CN102400082B - 一种镁合金表面导电防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金表面导电防腐涂料，其化学成分重量比（wt.%）为：Zn1～5%、RE2～5%，余量为Al；其制备方法是将上述铝锭和锌锭去除表明氧化皮后，采用钽坩埚，氩气保护下，在电阻炉中制备合金锭；将得到的上述合金在氩气保护下重熔，在500-700℃下雾化为50-300目的粉体；使用时将上述制备的防腐涂料通过等离子喷枪在氩气保护下喷到镁合金表面，喷射完成后充分冷却，取出放入真空炉中，在400-450℃，退火15-100分钟，得到均匀的防腐涂层。本发明提高了金属涂层的粘合力，进而改善合金的耐磨性能，可以消除镁合金金属涂层抗腐导电涂料的不足，为镁合金的应用提供新的防腐途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属表面涂料及其制备方法。
背景技术
镁合金是最轻的工程结构材料，已经广泛应用在电子通讯、交通运输和国防领域。但是由于镁电位较低，容易和其他的杂质元素构成原电池，发生点腐蚀。同时，由于氧化镁膜非常疏松，氧化后不能完全隔绝外层介质，因此，通常镁合金在使用中都需要采用防腐处理，以提高镁合金的耐蚀性 [刘正等，镁基轻质合金理论基础及其应用]。
目前，应用最广泛的，最成熟的表面处理技术就是采用金属涂层。金属涂层的方法有两种：1）直接浸泡金属液，如锌液、铝液等，方法简单，使用范围广。2）电解沉积金属涂层，利用金属离子盐作为电解质，以镁合金产品作为阴极，控制电势在阴极上沉积金属涂层。但是，对于镁及镁合金，很难制备出高质量的金属涂层。其主要原因如下[K. Kainer. Magnesium: Wiley-VCH, 2009]：
(1)镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力;
(2)镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散;
(3)第二相具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀;
(4)镁合金铸件的致密性都不是很高，表面存在杂质，可能成为镀层孔隙的来源。
另外，镁合金主要用于国防部件，3C通讯器件等，不仅需要重量轻，耐腐蚀性能好，而且有时还需要很好的散热，耐磨和信号传输性能，如导弹外壳，枪匣子，散热板等。采用现有的技术不能满足实际使用需求，主要存有有如下问题 [H.E. Friedrich et.al, Magnesium technology: Springer, 2006]：1）采用直接金属浸泡的方法，涂层太厚，而且层的厚度很难控制均匀，不能满足尺度精确控制要求。2）直接浸泡的方法，温度过高，容易导致材料表面氧化，影响涂层质量。3）采用电解沉积的方法，涂层结合力低，不耐磨，而且由于沉淀对杂质的浓度十分敏感，因此，表面处理是一个很大的难题，特别对于复杂的器件。直到目前为止，还没有一种真正种针对镁合金导电，耐磨而开发的合适的金属涂层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涂层与基体结合力强、耐磨性能好、合适所有通用镁合金防腐涂层的镁合金表面导电防腐涂料及其制备方法。
本发明涉的镁合金表面导电防腐涂料的化学成分重量比（wt.%）为：Zn 1～5%、RE2～5%，余量为Al。
上述防腐涂料的制备方法：
1、原料：99.9%的铝锭、99.9%的锌锭、含稀土总量为99.9%的富钇稀土，富钐稀土或者富镧铈混合稀土粉，稀土粉的粒度为50 目。
添加锌元素在合金中主要以固溶态状态分布，以降低合金的熔点。添加稀土元素在合金中主要以固溶态状态分布，以提高合金的流动性能，改善合金的雾化性能。
2、熔炼：将上述铝锭和锌锭去除表明氧化皮后，采用钽坩埚，氩气保护下，在电阻炉中制备合金锭。添加顺序为：铝锭，锌锭，稀土。所有添加原料在400 ℃充分预热，每添加一种原料，搅拌10-30分钟，所有原料都添加完成后，充分搅拌20-50 分钟，在450-600 ℃浇注到钢模中。
3、雾化制粉：将得到的上述合金在氩气保护下重熔，在500-700 ℃下雾化为50-300 目的粉体。
本发明的防腐涂料的使用方法：
在450-500 ℃，将上述制备的防腐涂料通过等离子喷枪在氩气保护下喷到镁合金表面，根据实际使用要求，喷层道数为10-40道。喷射完成后充分冷却，取出放入真空炉中，在400-450℃，退火15-100 分钟，使表层金属充分扩散，提高涂层与镁合金基体的粘合力，得到均匀的防腐涂层。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、克服了单一金属凝固区间短，流动性和耐磨性能差的缺点，改善了合金涂料的流动性能和加工性能。
