CN102744407A

CN102744407A - 一种挤压镁合金型材在线表面处理方法

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Publication number: CN102744407A
Application number: CN2012102627066A
Authority: CN
Inventors: 刘赵铭; 陆兴; 郭丽丽
Original assignee: Dalian Jiaotong University
Current assignee: Dalian Jiaotong University
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: CN102744407B

Abstract

本发明公开了一种挤压镁合金型材表面处理方法，包括以下步骤：在挤压模具的特定区域上开设出粉孔；采用机械式或风力式输送系统将粉体由储粉罐连续输送到模具中的粉体分配腔；在型材的内外表面上就形成一个连续的改性层，粉体由表向内呈过渡分布。本发明通过在挤压过程中，借助供粉系统将改性粉体经模具特定区域上专门开设的出粉孔进入焊合区或变形区，在高温、高压和摩擦等作用下，渗焊在坯料上，结果就会在型材的内外表面上形成改性层或防护层。由于本发明将镁合金型材的挤压加工和表面处理工艺合二为一，不仅完成了型材的成型，而且使型材表面获得改性层，这样会使型材表面获得优越的组织和性能，从而在很大程度上提高型材的耐磨性和耐蚀性。

Description

一种挤压镁合金型材在线表面处理方法

技术领域

本发明涉及金属材料热加工技术领域，特别是一种挤压镁合金型材表面处理方法。

背景技术

镁合金做为最轻的金属结构材料，具有很高的比强度、比刚度、良好的阻尼减震性和轻质美观等优越性能，在航空、航海、汽车工业和电子信息工业等领域有很大的应用潜力。然而由于镁合金是密排六方晶格结构，与铝合金、钛合金相比塑性变形能力较差，挤压、轧制、锻造等塑性加工相对困难。迄今为止镁合金的应用仍以铸造材为主，而挤压材的生产和应用比率却非常小。因此，为了制造出具有良好综合力学性能（高强度、高延伸率）的结构件，近几年在镁合金挤压加工以及后续力学性能方面的研究较多。实验研究证明，和铸造材相比，经过大塑性变形后的挤压镁合金的强度和延展性均会得到提高。特别是经过ECAE（Equal Channel Angular Extrusion）等通道角挤压变形后的镁合金AZ31其延伸率可高达40%。目前很多实验研究结果说明了镁合金具有作为结构材料的诸多优越性能。然而，阻碍镁合金应用的另一个重要问题是耐蚀性差，容易氧化。

目前解决耐蚀性差这一问题的方法可归纳为以下两类：①改善镁合金内部组织结构，提高镁合金自身的热力学稳定性。如降低金属杂质的含量，或通过添加合金元素来开发新的合金系列，改善组织结构的均匀性；②通过表面处理，在镁合金表面形成有效的防护层，把镁合金与腐蚀介质隔开，切断腐蚀源。如化学转化膜技术、阳极氧化技术和有机涂层技术等。然而目前的表面防护处理技术存在着很多缺点，依然制约着镁合金的推广和应用。

1.环境友好问题。目前大量使用的仍然是传统的对环境不利的含铬表面转化防护层，正在研究的替代物在结合力与防腐等性能上还有不小差距。

2.成本问题。气相沉积、粉末涂覆、激光技术等工艺可以形成性能较好的防护涂层，但成本极高，难于推广应用，目前广泛应用的阳极氧化膜在制备时需要冷却系统，耗电量又大，也需要降低成本。

3.前处理工艺复杂。表面防护技术中普遍使用各种转化膜工艺，在正式处理前，都需要进行表面打磨、清净、脱脂、酸洗、碱洗及活化过程。若能简化这些前处理步骤，将大大提高工业生产效率。

4.结合力与防腐蚀性等性能的改善。用其他工艺形成的防护层与零件表面为机械作结合，且还具有明显的结合界面，结合强度低，抗冲击性能差，易开裂、剥落，进而影响复合防护层的耐蚀性。

因此，高性能、节能、环保、低成本、高效率并易于实现连续自动化生产的新工艺有待开发和推广。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种环境友好、成本低、无前处理、结合力与防腐蚀等性能高的挤压镁合金型材表面处理方法。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种挤压镁合金型材表面处理方法，包括以下步骤：

