CN105088122B - 镁合金表面的Ni‑Al2O3‑AlB12复合涂层的制备方法 - Google Patents

镁合金表面的Ni‑Al2O3‑AlB12复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁合金表面的Ni‑Al2O3‑AlB12复合涂层的制备方法，属于材料工程技术领域。其方法为，（1）将Ni粉、Al粉和B2O3粉混合后，对其进行球磨，形成混合物；（2）对镁合金表面进行喷砂处理；（3）在经步骤（2）处理后的镁合金表面涂覆有机硅树脂，得有机硅树脂涂覆层；（4）在有机硅树脂涂覆层的表面热喷涂步骤（1）制备的混合物，即得Ni‑Al2O3‑AlB12复合涂层。其优点为：有机硅树脂涂覆层在热喷涂过程中，被喷涂粉末加热熔化，渗透到涂层的通孔中，冷却后使涂层中的通孔被封闭，可以有效地防止镁合金基体受到腐蚀破坏；Ni‑Al2O3‑AlB12复合涂层中的Al2O3和AlB12都具有高熔点、低比重、高硬度、化学稳定性极高，抗腐蚀性能极强的特点；Ni‑Al2O3‑AlB12复合涂层的力学性能优良、具备耐磨损性能。

Description

镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法，属于材料工程技术领域。
背景技术
镁合金是一种有应用前景的汽车轻量化的材料。这是因为镁是最轻的金属结构材料之一，其密度仅为1.74g/cm3。所以镁合金代替钢铁材料可以有效地减轻汽车的重量，而且镁还是绿色环保材料，和铝合金比较，每使用1kg镁，可使轿车在其寿命期内可减少30kg尾气的排放；镁还可回收循环使用。尽管如此，目前汽车上使用镁合金件的数量偏低，主要原因是镁合金应用性能还存在以下二方面的问题。
(1)耐腐蚀性问题：镁合金的电极电位远低于零，其标准电极电位为-2.37V，是工业合金中最低的，在潮湿、富含CO2、SO2、C1-的环境中易发生腐蚀。这是由镁合金的加工工艺及其组织状态所致的，镁合金中含有杂质元素及合金元素，在使用过程中易产生电偶腐蚀、应力腐蚀或疲劳腐蚀等。此外，镁的氧化膜疏松多孔，使其具有极高的化学和电化学活性，因此其化学稳定性低、抗腐蚀性能差，这些缺陷限制了镁合金材料的广泛应用。
(2)耐磨性问题：镁合金的硬度低，耐磨性能较差，在使用过程中，镁合金与其他材料接触时，产生摩擦磨损。硬度低、耐磨性差的不足，制约了镁合金在汽车轻量化零件中的使用。
为克服镁合金的不足，通常会在镁合金表面采用热喷涂方法制备耐腐蚀、耐磨损的涂层。但是涂层中存在较多的通孔，容易产生电偶腐蚀，使镁合金基体易受到腐蚀破坏，为了防止热喷涂涂层中通孔产生的破坏作用，常常在涂层形成后采用如冷压、热压或阳极氧化等后处理工艺技术对涂层通孔进行封闭处理，以提高涂层的耐腐蚀性能。但是，这些后处理方法工艺复杂，周期长，成本高，且制备的涂层不能兼具耐腐蚀又耐磨损的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法。采用本发明的方法，能够在镁合金表面获得既耐腐蚀又耐磨损的涂层。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Ni粉、Al粉和B2O3粉混合后，对其进行球磨，形成混合物；
(2)对镁合金表面进行喷砂处理；
(3)在经步骤(2)处理后的镁合金表面涂覆有机硅树脂，得有机硅树脂涂覆层；
(4)在步骤(3)制备的有机硅树脂涂覆层的表面热喷涂步骤(1)制备的混合物，即得Ni-Al2O3-AlB12复合涂层。
所述步骤(1)中Ni粉、Al粉和B2O3粉的质量百分比分别为：20-40％、27-36％和33-44％。
所述步骤(1)中的球磨的条件为：球料质量比为10：1，球磨时间3-4小时。
所述步骤(2)中喷砂处理的条件为：气体压力0.6-0.8MPa。
所述步骤(3)中有机硅树脂为甲基三氯硅烷，有机硅树脂涂覆层的厚度为：0.08-0.12mm。
所述步骤(4)中热喷涂方法为火焰喷涂、等离子喷涂或超音速火焰喷涂，Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的厚度为0.1-0.2mm。
一种镁合金表面Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法，其详细步骤为：
(1)将Ni粉、Al粉和B2O3粉混合后，得混合粉末，将混合粉末在球磨机中进行球磨，使Ni、Al产生化学反应形成NiAl金属间化合物；
(2)对镁合金表面进行喷砂处理；
(3)在经步骤(2)的镁合金表面涂覆有机硅树脂；
(4)在经步骤(3)的涂覆有机硅树脂的表面热喷涂经步骤(1)球磨后的混合粉末，获得Ni-Al2O3-AlB12复合涂层。
所述步骤(1)中混合粉末的质量百分比为：Ni粉20-40％、Al粉27-36％、B2O3粉33-44％。
所述步骤(1)中混合粉末在球磨机中的球料质量比为10：1，球磨时间3-4小时。
所述步骤(2)中喷砂的气体压力为：0.6-0.8MPa。
所述步骤(3)中有机硅树脂涂覆层的厚度为：0.08-0.12mm。
所述步骤(4)中热喷涂方法为火焰喷涂、等离子喷涂，所述火焰喷涂为超音速火焰喷涂，涂层的厚度为0.1-0.2mm。
本发明的技术原理：
试验证明，将Ni、Al和B2O3粉末混合，不经过球磨而直接进行热喷涂，喷涂过程中不发生以下化学反应，不能获得Ni-Al2O3-AlB12复合涂层。
2Al+B2O3＝Al2O3+2B
