CN105039964A

CN105039964A - 镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN105039964A
Application number: CN201510403743.8A
Authority: CN
Inventors: 刘德鑫; 吴恒; 姚栋嘉; 孙国栋; 方鹏; 牛利伟
Original assignee: HENAN FANRUI COMPOSITE MATERIALS RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: HENAN FANRUI COMPOSITE MATERIALS RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明公开了一种镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层及其制备方法，所述复合涂层为粒度范围均在10～50μm的球状铝粉和不规则形状α-Al₂O₃粉的复合粉末，其中：铝份的体积分数为70～90%，α-Al₂O₃体积分数为30～10%，制备方法包括工件表面的预处理、复合涂层的制备和复合涂层的后处理工序。本发明通过采用低温气动喷涂的方法制备涂层，通过热处理使涂层与基体材料之间形成扩散，与现有技术相比，本发明所制备的复合涂层结构致密、孔隙率低、硬度高，与基体材料结合强度高，涂层具有良好的抗蚀性，且耐磨性能大幅提高，是镁合金及其构件表面耐腐蚀、耐磨损的优良防护涂层。

Description

镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种合金表面复合涂层的制备方法，特别是涉及一种镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层及其制备方法，属于材料表面加工领域。

背景技术：

镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，机械性能良好，具有良好的切削加工性以及铸造性能，适合高效率的压铸生产。另外，镁合金还具备良好的导电导热性、电磁屏蔽性以及优良的减振性能。正是由于具备以上优点，镁合金在汽车、航空航天、电子通信以及国防军事等关键领域具有极为重要的应用价值和广阔的发展前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而，镁的耐蚀性却极差，大大限制了其进一步的开发应用；镁合金表面形成的氧化膜处于拉应力状态，厚度达到一定值时将产生断裂，不能形成致密保护膜有效保护基体。目前，镁合金采用的表面涂层处理措施主要有化学转化、阳极氧化、微弧氧化、气相沉积、粒子注入、化学镀及电镀等，然而，这些方法在处理条件、膜层结构、环境保护、经济成本等方面存在诸多缺陷，寻找一种既经济环保又高效可行的镁合金表面涂层技术，对进一步拓展镁合金的应用范围，具有十分重要的意义。

冷气动力喷涂技术（简称冷喷涂）是近年来发展起来的一门新型的涂层制备技术，它利用压缩气体（空气、N₂、He）加热到一定温度（小于600℃），并通过压缩气体加速金属粒子到临界速度（超音速），金属粒子撞击基体表面后发生剧烈塑性变形，牢固附着在基体并不断堆积形成涂层，获得的涂层热应力小、致密性好、孔隙率低、结合强度高、厚度易于控制。低温气动喷涂技术具有成本低、效率高、环保、可实现复合涂层的沉积的特点，使其受到广泛关注。目前冷喷涂可以沉积Al、Zn、Ni、Ti、Co、Cu、Fe等常见单金属，以及NiCr、MCrAlY合金和Wc-12Co和Al₂O₃等陶瓷材料。

利用低温气动喷涂技术不但可以实现Al₂O₃在低温下的沉积，还可以适当控制其在复合涂层中的比例。采用此技术在镁合金表面制备Al/α-Al₂O₃复合涂层，可以同时提高镁合金结构件的耐蚀性和耐磨性能，目前国内鲜有相关的报道。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：针对镁合金表面处理上现有技术中的不足，提供一种镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层及其制备方法，这种复合涂层兼有抗腐蚀、耐磨损的性能，在保证复合涂层硬度、强度的同时，控制Al/α-Al₂O₃成分的比例，实现其抗腐蚀、耐磨性能的优化结合。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层，所述复合涂层为铝份与α-Al₂O₃的复合粉末，其中：铝份的体积分数为70～90%，α-Al₂O₃体积分数为30～10%。

所述的镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层的制备方法，包括工件表面的预处理工序、复合涂层的制备工序和复合涂层的后处理工序，其特征在于：

所述工件表面的预处理工序如下：采用46目的石英砂在0.4～0.6MPa的压力下对工件表面进行喷砂处理，然后用丙酮或者酒精清洗；

所述复合涂层的制备工序采用低温气动喷涂的方法制备，包括：①在工件表面预处理完成后一小时内进行；②复合粉末喷涂前应机械混合均匀：按比例量取粒度范围均在10～50μm的球状铝粉和不规则形状α-Al₂O₃粉，在球磨机中进行充分研磨混合，研磨时间为24～48h，混合后喷涂实施前粉末应在200～300℃下温度条件下保温4h，充分软化混合粉末；③工作气体为压缩空气，喷涂压力2.5～3MPa，温度100～500℃，喷涂距离为20～50mm，喷枪移动速度为80mm/s，送粉速率在2～8kg/h；

所述复合涂层的后处理工序包括涂层热处理和涂层致密化处理两部分，其过程分别是：①制备涂层后，应在200～400℃的Ar炉环境中保温4h；②采用0.15mm的陶瓷丸，在0.06～0.08MPa压力下对涂层进行喷丸致密化处理；

