體表面處理：采用400～1200號(hào)金相砂紙對(duì)鎂合金表面進(jìn)行打磨，然后用丙酮或酒精對(duì)工件表面進(jìn)行清洗，去除油污和表面氧化皮，以提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。

(3)非晶合金涂層的制備:

第一步，采用電子天平稱取粒徑為5～25μm的原始al85y10ni5鋁基非晶合金粉末1.5～3千克，然后將粉末放入真空干燥箱內(nèi)，抽真空至10^-2～10^-3pa，干燥溫度設(shè)定為60～100℃，時(shí)間為8～12小時(shí)。

第二步，將原始粉末從真空干燥箱取出后，放入冷噴涂系統(tǒng)的送粉器中。送粉器的低端漏槽處，選取60～120目的過濾網(wǎng)篩。送粉器的一端與高壓氣體罐相連接，冷噴涂用高壓氣體采用氮?dú)饣蚝?，氣體壓力為1.5～3mpa，當(dāng)實(shí)施時(shí)，該高壓氣體被加熱到200～550℃后進(jìn)入到送粉器，在該高壓氣體的作用下，合金粉末被加速向另一端移動(dòng)。噴槍出口處與鎂合金基體表面的距離為10～30mm，噴槍移動(dòng)速度為100mm/min，送粉量控制在10～12g/min。

噴涂過程中，粉末粒子被高壓氣體加速到500～1200m/s的速度范圍內(nèi)。粉末粒子的溫度<150℃，整個(gè)噴涂過程中al85y10ni5鋁基非晶合金粉末保持為固體狀態(tài)，無熔化現(xiàn)象，因而非晶合金粉末無氧化和相變現(xiàn)象。高速飛行的粒子與基體表面高速碰撞后沉積為涂層，涂層材料保留有與原始粉末一致的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。所制備的al85y10ni5鋁基非晶合金粉末涂層厚度為300～1000μm。

實(shí)施案例一：

(1)采用400號(hào)金相砂紙對(duì)鎂合金進(jìn)行預(yù)打磨，達(dá)到表面平整，去除表面氧化皮。然后依次用600號(hào)和1200號(hào)金相砂紙進(jìn)行打磨處理，最后用酒精對(duì)基體樣品進(jìn)行超聲波振蕩清洗5分鐘，取出后烘干。

(2)采用電子天平稱取粒徑分布在5～25μm的al85y10ni5鋁基非晶合金粉末2千克。將粉末放入真空干燥箱內(nèi)，抽真空至0.5×10^-3pa，干燥溫度設(shè)定為80℃，時(shí)間為10小時(shí)。

(3)將干燥后的粉末倒入送粉器中，低端漏槽處使用80目的過濾篩網(wǎng)。送粉器與高壓氣體罐相連接，氣體為純度>99.9％的氦氣，氣體壓力為2mpa，氣體加熱器溫度設(shè)定為300℃。噴槍出口處與az91d鎂合金基體表面距離為12mm，噴槍移動(dòng)速度為100mm/min，送粉率為10g/min。經(jīng)過多道次噴涂后，所制備的al85y10ni5鋁基非晶合金涂層的厚度為～500μm。

圖1為涂層與基體的截面掃描電鏡照片，涂層與基體間的界面結(jié)合良好，涂層內(nèi)部的孔隙率較低。圖2為涂層材料與原始粉末材料的xrd分析曲線，可以看出涂層的衍射曲線具有的非晶結(jié)構(gòu)漫散射峰，與原始粉末材料保持了一致的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。