CN101914743A

CN101914743A - 一种镁合金表面处理方法

Info

Publication number: CN101914743A
Application number: CN2010102408943A
Authority: CN
Inventors: 杨素媛; 王鲁; 李树奎; 郭启雯; 程兴旺; 周林; 王静
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2010-12-15

Abstract

本发明涉及一种镁合金表面处理方法，属于材料科学领域。具体地说，提供了一种先在镁合金表面喷涂铝层，然后在喷涂有铝层的镁合金表面制备微弧氧化陶瓷层的制备方法；其中，喷涂铝层使用的是粒度为-140+325目，纯度＞99％的纯铝粉；喷涂得到的铝层厚度为220～280μm；使用的电解液为硅酸盐为主的电解液体系，得到的微弧氧化陶瓷层厚度为110～170μm；本发明的方法克服了镁合金耐蚀性差，现有微弧氧化技术在镁合金表面形成的陶瓷层厚度有限，且陶瓷层与镁合金表面结合力不足的问题；在提高了镁合金耐蚀性的同时，还使镁合金获得了极高的硬度，提高了镁合金的耐磨性，能够更大程度的拓展镁合金的应用范围。

Description

一种镁合金表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面处理方法，特别是涉及一种先在镁合金表面喷涂铝层，然后在喷涂有铝层的镁合金表面制备微弧氧化陶瓷层的方法，属于材料科学领域。

背景技术

近年来，镁合金凭借其极低的密度和优异的物理机械性能已经在汽车、航空、电子产业、兵器工业等方面获得了广泛的应用，并且已经成为工业中汽车、摩托车以及装甲车辆轻量化的首选材料。

然而耐蚀性差的缺点在一定程度上限制了镁合金的应用，因此寻求一种有效而合理的方法提高镁合金耐蚀性成了目前研究的重点。

陶瓷材料是离子键和共价键极强的材料，有很强的化学惰性，不像金属材料那样容易因自由电子转移得失而被腐蚀，在大气、水等自然环境中，陶瓷材料的腐蚀速率都很小，同时它还具有很高的硬度即良好的耐磨损性能、极强的抗氧化性和耐热性等特点，被广泛用于改善材料的表面性能。

目前在镁合金上应用较普遍、效果较显著、成本较低的制备陶瓷层的方法主要有热喷涂和微弧氧化，然而一般的热喷涂方法存在涂层与基体间结合力弱、陶瓷层内部孔隙率大等不足；而镁合金的微弧氧化技术虽然能够获得相对较致密的陶瓷层，但是由于现有的微弧氧化技术在镁合金表面形成的陶瓷层厚度有限，且结合力也有一定不足。因此，需要有一种方法能够提高镁合金表面形成的陶瓷层厚度，加强镁合金表面陶瓷层与镁合金基体间的结合力，提高镁合金耐蚀性。

发明内容

针对镁合金耐蚀性差，现有微弧氧化技术在镁合金表面形成的陶瓷层厚度有限，且陶瓷层与镁合金表面结合力不足的问题，本发明提供了一种镁合金表面处理方法，具体而言，提供了一种先在镁合金表面喷涂铝层，然后在喷涂有铝层的镁合金表面制备微弧氧化陶瓷层的方法。

本发明通过微弧氧化的方法在喷涂有铝层的镁合金表面制备得到陶瓷层，所述方法使陶瓷耐腐蚀、耐磨损、抗氧化和耐高温等众多优异特性与金属材料强度大、韧性好的特点有机的结合起来，在提高了镁合金耐蚀性的同时，还使镁合金获得了极高的硬度，提高了镁合金的耐磨性，能够更大程度的拓展镁合金的应用范围。

为解决上述技术问题，本发明提供下述技术方案：

一种镁合金表面处理方法，包括如下步骤：

将待处理的镁合金试样清洗、干燥并喷砂处理；在喷砂处理后的镁合金试样表面喷涂铝层，喷涂完毕，得到表面喷涂有铝层的镁合金试样；对所述铝层进行打磨、清洗；将表面喷涂有铝层的镁合金试样不进行微弧氧化反应的部分用绝缘材料密封(表面喷涂有铝层的镁合金试样与连接导线部分不密封)，将用绝缘材料密封好的镁合金试样与导线连接后浸入电解液中进行微弧氧化处理，温度为室温，处理至所述镁合金试样表面火花放电现象均匀度降低，火花变大时即停止微弧氧化处理，在所述表面喷涂有铝层的镁合金试样上生成微弧氧化陶瓷层。