所制备的镁合金表面耐腐蚀耐磨损涂层，厚度在200～400μm。

本发明通过采用低温气动喷涂的方法制备涂层，通过热处理使涂层与基体材料之间形成扩散，与现有技术相比，本发明所制备的复合涂层结构致密、孔隙率低、硬度高，与基体材料结合强度高，涂层具有良好的抗蚀性，且耐磨性能大幅提高，是镁合金及其构件表面耐腐蚀、耐磨损的优良防护涂层。

本发明的积极有益效果如下：

1、喷涂温度低，喷涂过程无过多的热量传递到镁合金表面，基体不会发生氧化、变形；

2、涂层粒子之间应力低，且主要是压应力，有利于制备厚的涂层。

3、利用低温气动喷涂技术不但可以实现Al₂O₃在低温下的沉积，还可以适当控制其在复合涂层中的比例，可以同时提高镁合金结构件的耐蚀性和耐磨性能。

附图说明：

图1为本发明所制备的复合涂层的完整结构示意图；

图2为制备复合涂层成分的XRD分析结果。

具体实施方式：

为了更清楚的阐述本发明，下面结合实施例对本发明技术方案作进一步的说明，但本发明的内容不限于实施例中所涉及内容。

实施例1：

喷涂用的复合粉末分别为商用的平均粒度为37μm的铝粉和平均粒度为32μm的α-Al₂O₃粉末，用量杯量取一定的体积比例（铝粉：α-Al₂O₃粉=85:15），放入球磨机罐中进行机械混合2～3h，均匀后在200～300℃下保温4h；采用低温气动喷涂进行涂层制备。

基体采用ZM6镁合金，试样尺寸为50mm×100mm×10mm，喷涂面尺寸为50mm×100mm，低温气动喷涂粉末为上述自配置的复合粉末，喷涂前对基体进行喷砂和清洗处理，一小时内采用低温气动喷涂系统制备Al/α-Al₂O₃的复合涂层，送粉压力为2.6MPa，气体温度为400℃，喷涂距离为20mm，喷涂间隔距离为2mm，喷嘴相对于基板的移动速度为50mm/s，对涂层进行抛丸处理，得到厚度为350μm的均匀涂层。

用扫描电镜对涂层的表面、截面形貌、涂层与基体材料的结合进行观察；采用XRD分析涂层成分；采用金相观察法测量涂层孔隙率和α-Al₂O₃颗粒，结果表明：涂层致密，表面以及截面无明显的孔隙和微裂纹，涂层由Al和O两种元素成分构成，XRD分析以Al和Al₂O₃两种形式存在（详见图2）。涂层孔隙率为0.8%，α-Al₂O₃颗粒在涂层所占比例为9%，涂层与基体结合良好，结合面无明显的孔隙。

涂层硬度采用Duramin型显微硬度仪进行测试，随机取5个点进行测试取平均值，和未涂覆复合涂层的ZM6相比，硬度提高了40%。

采用电化学测试方法测试涂层开路电位，开路电位和ZM6相比正移800mV，ZM6腐蚀驱动力减小，腐蚀倾向大大降低。

与现有技术相比，该涂层具有涂层致密、孔隙率低、硬度高的特点。

实施例2：

本实施例和实施例1中复合涂层的制备方法完全相同，相同之处不重述、不同之处在于：喷涂用的复合粉末分别为商用的平均粒度为40μm的铝粉和平均粒度为30μm的α-Al₂O₃粉末，它们的体积比为铝粉：α-Al₂O₃粉=80:20。

实施例3：

本实施例和实施例1中复合涂层的制备方法完全相同，相同之处不重述、不同之处在于：喷涂用的复合粉末分别为商用的平均粒度为25μm的铝粉和平均粒度为35μm的α-Al₂O₃粉末，它们的体积比为铝粉：α-Al₂O₃粉=70:30。

实施例4：

本实施例和实施例1中复合涂层的制备方法完全相同，相同之处不重述、不同之处在于：喷涂用的复合粉末分别为商用的平均粒度为40μm的铝粉和平均粒度为40μm的α-Al₂O₃粉末，它们的体积比为铝粉：α-Al₂O₃粉=90:10。

实施例5：

本实施例和实施例1中复合涂层的制备方法完全相同，相同之处不重述、不同之处在于：喷涂用的复合粉末分别为商用的平均粒度为30μm的铝粉和平均粒度为20μm的α-Al₂O₃粉末，它们的体积比为铝粉：α-Al₂O₃粉=75:25。

当然，本发明还具有其他实施例，在不背离本发明精神及实质的情况下，熟悉本领域的技术人员还可以根据本发明技术方案做出相应的调整和改变，但这些相应的调整和改变都应属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层，其特征在于：所述复合涂层为铝份与α-Al₂O₃的复合粉末，其中：铝份的体积分数为70～90%，α-Al₂O₃体积分数为30～10%。

2.根据权利要求1所述的镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层的制备方法，包括工件表面的预处理工序、复合涂层的制备工序和复合涂层的后处理工序，其特征在于：

所述复合涂层的后处理工序包括涂层热处理和涂层致密化处理两部分，其过程分别是：①制备涂层后，应在200～400℃的Ar炉环境中保温4h；②采用0.15mm的陶瓷丸，在0.06～0.08MPa压力下对涂层进行喷丸致密化处理。

3.根据权利要求2所述的镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层的制备方法，其特征在于：所制备的镁合金表面抗腐蚀、耐磨损复合涂层的厚度在200～400μm。