2、精确控制表层厚度，将表层的金属元素均匀扩散到合金基体中，提高金属涂层的粘合力，进而改善合金的耐磨性能。
3、可以消除镁合金金属涂层抗腐导电涂料的不足，为镁合金的应用提供新的防腐途径。
附图说明
图1 是使用本发明实施例1和3的导电防腐涂料处理的不同镁合金在潮湿环境中保持6个月后的组织图。
图2 是本发明实施例2Al-5Zn-1RE 涂料处理的AZ31合金在3 wt.%NaCl溶液中腐蚀速率与不同道次的关系图。
图3是本发明实施例2Al-5Zn-1RE 涂料处理的AZ31合金导电系数与不同道次的关系图。
具体实施方式：
实施例 1
取99.9%锌锭10 g、稀土含量99.9%的富钇稀土50 g，99.9%铝锭940g。将锌锭和铝锭去除表明氧化皮后，采用钽坩埚，用氩气保护，在电阻炉中制备合金锭，添加顺序为：铝锭，锌锭，富钇稀土。所有添加原料在400 ℃充分预热，每添加一种原料，搅拌10分钟，所有原料都添加完成后，充分搅拌20分钟。在450℃浇注到钢模中。然后，将得到的合金在氩气保护下，在700 ℃下雾化为50目的粉体（Al-1Zn-5RE（wt.%）涂料）。
用上述防腐涂料通过等离子喷枪在450 ℃，在氩气保护下喷到镁合金表面，喷层道数为10道。喷射完成后充分冷却，取出放入真空炉中，在400℃，退火15 分钟，得到均匀的防腐涂层。
如图1所示，可以看出，经过防护涂料处理后，显现出金属光泽，涂料组织十分均匀、光滑。
实施例 2
取99.9%锌锭50 g、稀土含量99.9%的富镧铈混合稀土10 g、99.9%铝锭940g。将上述锌锭和铝锭去除表明氧化皮后，采用钽坩埚，用氩气保护，在电阻炉中制备合金锭。添加顺序为：铝锭，锌锭，富镧铈混合稀土。所有添加原料在400 ℃充分预热，每添加一种原料，搅拌30分钟，所有原料都添加完成后，充分搅拌50 分钟。在600 ℃浇注到钢模中。然后，将得到的合金在氩气保护下，在500 ℃下雾化为300 目的粉体（Al-5Zn-1RE（wt.%）涂料）。
用上述防腐涂料通过等离子喷枪在500 ℃，在氩气保护下喷到镁合金表面，喷层道数为40次。喷射完成后充分冷却，取出放入真空炉中，在450℃，退火100 分钟，得到均匀的防腐涂层。
如图2所示，可以看出，随着喷涂的道次越多，抗腐蚀性能越好。因为是金属涂层，导电系数随着喷涂的道次的影响很小，总的来说，涂层的导电系数比纯的铝金属的导电系数要低 （图3）。
实施例 3
取99.9%锌锭20 g、稀土含量99.9%的富钐稀土30 g, 99.9%铝锭950g。将上述锌锭和铝锭去除表明氧化皮后，采用钽坩埚，用氩气保护，在电阻炉中制备合金锭。添加顺序为：铝锭，锌锭，富钐稀土。所有添加原料在400 ℃充分预热，每添加一种原料，搅拌20分钟，所有原料都添加完成后，充分搅拌40 分钟。在480 ℃浇注到钢模中。然后，将得到的合金在氩气保护下，在600℃下雾化为100 目的粉体（Al-2Zn-3RE（wt.%）涂料）。
用上述防腐涂料通过等离子喷枪在470 ℃，在氩气保护下喷到镁合金表面，喷层道数为15道。喷射完成后充分冷却，取出放入真空炉中，在420℃，退火60分钟，得到均匀的防腐涂料。
如图1所示，可以看出，涂料与合金基体的结合完整，涂料的表面十分均匀。
Claims (2)
1.一种镁合金表面导电防腐涂料的制备方法，其特征在于：
（1）原料为99.9%的铝锭、99.9%的锌锭、含稀土总量为99.9%的富钇稀土，富钐稀土或者富镧铈混合稀土粉，稀土粉的粒度为50 目；
（2）将上述铝锭和锌锭去除表明氧化皮后，采用钽坩埚，氩气保护下，在电阻炉中制备合金锭，添加顺序为：铝锭，锌锭，稀土；所有添加原料在400 ℃充分预热，每添加一种原料，搅拌10-30分钟，所有原料都添加完成后，充分搅拌20-50 分钟，在450-600 ℃浇注到钢模中；
（3）将得到的上述合金在氩气保护下重熔，在500-700 ℃下雾化为50-300 目的粉体即得到镁合金表面导电防腐涂料；
所述镁合金表面导电防腐涂料的化学成分重量比wt.%为：Zn 1～2%、RE2～5%，余量为Al。
2.一种由权利要求1所要求保护的方法制备的镁合金表面导电防腐涂料的使用方法，其特征在于：在450-500 ℃，将上述制备的防腐涂料通过等离子喷枪在氩气保护下喷到镁合金表面，根据实际使用要求，喷层道数为10-40道，喷射完成后充分冷却，取出放入真空炉中，在400-450℃，退火15-100 分钟，得到均匀的防腐涂层。
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