Al+12B＝AlB12
本发明中，将Ni、Al和B2O3混合粉末经过3-4小时的球磨后，对粉末进行检测，结果发 现，粉末中没有Al，只有Ni、NiAl和B2O3的存在。这是因为在球磨过程中发生如下化学反应：
Ni+Al＝NiAl
金属间化合物NiAl的产生，在热喷涂过程中，当喷涂粉末被加热到很高的温度时，高温下能够发生以下化学反应，获得Ni-Al2O3-AlB12复合涂层。
2NiAl+B2O3＝Al2O3+2B+2Ni
NiAl+12B＝AlB12+Ni
本发明的有益效果：
(1)在镁合金表面采用热喷涂方法制备的耐腐蚀、耐磨损涂层，由于涂层中存在较多的通孔，容易产生电偶腐蚀，使镁合金基体受到腐蚀破坏，为了防止热喷涂涂层中通孔产生的破坏作用，现有的技术是在涂层形成后采用如冷压、热压或阳极氧化等后处理工艺技术对涂层通孔进行封闭处理，以提高涂层的耐腐蚀性能。但是，这些后处理方法工艺复杂，周期长，成本高。本发明的方法中，热喷涂前在镁合金表面涂覆一层有机硅树脂，热喷涂过程中，有机硅树脂被喷涂粉末加热熔化，渗透到涂层的通孔中，冷却后使涂层中的通孔被封闭，可以有效地防止镁合金基体受到腐蚀破坏。
(2)在镁合金表面制备的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层，Ni与Mg的电极电位较接近，二者形成腐蚀原电池的破坏性很小。Al2O3和AlB12都具有高熔点、低比重、高硬度的特点，同时化学稳定性极高，抗腐蚀性能极强。Al2O3和AlB12组成的复合组织，断裂韧性得到较大的提高，力学性能更加优良。因此，镁合金表面制备的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层具有力学性能优良、同时具备耐腐蚀和耐磨损性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步地描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1 镁合金表面Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法
实施步骤如下：
(1)将质量百分比为：Ni粉40％、Al粉27％、B2O3粉33％粉末混合后，在球磨机中进行球磨，球磨机中球料质量比为10：1，球磨时间3小时；
(2)镁合金表面喷砂处理，喷砂的气体压力为：0.6MPa；
(3)在镁合金的喷砂表面上涂覆有机硅树脂(甲基三氯硅烷)，涂覆层的厚度为：0.08mm；
(4)采用火焰喷涂方法，在镁合金涂覆有机硅树脂的表面上喷涂经步骤(1)球磨的粉末，喷涂涂层的厚度为0.1mm。
实施例2 镁合金表面Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法
与实施例1不同的是：
(1)球磨粉末的质量百分比为：Ni粉30％、Al粉31.5％、B2O3粉38.5％，球磨时间3.5小时。
(2)镁合金表面喷砂的气体压力为：0.7MPa。
(3)镁合金喷砂表面上涂覆有机硅树脂层(甲基三氯硅烷层)的厚度为：0.1mm。
(4)等离子喷涂方法，喷涂涂层的厚度为0.15mm。
实施例3 镁合金表面Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法
与实施例1不同的是：
(1)球磨粉末的质量百分比为：Ni粉20％、Al粉36％、B2O3粉44％，球磨时间4小时。
(2)镁合金表面喷砂的气体压力为：0.8MPa。
(3)镁合金喷砂表面上涂覆有机硅树脂层(甲基三氯硅烷层)的厚度为：0.12mm。
(4)等离子喷涂方法，喷涂涂层的厚度为0.2mm。

Claims (5)

1.一种镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将Ni粉、Al粉和B2O3粉混合后，对其进行球磨，形成混合物；
(2)对镁合金表面进行喷砂处理；
(3)在经步骤(2)处理后的镁合金表面涂覆有机硅树脂，得有机硅树脂涂覆层；
(4)在步骤(3)制备的有机硅树脂涂覆层的表面热喷涂步骤(1)制备的混合物，即得Ni-Al2O3-AlB12复合涂层；
所述步骤(1)中Ni粉、Al粉和B2O3粉的质量百分比分别为：20-40％、27-36％和33-44％；
所述步骤(1)中的球磨的条件为：球料质量比为10：1，球磨时间3-4小时。
2.根据权利要求1所述一种镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中喷砂处理的条件为：气体压力0.6-0.8MPa。
3.根据权利要求1所述一种镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中有机硅树脂为甲基三氯硅烷，有机硅树脂涂覆层的厚度为：0.08-0.12mm。
4.根据权利要求3所述一种镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中热喷涂方法为火焰喷涂、等离子喷涂，所述火焰喷涂为超音速火焰喷涂。
5.根据权利要求1或4所述一种镁合金表面的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的Ni-Al2O3-AlB12复合涂层的厚度为0.1-0.2mm。
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