專利名稱：一種鎂合金表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金表面處理方法，特別是涉及一種先在鎂合金表面噴涂鋁 層，然后在噴涂有鋁層的鎂合金表面制備微弧氧化陶瓷層的方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，鎂合金憑借其極低的密度和優(yōu)異的物理機械性能已經(jīng)在汽車、航空、電子 產(chǎn)業(yè)、兵器工業(yè)等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，并且已經(jīng)成為工業(yè)中汽車、摩托車以及裝甲車輛 輕量化的首選材料。然而耐蝕性差的缺點在一定程度上限制了鎂合金的應(yīng)用，因此尋求一種有效而合 理的方法提高鎂合金耐蝕性成了目前研究的重點。陶瓷材料是離子鍵和共價鍵極強的材料，有很強的化學(xué)惰性，不像金屬材料那樣 容易因自由電子轉(zhuǎn)移得失而被腐蝕，在大氣、水等自然環(huán)境中，陶瓷材料的腐蝕速率都很 小，同時它還具有很高的硬度即良好的耐磨損性能、極強的抗氧化性和耐熱性等特點，被廣 泛用于改善材料的表面性能。目前在鎂合金上應(yīng)用較普遍、效果較顯著、成本較低的制備陶瓷層的方法主要有 熱噴涂和微弧氧化，然而一般的熱噴涂方法存在涂層與基體間結(jié)合力弱、陶瓷層內(nèi)部孔隙 率大等不足；而鎂合金的微弧氧化技術(shù)雖然能夠獲得相對較致密的陶瓷層，但是由于現(xiàn)有 的微弧氧化技術(shù)在鎂合金表面形成的陶瓷層厚度有限，且結(jié)合力也有一定不足。因此，需要 有一種方法能夠提高鎂合金表面形成的陶瓷層厚度，加強鎂合金表面陶瓷層與鎂合金基體 間的結(jié)合力，提高鎂合金耐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
針對鎂合金耐蝕性差，現(xiàn)有微弧氧化技術(shù)在鎂合金表面形成的陶瓷層厚度有限， 且陶瓷層與鎂合金表面結(jié)合力不足的問題，本發(fā)明提供了一種鎂合金表面處理方法，具體 而言，提供了一種先在鎂合金表面噴涂鋁層，然后在噴涂有鋁層的鎂合金表面制備微弧氧 化陶瓷層的方法。本發(fā)明通過微弧氧化的方法在噴涂有鋁層的鎂合金表面制備得到陶瓷層，所述方 法使陶瓷耐腐蝕、耐磨損、抗氧化和耐高溫等眾多優(yōu)異特性與金屬材料強度大、韌性好的特 點有機的結(jié)合起來，在提高了鎂合金耐蝕性的同時，還使鎂合金獲得了極高的硬度，提高了 鎂合金的耐磨性，能夠更大程度的拓展鎂合金的應(yīng)用范圍。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供下述技術(shù)方案一種鎂合金表面處理方法，包括如下步驟將待處理的鎂合金試樣清洗、干燥并噴砂處理；在噴砂處理后的鎂合金試樣表面 噴涂鋁層，噴涂完畢，得到表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣；對所述鋁層進行打磨、清洗；將 表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣不進行微弧氧化反應(yīng)的部分用絕緣材料密封(表面噴涂有 鋁層的鎂合金試樣與連接導(dǎo)線部分不密封)，將用絕緣材料密封好的鎂合金試樣與導(dǎo)線連
3接后浸入電解液中進行微弧氧化處理，溫度為室溫，處理至所述鎂合金試樣表面火花放電 現(xiàn)象均勻度降低，火花變大時即停止微弧氧化處理，在所述表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣 上生成微弧氧化陶瓷層。其中，所述噴砂處理、噴涂鋁涂層和微弧氧化處理這三種方法均為本領(lǐng)域技術(shù)人 員所公知普通工業(yè)方法。所述噴涂鋁層使用的是粒度為-140+325目，純度> 99%的純鋁粉；噴涂鋁層得到 的鋁層厚度為220 280 μ m。