A、修改模具：在挤压模具的特定区域上开设出粉孔；所述的特定区域是：对于形成型材外表面层的特定区域为模具入口处圆角附近，即变形开始点到工作带起始点区域；对于形成型材内表面层的特定区域为模桥与模芯连接处，即模桥断面最大点到模芯工作面起点区域；对于采用穿孔针的模具，特定区域为穿孔针工作带向上10~20mm的区域；出粉孔的具体位置依据型材结构在特定区域内调整；

B、改性粉体输送：采用机械式或风力式等输送系统将粉体由储粉罐连续输送到模具中的粉体分配腔，或直接由出粉孔进入焊合区；如果是直接由出粉孔进入焊合区，则跳过步骤C；

C、粉体导入焊合区：利用机械式、气动式震动器或超声波、磁力搅拌器，使粉体飞扬，由出粉孔或缝均匀地导入焊合区；

D、改性粉体渗焊：由出粉孔不断导入焊合区的改性粉体，在高温、高压和摩擦作用下，连续不断地渗焊在坯料上，再经工作带进一步渗焊，在型材的内外表面上就形成一个连续的改性层，粉体由表向内呈过渡分布，无明显界面；

E、改性层厚度控制：通过控制输送系统参数调整改性粉体的输送量，从而控制改性层的厚度；所述的控制输送系统参数包括输送量、输送速度、震动器参数、出粉孔尺寸、数量和位置，特别是出粉孔尺寸：最大直径要求坯料不进入出粉孔内，最小要让改性粉体顺利渗出，出粉孔直径取0.01~1mm，为了防止坯料进入孔内，将出粉孔加工成向挤出方向倾斜一定角度。

本发明所述的改性粉体为纳米级或微米级粉体。

本发明所述的改性粉体为单一材料的粉体或多种材料的混合粉体。

本发明的工作原理如下：

通过在挤压过程中，借助供粉系统将改性粉体经模具特定区域上专门开设的出粉孔进入焊合区或变形区，在高温、高压和摩擦等作用下，渗焊在坯料上，结果就会在型材的内外表面上形成改性层或防护层。具体内容为：首先是在现有模具上增加一些结构，如输粉通道、粉体分配腔和出粉孔；其次就是在挤压过程中利用一定的动力将储粉罐中的改性粉体经由输粉通道、粉体分配腔和出粉孔连续不断地输送到模具的特定位置，即焊合区或变形区。粉体在高温、高压、摩擦等作用下，通过物理扩散、渗焊和挤压进入到镁合金型材内、外表面层，使型材在成型过程中的表面特别是内表面获得一个优越组织和性能的过渡渗焊层，即改性层，从而提高型材的耐磨性、耐蚀性和改善力学性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过在挤压过程中，借助改性粉体输送系统将改性粉体经模具特定位置上专门开设的出粉孔进入焊合区或变形区，在高温、高压作用下，渗焊在坯料上，结果就会在型材的内外表面上形成改性层或防护层。由于本发明将镁合金型材的挤压加工和表面处理工艺合二为一，不仅完成了型材的成型，而且使型材表面（特别是内表面）获得改性层，即使型材表面获得所希望的优越组织和性能，从而在很大程度上提高型材的耐磨性、耐蚀性等。

2、由于本发明的改性层是在高温、高压、半熔融状态下，通过扩散、渗焊方式形成的，因此，改性层与零件为冶金结合，并且没有明显的界面（而是一个改性粉体分布过渡层，由外向内浓度逐渐降低），即结合强度高；改性层中的改性粉体存在形式取决于粉体的成分。