其中，所述喷砂处理、喷涂铝涂层和微弧氧化处理这三种方法均为本领域技术人员所公知普通工业方法。

所述喷涂铝层使用的是粒度为-140+325目，纯度＞99％的纯铝粉；喷涂铝层得到的铝层厚度为220～280μm。

所述绝缘材料为能将所述表面喷涂有铝层的镁合金试样不进行微弧氧化反应部分包覆以使其与所述电解液隔绝的绝缘材料，优选为树脂。

所述电解液微弧氧化工业方法中常用的以硅酸盐为主的电解液体系，为本领域技术人员公知。

所述微弧氧化陶瓷层厚度为110～170μm。

有益效果

1.铝与镁的物理化学性能相似，在镁合金上喷涂铝层可以获得一定的结合力；

2.在镁合金表面预喷涂铝层，然后再对铝层进行微弧氧化制备陶瓷层的方法，提高了传统的镁合金表面陶瓷层与镁合金基体间的结合力；

3.通过镁合金表面铝层上生成的致密陶瓷层提高了镁合金的自腐蚀电位和阻抗，降低了自腐蚀电流密度和腐蚀速度，对镁合金基体起到了很好的防腐蚀作用；

4.镁合金表面的铝层和微弧氧化陶瓷层两层的特殊组合为镁合金提供了进一步的防护作用。

附图说明

图1为试样1～4的极化曲线。

图2为试样1、2和4交流阻抗谱。

图3为盐雾试验后试样1、2和4的表面形貌。

具体实施方式

为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。

实施例

将待处理的镁合金试样用丙酮清洗、干燥并喷砂处理；在喷砂处理后的镁合金试样表面上采用离子喷涂法喷涂铝层，喷涂完毕，得到表面喷涂有铝层的镁合金试样，所述铝层厚度为250μm；对铝层进行打磨、清洗；将表面喷涂有铝层的镁合金试样不进行微弧氧化反应的部分用树脂密封(表面喷涂有铝层的镁合金试样与连接导线部分不密封)，将表面喷涂有铝层的镁合金试样与导线连接后浸入电解液中进行微弧氧化处理，工作电压为恒压520V，温度为室温，处理至所述镁合金试样表面的火花放电现象均匀度降低，火花变大即停止微弧氧化处理，在所述表面喷涂有铝层的镁合金试样上生成微弧氧化陶瓷层，所述陶瓷层的厚度为140μm。

其中，所述镁合金试样为AZ31镁合金。

所述喷砂处理选取的砂粒为40目的棕刚玉，压缩空气压力控制在0.2～0.4MPa之间；粉末干燥；所述喷涂铝层用的铝粉粒度为-140+325目，纯度＞99％；所述喷涂用的棕刚玉和铝粉在使用前均在烘干炉中保湿两个小时，温度不超过70℃。

等离子喷涂铝层的工艺参数如表1所示。

使用电解液体系为硅酸盐电解液体系，具体成分为：85％硅酸钠、5％硼酸钠、5％氢氧化钾、5％氟化钾。

所述喷砂处理、喷涂铝涂层和微弧氧化处理这三种方法均为本领域技术人员所公知普通工业方法。

表1等离子喷涂纯铝涂层工艺参数

性能测试比较：

将表面未做任何处理的镁合金基体试样1、表面未喷涂铝层直接微弧氧化的镁合金试样2、表面喷涂铝层未进行微弧氧化的镁合金试样3和表面喷涂铝层后再微弧氧化的镁合金试样4进行各项性能比较测试，所述试样2微弧氧化处理采用电压450V，其余方法同实施例中的微弧氧化处理方法，所述试样3喷涂铝层的方法同实施例中喷涂铝层的方法；每种试样的各项测试均进行3次，测试结果取其平均值。

测试如下：

一、显微硬度测量

采用自动显微硬度测试仪对所述试样2、3和4的各层截面金相试样分别进行显微硬度测量，结果如下：试样2微弧氧化处理得到的陶瓷层平均硬度为332.42HV，试样3铝层的平均硬度为191.32HV，试样4喷铝后微弧氧化处理得到的陶瓷层致密部分的平均硬度达到了1197.12HV，可见试样4较试样2和试样3的硬度有极大地提高，这在一定程度上也提高了耐磨性。

二、结合强度测量

结合强度测量采用拉伸试验法，试样2直接微弧氧化后得到的陶瓷层与试样2基体间的结合力为8.6MPa，试样3喷涂铝层后得到的铝层与试样3基体之间的结合力为10MPa，试样4喷铝后微弧氧化处理得到的陶瓷层与试样4基体之间的结合力为10.2MPa，所述陶瓷层脱落位置是在铝层与镁合金之间；可见结合强度为：试样4＞试样3＞试样2。

三、极化曲线测量

极化曲线的测量是在3.5wt.％NaCl溶液中进行的。

图1为所述试样1～4的极化曲线。

在图1中，a曲线表示试样1的极化曲线，b曲线表示试样2的极化曲线，c曲线表示试样3的极化曲线，d曲线表示试样4的极化曲线。从图1可见，试样2的极化曲线b与试样3的极化曲线c在阳极区域具有较一致的特征，即都存在随着电位的升高电流密度增长缓慢的区间，待电位增长到一定数值时，极小的电位变化就使得电流密度迅速增加，进入活性溶解阶段。