所述絕緣材料為能將所述表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣不進行微弧氧化反應(yīng)部 分包覆以使其與所述電解液隔絕的絕緣材料，優(yōu)選為樹脂。所述電解液微弧氧化工業(yè)方法中常用的以硅酸鹽為主的電解液體系，為本領(lǐng)域技 術(shù)人員公知。所述微弧氧化陶瓷層厚度為110 170 μ m。有益效果1.鋁與鎂的物理化學(xué)性能相似，在鎂合金上噴涂鋁層可以獲得一定的結(jié)合力；2.在鎂合金表面預(yù)噴涂鋁層，然后再對鋁層進行微弧氧化制備陶瓷層的方法，提 高了傳統(tǒng)的鎂合金表面陶瓷層與鎂合金基體間的結(jié)合力；3.通過鎂合金表面鋁層上生成的致密陶瓷層提高了鎂合金的自腐蝕電位和阻抗， 降低了自腐蝕電流密度和腐蝕速度，對鎂合金基體起到了很好的防腐蝕作用；4.鎂合金表面的鋁層和微弧氧化陶瓷層兩層的特殊組合為鎂合金提供了進一步 的防護作用。


圖1為試樣1 4的極化曲線。圖2為試樣1、2和4交流阻抗譜。圖3為鹽霧試驗后試樣1、2和4的表面形貌。
具體實施例方式為了充分說明本發(fā)明的特性以及實施本發(fā)明的方式，下面給出實施例。實施例將待處理的鎂合金試樣用丙酮清洗、干燥并噴砂處理；在噴砂處理后的鎂合金試 樣表面上采用離子噴涂法噴涂鋁層，噴涂完畢，得到表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣，所述鋁 層厚度為250 μ m ；對鋁層進行打磨、清洗；將表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣不進行微弧氧 化反應(yīng)的部分用樹脂密封(表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣與連接導(dǎo)線部分不密封)，將表 面噴涂有鋁層的鎂合金試樣與導(dǎo)線連接后浸入電解液中進行微弧氧化處理，工作電壓為恒 壓520V，溫度為室溫，處理至所述鎂合金試樣表面的火花放電現(xiàn)象均勻度降低，火花變大即 停止微弧氧化處理，在所述表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣上生成微弧氧化陶瓷層，所述陶 瓷層的厚度為140 μ m。其中，所述鎂合金試樣為AZ31鎂合金。所述噴砂處理選取的砂粒為40目的棕剛玉，壓縮空氣壓力控制在0. 2 0. 4MPa之間；粉末干燥；所述噴涂鋁層用的鋁粉粒度為-140+325目，純度> 99%;所述噴涂用的棕 剛玉和鋁粉在使用前均在烘干爐中保濕兩個小時，溫度不超過70°C。等離子噴涂鋁層的工藝參數(shù)如表1所示。使用電解液體系為硅酸鹽電解液體系，具體成分為85%硅酸鈉、5%硼酸鈉、5% 氫氧化鉀、5%氟化鉀。所述噴砂處理、噴涂鋁涂層和微弧氧化處理這三種方法均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公 知普通工業(yè)方法。表1等離子噴涂純鋁涂層工藝參數(shù) 性能測試比較將表面未做任何處理的鎂合金基體試樣1、表面未噴涂鋁層直接微弧氧化的鎂合 金試樣2、表面噴涂鋁層未進行微弧氧化的鎂合金試樣3和表面噴涂鋁層后再微弧氧化的 鎂合金試樣4進行各項性能比較測試，所述試樣2微弧氧化處理采用電壓450V，其余方法同 實施例中的微弧氧化處理方法，所述試樣3噴涂鋁層的方法同實施例中噴涂鋁層的方法； 每種試樣的各項測試均進行3次，測試結(jié)果取其平均值。測試如下一、顯微硬度測量采用自動顯微硬度測試儀對所述試樣2、3和4的各層截面金相試樣分別進行顯微 硬度測量，結(jié)果如下試樣2微弧氧化處理得到的陶瓷層平均硬度為332. 42HV，試樣3鋁層 的平均硬度為191. 32HV，試樣4噴鋁后微弧氧化處理得到的陶瓷層致密部分的平均硬度達 到了 1197. 12HV，可見試樣4較試樣2和試樣3的硬度有極大地提高，這在一定程度上也提 高了耐磨性。二、結(jié)合強度測量結(jié)合強度測量采用拉伸試驗法，試樣2直接微弧氧化后得到的陶瓷層與試樣2 基體間的結(jié)合力為8. 