3、本发明属于生产在线中的物理扩散过程，无毒、无味、无排放物，属环保工艺，环境友好。

4、应用本发明可以省去型材加工后的表面处理等一系列工艺环节，节能、低成本并易于实现连续自动化生产。

5、应用本发明的新工艺，不但可以提高镁合金的强度还可以解决耐蚀性差这一难题。这将推动镁合金作为结构材料在工业上（如航海，航空方面）的应用。

6、本发明属于边成型边处理，型材不会氧化和受到污染等，也不用预热等，所以无需进行前处理。

7、本发明由于采取连续生产时，将粉体连续从模芯渗出，不断地在型材内表面形成改性层，解决了其它工艺无法对空心型材内表面进行改性处理的问题。

8、本发明的工艺简单、参数易于控制，成品率高，可广泛应用于工艺生产中。

9、本发明属于国家政策扶持技术，应用前景良好。

附图说明

本发明共有附图1幅，其中：

图1是本发明的模具结构示意图。

图中：1、焊合区，2、粉体分配腔，3、型材，4、模芯，5、出粉孔，6、模桥，7、输粉通道。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明所述的进行进一步地说明。如图1所示，一种挤压镁合金型材表面处理方法，包括以下步骤：

A、修改模具：在挤压模具的特定区域上开设出粉孔5；所述的特定区域是：对于形成型材3外表面层的特定区域为模具入口处圆角附近，即变形开始点到工作带起始点区域；对于形成型材3内表面层的特定区域为模桥6与模芯4连接处，即模桥6断面最大点到模芯4工作面起点区域；对于采用穿孔针的模具，特定区域为穿孔针工作带向上10~20mm的区域；出粉孔5的具体位置依据型材3结构在特定区域内调整；

B、改性粉体输送：采用机械式或风力式等输送系统将粉体由储粉罐连续输送到模具中的粉体分配腔2，或直接由出粉孔5进入焊合区1；如果是直接由出粉孔5进入焊合区1，则跳过步骤C；

C、粉体导入焊合区1：利用机械式、气动式震动器或超声波、磁力搅拌器，使粉体飞扬，由出粉孔5或缝均匀地导入焊合区1；

D、改性粉体渗焊：由出粉孔5不断导入焊合区1的改性粉体，在高温、高压和摩擦作用下，连续不断地渗焊在坯料上，再经工作带进一步渗焊，在型材3的内外表面上就形成一个连续的改性层，粉体由表向内呈过渡分布，无明显界面；

E、改性层厚度控制：通过控制输送系统参数调整改性粉体的输送量，从而控制改性层的厚度；所述的控制输送系统参数包括输送量、输送速度、震动器参数、出粉孔5尺寸、数量和位置，特别是出粉孔5尺寸：最大直径要求坯料不进入出粉孔5内，最小要让改性粉体顺利渗出，出粉孔5直径取0.01~1mm，为了防止坯料进入孔内，将出粉孔5加工成向挤出方向倾斜一定角度。

下面通过两个实施例对本发明进行进一步说明：

实施例1：

内表面改性层形成：首先，在模具壁和模桥6上加工出输粉通道7，再在模桥6断面最大点向下2mm处，用激光钻出两排Φ0.1mm出粉孔5，同时在模芯4下端安装排气塞。通过供粉泵即气力输送，将100μm的Al粉直接经出粉孔5输送到焊合区1，在渗焊作用下，可在型材3内表面上形成0.05~0.5mm的改性层，层厚可通过供粉泵来控制。

实施例2：

外表面改性层形成：首先，在模具壁上加工出输粉通道7，再在模具入口处圆角附近距工作带起始点2mm处，钻出三排Φ0.1mm出粉孔5。通过机械泵将200μm的Zn粉输送到一个环形的粉体分配腔2中，再由震动器震动经出粉孔5输送到变形区，在高温、高压、渗焊和摩擦作用下，可在型材3外表面上形成0.05~0.5mm的改性层，层厚可通过震动器来控制。

Claims

1.一种挤压镁合金型材表面处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

D、改性粉体渗焊：由出粉孔5不断导入焊合区1的改性粉体，在高温、高压和摩擦作用下，连续不断地渗焊在坯料上，再经工作带进一步渗焊，在型材3的内外表面上就形成一个连续的改性层，粉体由表向内呈过渡度分布，无明显界面；

2.根据权利要求1所述的一种挤压镁合金型材表面处理方法，其特征在于：所述的改性粉体为纳米级或微米级粉体。

3.根据权利要求1所述的一种挤压镁合金型材表面处理方法，其特征在于：所述的改性粉体为单一材料的粉体或多种材料的混合粉体。