试样1、2、3和4的极化曲线拟合后结果如表2所示，表2中数据显示，试样1的自腐蚀电位为-1535mV，自腐蚀电流密度为4.38×10^-4A/cm²，腐蚀速度为1.96g·m^-2·h^-1；试样2的自腐蚀电位为-1203mV，自腐蚀电流密度为8.4×10^-5A/cm²，腐蚀速度为0.376g·m^-2·h^-1；试样3的自腐蚀电位为为-1238mV，自腐蚀电流密度为6.33×10^-6A/cm²，腐蚀速度为0.0283g·m^-2·h^-1；试样4的自腐蚀电位为-1131mV，自腐蚀电流密度为3×10^-6A/cm²，腐蚀速度为0.0134g·m^-2·h^-1；由以上数据可知，试样4的耐蚀性要优于试样1、2和3。

表2试样1～4极化曲线的拟合结果和腐蚀速度。

四、电化学阻抗谱测试

电化学阻抗谱测试条件：交流阻抗测量频率范围为100KHz～10MHz，交流电位幅值为5mV；极化曲线测量电压范围为1.6V～-0.15V，扫描速度为0.33mV/s。

图2为试样1、2和4在3.5wt.％NaCl溶液中的交流阻抗谱，通过powersuite曲线分析软件可知，试样1的阻抗值为440欧姆，试样2的阻抗值小于试样4的阻抗值，试样4的阻抗值为1430欧姆，是试样1阻抗值的3.25倍。

五、盐雾试验

对试样1、2和4行盐雾试验，试样1、2和4用无水乙醇擦洗后，吹干，为了防止盐雾腐蚀所述试样1、2和4表面除测试面外的其他部位，对试样1、2和4上测试面外的其他部位进行密封处理，保证除测试面外没有暴露于盐雾中的金属或封闭时的缝隙。试样1、2和4制备完成后，再进行盐雾试验。

表3为盐雾试验现象记录，从所述记录可知，试样1在24h时表面即出现少量的腐蚀点，48h后表面全部为大量的白色腐蚀产物；试样2在36h时涂层表面出现小腐蚀坑，48h后腐蚀坑范围变大，部分陶瓷层脱落；试样4在60h时陶瓷层表面出现轻微的鼓包，96h后表面上的鼓包数量变多，面积变大；由上述现象可知，试样1的耐腐蚀性＜试样2的耐腐蚀性＜试样4的耐腐蚀性。

表3盐雾试验现象记录

为了更清楚地对盐雾试验腐蚀后的试样1、2和4进行腐蚀状态的表征，利用扫描电子显微镜对所述盐雾试验后的试样1、2和4的部分表面进行了观察，图3为试样1的表面形貌图，可以看出，当盐雾腐时间为24h时，试样1表面有大量的腐蚀坑和覆盖在坑上的腐蚀产物，这些坑不仅有一定的深度，而且沿一定的方向不断扩展并相连；图4为试样2的表面形貌图，可以看出，当盐雾腐时间为48h时，试样2可以看到表面有物质堆积，部分区域出现小坑；图5为试样4的表面形貌图，可以看出，当盐雾腐时间为96h时，试样4中没有观察到明显的腐蚀现象；根据图3、4和5比较可知试样4的耐蚀性远高于试样1和2。图3中A所示区域、图4中E所示区域和图5中P所示区域为测量试样1、2和4的能谱时所选区域。

综上所述，根据所述试样1～4的性能测试比较试验结果可知，表面未做任何处理的镁合金基体试样1的耐腐蚀性最差，表面未喷涂铝层直接微弧氧化的镁合金试样2和表面喷涂铝层未进行微弧氧化的镁合金试样3耐腐蚀性较所述镁合金基体试样1有所提高，表面喷涂铝层后再微弧氧化的镁合金试样4的耐腐蚀性能最好。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种镁合金表面处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

将待处理的镁合金试样清洗、干燥并喷砂处理；在喷砂处理后的镁合金试样表面喷涂铝层，喷涂完毕，得到表面喷涂有铝层的镁合金试样；对所述铝层进行打磨、清洗；将表面喷涂有铝层的镁合金试样不进行微弧氧化反应的部分用绝缘材料密封，将用绝缘材料密封好的镁合金试样与导线连接后浸入电解液中进行微弧氧化处理，温度为室温，处理至所述镁合金试样表面火花放电现象均匀度降低，火花变大时即停止微弧氧化处理，在所述表面喷涂有铝层的镁合金试样上生成微弧氧化陶瓷层。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金表面处理方法，其特征在于：所述喷涂铝层使用的是粒度为-140+325目，纯度＞99％的纯铝粉。

3.根据权利要求1或2所述的一种镁合金表面处理方法，其特征在于：喷涂铝层得到的铝层的厚度为220～280μm。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金表面处理方法，其特征在于：所述绝缘材料为能将所述表面喷涂有铝层的镁合金试样不进行微弧氧化反应部分包覆以使其与所述电解液隔绝的绝缘材料，优选为树脂。

5.根据权利要求1所述的一种镁合金表面处理方法，其特征在于：所述微弧氧化陶瓷层的厚度为110～170μm。