6MPa，試樣3噴涂鋁層后得到的鋁層與試樣3基體之間的結(jié)合力為 lOMPa，試樣4噴鋁后微弧氧化處理得到的陶瓷層與試樣4基體之間的結(jié)合力為10. 2MPa，所 述陶瓷層脫落位置是在鋁層與鎂合金之間；可見結(jié)合強度為試樣4 >試樣3 >試樣2。三、極化曲線測量極化曲線的測量是在3. 5wt. % NaCl溶液中進行的。圖1為所述試樣1 4的極化曲線。在圖1中，a曲線表示試樣1的極化曲線，b曲線表示試樣2的極化曲線，c曲線表 示試樣3的極化曲線，d曲線表示試樣4的極化曲線。從圖1可見，試樣2的極化曲線b與 試樣3的極化曲線c在陽極區(qū)域具有較一致的特征，即都存在隨著電位的升高電流密度增 長緩慢的區(qū)間，待電位增長到一定數(shù)值時，極小的電位變化就使得電流密度迅速增加，進入 活性溶解階段。
試樣1、2、3和4的極化曲線擬合后結(jié)果如表2所示，表2中數(shù)據(jù)顯示，試樣1的 自腐蝕電位為-1535mV,自腐蝕電流密度為4. 38 X 10_4A/Cm2，腐蝕速度為1. 96g · m_2 · h-1 ； 試樣2的自腐蝕電位為_1203mV，自腐蝕電流密度為8. 4X 10_5A/cm2，腐蝕速度為 0. 376g ·πΓ2 .h—1 ；試樣3的自腐蝕電位為為-1238mV,自腐蝕電流密度為6. 33 X 10_6A/Cm2，腐 蝕速度為0. 0283g ·πΓ2 -r1 ；試樣4的自腐蝕電位為-1131mV，自腐蝕電流密度為3X 10_6A/ cm2，腐蝕速度為0. 0134g ·πΓ2 .h—1 ；由以上數(shù)據(jù)可知，試樣4的耐蝕性要優(yōu)于試樣1、2和3。表2試樣1 4極化曲線的擬合結(jié)果和腐蝕速度。
自腐蝕電位““自腐蝕電流密度 腐蝕速度^ Econ/mVICon/A/cm2vcon/g-nT2.h-1 四、電化學(xué)阻抗譜測試電化學(xué)阻抗譜測試條件交流阻抗測量頻率范圍為IOOKHz 10MHz，交流電位幅 值為5mV ；極化曲線測量電壓范圍為1. 6V -0. 15V，掃描速度為0. 33mV/s。圖2為試樣1、2和4在3. 5wt. % NaCl溶液中的交流阻抗譜，通過powersuite曲 線分析軟件可知，試樣1的阻抗值為440歐姆，試樣2的阻抗值小于試樣4的阻抗值，試樣 4的阻抗值為1430歐姆，是試樣1阻抗值的3. 25倍。五、鹽霧試驗對試樣1、2和4行鹽霧試驗，試樣1、2和4用無水乙醇擦洗后，吹干，為了防止鹽 霧腐蝕所述試樣1、2和4表面除測試面外的其他部位，對試樣1、2和4上測試面外的其他 部位進行密封處理，保證除測試面外沒有暴露于鹽霧中的金屬或封閉時的縫隙。試樣1、2 和4制備完成后，再進行鹽霧試驗。表3為鹽霧試驗現(xiàn)象記錄，從所述記錄可知，試樣1在24h時表面即出現(xiàn)少量的腐 蝕點，48h后表面全部為大量的白色腐蝕產(chǎn)物；試樣2在36h時涂層表面出現(xiàn)小腐蝕坑，48h 后腐蝕坑范圍變大，部分陶瓷層脫落；試樣4在60h時陶瓷層表面出現(xiàn)輕微的鼓包，96h后 表面上的鼓包數(shù)量變多，面積變大；由上述現(xiàn)象可知，試樣1的耐腐蝕性<試樣2的耐腐蝕 性<試樣4的耐腐蝕性。表3鹽霧試驗現(xiàn)象記錄
試樣鹽霧試驗現(xiàn)象記錄
24h時表面即出現(xiàn)少量的腐蝕點，48h后表面全部為大量的白色腐蝕產(chǎn)物。
2 36h時陶瓷層表面出現(xiàn)小腐蝕坑，48h后腐蝕坑范圍變大，部分陶瓷層脫落。
4 60h時陶瓷層表面出現(xiàn)輕微的鼓包，96h后陶瓷層表面上的鼓包數(shù)量變多，面積變大。
