CN103147101A - 镁合金表面扩散涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镁合金表面扩散涂层的制备方法，包括如下步骤：步骤一，将处理后的镁合金、渗剂粉末依次放入坩埚中，使得渗剂粉末完全覆盖于镁合金表面；步骤二，将一纯铝板插入所述渗剂粉末中，其纯铝板不与镁合金接触；步骤三，将所述镁合金作为阴极、所述纯铝板作为阳极与直流电源连接形成回路；步骤四，将坩埚加热至合适温度，打开直流电源，调节电流密度至预定值，保温；步骤五，依次关闭直流电源，停止加热，冷却坩埚，即在镁合金表面得到了扩散涂层。本发明制备温度为200～250℃，提高了工作效率，降低生产成本，本发明方法制得的镁合金表面扩散涂层的厚度为60～500微米。

Description

镁合金表面扩散涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及表面防护技术领域，具体地，涉及一种镁合金表面扩散涂层的制备方法。
背景技术
随着能源和环保方面的迫切要求，镁合金正得到日益广泛的关注与应用。镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、阻尼减振、易于加工成形和容易回收等优点。如能大量采用镁合金来取代目前航空航天、交通运输等行业主要使用的钢结构及铝合金材料，则可以有效实现轻量化的目标，缓解日益严重的能源问题。此外，镁合金的其他优异性能，如导热导电性好、抗电磁屏蔽佳等，也使其在通信电子行业中有广泛应用前景。相对于目前大量使用的工程塑料，镁合金利于回收。因此，镁合金在诸多领域都具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。
然而，镁合金的耐蚀性能差，长期以来严重制约了其在各个领域的进一步应用。表面防护技术是提高镁合金耐腐蚀性能的最直接、有效的途径之一，目前镁合金表面防护技术主要有阳极氧化、化学转化、电镀、化学镀、物理和化学气相沉积、激光表面处理、高温扩散处理等。以上方法虽可不同程度的提高镁合金表面的耐蚀性，但都存在着一定的局限性。如采用阳极氧化和化学转化方法制备的镁合金表面防护层，其导电性较差，从而限制了镁合金在某些要求导电的场合中的应用(如电磁屏蔽等)。采用电镀、化学镀、物理和化学气相沉积方法得到的镁合金表面防护涂层，涂层与基体不具有冶金结合，因此结合性较差，使用过程中易发生涂层与基体剥落，进而失效的现象。而激光表面改性技术成本较高，且难以应用于具有复杂形状的镁合金零部件。
通过高温扩散技术在镁合金表面制备扩散涂层可在一定程度解决上述方法的局限性，如其制备的扩散防护涂层与基体为冶金结合，结合牢固，且扩散涂层多为金属间化合物，可同时提高镁合金的耐腐蚀和耐磨性能，还可保持镁合金本身的导电性。中国专利CN1236105C(马幼平，徐可为，感应加热镁合金表面合金化改性方法)中，报道了一种镁合金表面合金层的制备技术，将不同规格的金属粉(如铝、锌等)用粘结剂涂于零件表面，对零件表面感应加热，在镁合金零件表面形成合金改性层，该合金层提高了镁合金表面的耐腐蚀和耐磨性能。但是该方法需要较高的制备温度(450～650℃)，高于镁铝共晶温度点(437℃)，会使得镁合金表面发生熔化。此外，还会造成熔点较低的镁合金部件变形以及镁合金基体内部组织结构的变化，进而降低其力学性能。中国专利CN101058875A(胡文彬，何美风，刘磊，仵亚婷，镁合金表面无机熔盐扩散防护方法)中，报道了一种镁合金表面无机熔盐扩散防护的方法，通过在镁合金表面熔盐扩散铝，在镁合金表面形成具有防腐蚀性能的镁铝金属间化合物层。但是由于镁合金活性较高，高温熔盐会对镁合金表面产生腐蚀作用，会造成扩散涂层厚度薄且易引入涂层缺陷。此外由于扩散元素为单一的铝元素，耐蚀性能提升效果有限。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种镁合金表面扩散涂层的制备方法。
本发明提供一种镁合金表面扩散涂层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将处理后的镁合金、渗剂粉末依次放入坩埚中，使得渗剂粉末完全覆盖于镁合金表面；
步骤二，将一纯铝板插入所述渗剂粉末中，所述纯铝板不与镁合金接触；
步骤三，将所述镁合金作为阴极、所述纯铝板作为阳极与直流电源连接形成回路；
步骤四，将坩埚加热至合适温度，打开直流电源，调节电流密度至预定值，保温；
步骤五，依次关闭直流电源，停止加热，冷却坩埚，即在镁合金表面得到了扩散涂层。
优选地，步骤一中，所述处理具体为：采用机械方法去除镁合金表面氧化物，之后放入丙酮溶液中浸泡去除镁合金表面的有机物，干燥即可。
优选地，所述浸泡时间为3～5分钟。
优选地，步骤一中，所述渗剂粉末包括如下摩尔分数的各组分：
Figure BDA00002841634900031
优选地，步骤一中，所述坩埚为陶瓷或石墨制品。
优选地，步骤四中，所述合适温度为200～250℃。
优选地，步骤四中，所述预定值为3～10A/dm2。
优选地，步骤四中，所述保温时间为2～5小时。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明将镁合金作为阴极，由于受到阴极电流的保护，避免了被熔盐腐蚀；
(2)本发明方法利用镁合金表面存在阴极电流，使熔盐中的铝离子和镍离子可直接在阴极上还原沉积，进而扩散形成扩散涂层，使得制备温度大幅降低至200～250℃，从而提高了工作效率，降低生产成本；
(3)本发明熔盐中同时存在铝、镍两种元素，在后续扩散过程中，可形成铝镍两元合金共渗层，除具备单元渗铝的优点外，还可进一步提高扩散涂层的硬度、耐磨性能、抗高温氧化性能和耐蚀性能。