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為了更清楚地對鹽霧試驗腐蝕后的試樣1、2和4進行腐蝕狀態(tài)的表征，利用掃描 電子顯微鏡對所述鹽霧試驗后的試樣1、2和4的部分表面進行了觀察，圖3為試樣1的表 面形貌圖，可以看出，當(dāng)鹽霧腐時間為24h時，試樣1表面有大量的腐蝕坑和覆蓋在坑上的 腐蝕產(chǎn)物，這些坑不僅有一定的深度，而且沿一定的方向不斷擴展并相連；圖4為試樣2的 表面形貌圖，可以看出，當(dāng)鹽霧腐時間為48h時，試樣2可以看到表面有物質(zhì)堆積，部分區(qū)域 出現(xiàn)小坑；圖5為試樣4的表面形貌圖，可以看出，當(dāng)鹽霧腐時間為96h時，試樣4中沒有觀 察到明顯的腐蝕現(xiàn)象；根據(jù)圖3、4和5比較可知試樣4的耐蝕性遠高于試樣1和2。圖3 中A所示區(qū)域、圖4中E所示區(qū)域和圖5中P所示區(qū)域為測量試樣1、2和4的能譜時所選 區(qū)域。綜上所述，根據(jù)所述試樣1 4的性能測試比較試驗結(jié)果可知，表面未做任何處理 的鎂合金基體試樣1的耐腐蝕性最差，表面未噴涂鋁層直接微弧氧化的鎂合金試樣2和表 面噴涂鋁層未進行微弧氧化的鎂合金試樣3耐腐蝕性較所述鎂合金基體試樣1有所提高， 表面噴涂鋁層后再微弧氧化的鎂合金試樣4的耐腐蝕性能最好。本發(fā)明包括但不限于以上實施例，凡是在本發(fā)明的精神和原則之下進行的任何等 同替換或局部改進，都將視為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鎂合金表面處理方法，其特征在于包括如下步驟將待處理的鎂合金試樣清洗、干燥并噴砂處理；在噴砂處理后的鎂合金試樣表面噴涂鋁層，噴涂完畢，得到表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣；對所述鋁層進行打磨、清洗；將表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣不進行微弧氧化反應(yīng)的部分用絕緣材料密封，將用絕緣材料密封好的鎂合金試樣與導(dǎo)線連接后浸入電解液中進行微弧氧化處理，溫度為室溫，處理至所述鎂合金試樣表面火花放電現(xiàn)象均勻度降低，火花變大時即停止微弧氧化處理，在所述表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣上生成微弧氧化陶瓷層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金表面處理方法，其特征在于所述噴涂鋁層使用 的是粒度為-140+325目，純度> 99%的純鋁粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鎂合金表面處理方法，其特征在于噴涂鋁層得到 的鋁層的厚度為220 280 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金表面處理方法，其特征在于所述絕緣材料為能 將所述表面噴涂有鋁層的鎂合金試樣不進行微弧氧化反應(yīng)部分包覆以使其與所述電解液 隔絕的絕緣材料，優(yōu)選為樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金表面處理方法，其特征在于所述微弧氧化陶瓷 層的厚度為110 170 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂合金表面處理方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。具體地說，提供了一種先在鎂合金表面噴涂鋁層，然后在噴涂有鋁層的鎂合金表面制備微弧氧化陶瓷層的制備方法；其中，噴涂鋁層使用的是粒度為-140+325目，純度＞99％的純鋁粉；噴涂得到的鋁層厚度為220～280μm；使用的電解液為硅酸鹽為主的電解液體系，得到的微弧氧化陶瓷層厚度為110～170μm；本發(fā)明的方法克服了鎂合金耐蝕性差，現(xiàn)有微弧氧化技術(shù)在鎂合金表面形成的陶瓷層厚度有限，且陶瓷層與鎂合金表面結(jié)合力不足的問題；在提高了鎂合金耐蝕性的同時，還使鎂合金獲得了極高的硬度，提高了鎂合金的耐磨性，能夠更大程度的拓展鎂合金的應(yīng)用范圍。
文檔編號C25D11/04GK101914743SQ20101024089
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者周林, 李樹奎, 楊素媛, 王靜, 王魯, 程興旺, 郭啟雯 申請人:北京理工大學(xué)