(4)与现有的高温扩散技术相比，本发明中，由于提供了额外的阴极电流，镁合金表面扩散涂层的厚度可大幅提高至60～500微米。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种镁合金表面扩散涂层的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤一，采用砂纸打磨除去AZ91D镁合金表面的氧化物，随后在在丙酮溶液中浸泡3分钟，去除有机物，最后将在空气中干燥处理后的镁合金及含有摩尔分数为3％的金属铝、摩尔分数为3％的金属镍、摩尔分数为4％的冰晶石、摩尔分数为10％的NiCl2、摩尔分数为30％的AlCl3、摩尔分数为25％的NaCl、摩尔分数为25％的KCl组成的渗剂粉末依次放入坩埚中，将渗剂粉末完全覆盖镁合金表面；
步骤二，将一纯铝板插入所述渗剂粉末中，其纯铝板不与镁合金接触；
步骤三，将AZ91D镁合金作为阴极、纯铝板作为阳极与直流电源连接形成回路；
步骤四，将坩埚加热至200℃、打开直流电源，调节电流密度为3A/dm2，保温2小时；
步骤五，依次关闭直流电源、停止加热，冷却，即得镁合金表面扩散涂层。
实施效果：本实施例制得的镁合金表面扩散涂层的厚度为60微米，与未经处理的AZ91D镁合金相比，经本实施例处理后的AZ91D镁合金耐磨性提高了2.1倍，耐蚀性提高了2个数量级。
实施例2
本实施例涉及一种镁合金表面扩散涂层的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤一，采用砂纸打磨除去ZK60镁合金表面的氧化物，随后在在丙酮溶液中浸泡4分钟，去除有机物，最后将在空气中干燥处理后的镁合金及含有摩尔分数为5％的金属铝、摩尔分数为2％的金属镍、摩尔分数为3％的冰晶石、摩尔分数为20％的NiCl2、摩尔分数为40％的AlCl3、摩尔分数为15％的NaCl、摩尔分数为15％的KCl组成的渗剂粉末依次放入坩埚中，将渗剂粉末完全覆盖镁合金表面；
步骤二，将一纯铝板插入所述渗剂粉末中，其纯铝板不与镁合金接触；
步骤三，将ZK60镁合金作为阴极、纯铝板作为阳极与直流电源连接形成回路；
步骤四，将坩埚加热至250℃，打开直流电源，调节电流密度为5A/dm2，保温3小时；
步骤五，依次关闭直流电源、停止加热，冷却，即得镁合金表面扩散涂层。
实施效果：本实施例制得的镁合金表面扩散涂层的厚度为150微米，与未经处理的ZK60镁合金相比，经本实施例处理后的ZK60镁合金耐磨性提高了2.3倍，耐蚀性提高了2.5个数量级。
实施例3
本实施例涉及一种镁合金表面扩散涂层的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤一，采用砂纸打磨除去AM50镁合金表面的氧化物，随后在在丙酮溶液中浸泡5分钟，去除有机物，最后将在空气中干燥处理后的镁合金及含有摩尔分数为2％的金属铝、摩尔分数为5％的金属镍、摩尔分数为5％得到冰晶石、摩尔分数为13％的NiCl2、摩尔分数为15％的AlCl3、摩尔分数为30％的NaCl、摩尔分数为30％的KCl组成的渗剂粉末依次放入坩埚中，将渗剂粉末完全覆盖镁合金表面；
步骤二，将一纯铝板插入所述渗剂粉末中，其纯铝板不与镁合金接触；
步骤三，将AM50镁合金作为阴极、纯铝板作为阳极与直流电源连接形成回路；
步骤四，将坩埚加热至230℃，打开直流电源，调节电流密度为10A/dm2，保温5小时，
步骤五，依次关闭直流电源、停止加热，冷却，即得镁合金表面扩散涂层。
实施效果：本实施例制得的镁合金表面扩散涂层的厚度为500微米，与未经处理的AM50镁合金相比，经本实施例处理后的AM50镁合金耐磨性提高了2.4倍，耐蚀性提高了3个数量级。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种镁合金表面扩散涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将处理后的镁合金、渗剂粉末依次放入坩埚中，使得渗剂粉末完全覆盖于镁合金表面；
步骤二，将一纯铝板插入所述渗剂粉末中，所述纯铝板不与镁合金接触；
步骤三，将所述镁合金作为阴极、所述纯铝板作为阳极与直流电源连接形成回路；
步骤四，将坩埚加热至合适温度，打开直流电源，调节电流密度至预定值，保温；
步骤五，依次关闭直流电源，停止加热，冷却坩埚，即在镁合金表面得到了扩散涂层。
2.如权利要求1所述的镁合金表面扩散涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述处理具体为：采用机械方法去除镁合金表面氧化物，之后放入丙酮溶液中浸泡去除镁合金表面的有机物，干燥即可。
3.如权利要求2所述的镁合金表面扩散涂层的制备方法，其特征在于，所述浸泡时间为3～5分钟。
4.如权利要求1所述的镁合金表面扩散涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述渗剂粉末包括如下摩尔分数的各组分：
Figure FDA00002841634800011
5.如权利要求1所述的镁合金表面扩散涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述坩埚为陶瓷或石墨制品。
6.如权利要求1所述的镁合金表面扩散涂层的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述合适温度为200～250℃。
7.如权利要求1所述的镁合金表面扩散涂层的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述预定值为3～10A/dm2。
8.如权利要求1所述的镁合金表面扩散涂层的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述保温时间为2～5小时。
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