CN105220105A - 一种镁合金表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金表面处理方法，采用传统的镁合金热喷涂方法后，对镁合金进行激光重熔，以解决镁合金热喷涂后不够致密的缺点，包括：镁合金的表面预处理—镁合金热喷涂—激光重熔。镁合金表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。镁合金热喷采用Al₂O₃+TiO₂陶瓷，氧—乙炔还原火焰，氧气压力0.4—0.5MPa，喷涂距离100—160mm，涂层厚度70—130μm。激光器功率为1KW—3KW,光斑直径为2mm—7mm，激光扫描速度为5mm/s—30mm/s。该发明是镁合金再经过火焰喷涂后，又经过激光重熔处理，使镁合金表面组织致密，明显提高镁合金的硬度、耐磨性、抗腐蚀性和抗震性。

Description

一种镁合金表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面处理方法。

背景技术

纵观镁研究的发展历史，镁及镁合金研制和应用的发展并不顺利，且一度处于停顿、甚至倒退状态。在第二次世界大战前，世界镁年产量只有几万吨，第二次世界大战期间产量猛增到25万吨，大战后年产量迅速下降到1万吨水平。20世纪50年代，朝鲜战争爆发，镁年产量又上升到11万吨，但战后又迅速下降。在20世纪60年代前，世界上80％～90％的镁是用于军事工业和航空业，从60年代后才扩大到民用工业，镁的产量才稳步上升，特别是80年代以来，出于对环境和能源问题的考虑，各工业发达国家相继制定了各自的镁研究计划，并投入了巨额资金开展研究。我国是镁资源大国、生产大国和出口大国，到2000年时镁的年产量就达到20万吨，但在该领域的发展极不平衡，为了改变这一状况，我国也制定了相应的研究计划。目前，镁及镁合金的需求量以每年20％以上的速率增长，这是近代金属工程材料中前所未有的。因此，镁合金被誉为21世纪金属。

由于镁合金具有比强度、比刚度高，导热性、切削加工性好，电磁屏蔽能力强等特点，使得镁合金在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域具有重要的应用价值和应用前景。

航空航天领域

镁合金由于具有密度小的巨大优势，因此随着其耐热耐蚀性能的提高，将来完全可以用来替代耐热铝合金、钛合金零件。特别是密度最小的Mg-Li系合金，具有很高的强度、韧性和可塑性，是航空及重要运输工具很有发展前途的材料。目前，在我国的航空航天工业上，除少数型号外，几乎所有在制和新研究的飞机、发动机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件。如某型号的飞机选用了300～400项镁合金构件，镁合金零件最大尺寸达2米多，最大质量达300Kg。

汽车、摩托车工业

近年来随着资源的不断枯竭以及环保和安全所需，镁合金在汽车、摩托车、自行车上的开发应用受到了全世界的关注。目前，汽车仪表、座位架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。虽然在此领域镁合金的应用虽然没有像航空、航天领域中应用那么成熟，但在过去的10年中，镁合金压铸件在汽车上的使用量仍上升了15％。随着国家“十五”科技攻关项目“镁合金应用开发与产业化”的深入实施，中国汽车工业在此项目中受益良多，效果明显，不少企业取得了相当的进展。如重庆长安集团公司完成了JL462Q发动机变速器上、下壳体用镁合金替代铝合金的产品试制，已形成年产1500t汽车变速器压铸的生产能力。2003年底，变速器上下壳体、箱体延伸体和缸罩等7个零件已批量装车，并通过了小批量装车试验，目前正在进行批量生产前的最后中批量装车考核中；此外，该公司还打算用镁合金取代更多的零部件，如方向盘、座椅内架等，逐步使每辆车用量达到20Kg。一汽集团试制成功了气门室罩盖、变速箱盖、发动机油喷等镁合金压铸件，其中气门室罩盖已通过装车试验。东风汽车公司以镁合金变速箱上盖的产业化应用为重点突破对象，完成了10万次规范的台架试验，并顺利通过考核；同时对已装车的真空助力器中间隔板、左右脚踏板的应用情况调查表明其应用效果良好。

电子工业

电子工业是当今发展最为迅速的行业，也是新兴的镁合金应用领域。镁合金作为最轻的工程金属材料，具有优良的阻尼性、电磁屏蔽性、减振性、切削加工性和抛光与表面处理性能，而高温、热传导率高、易于回收等一系列优良性能，能够满足家用电器、通讯电子器件高度集成化和轻、薄、小型化的要求。当采用镁合金制造手机、笔记本电脑和一些家用电器外壳时，能显着增强产品的散热能力和抗震能力，并能有效的减轻对人体以及周围环境的电磁辐射伤害。世界主要家电、通讯产品制造商均已陆续推出美观、实用、环保型的镁合金产品。

由于镁及镁合金耐冲击，如果能够开发出与铝合金耐蚀性能相当的镁合金，则其在兵器等各种军用领域将有着广阔的应用前景。如照明弹用镁粉、穿甲弹用高比强度镁合金弹托材料，以及可用变形镁合金制造的战术航空导弹舱段、副翼蒙皮、壁板和雷达、卫星上用的镁合金井字梁、相机架和外壳等零件。

武器轻量化是现代兵器的发展趋势，利用镁合金取代现有武器上的一些零部件正成为各国研究的热点。有关单位已分别通过锻造或铸造成型方式开发出了变形镁合金冲锋枪机匣、枪尾、提把、前扶手、枪托体、大托弹板、瞄具座、小弹匣座以及军用铸造合金发动机进出水管和发动机滤座等军品武器用零部件，其中部分对耐蚀耐磨有较高要求的军用镁合金零部件还被通过协和涂层的方法进行了相应的表面处理。

目前，这些研制生产出的军用镁合金零部件已进入实际演示验证和考核阶段，预计不久将得到初步应用。此外，在办公、家用及体育用品方面，近年来镁的应用也发展较快，例如进入21世纪后日本、美国及法国等发达国家正在研究利用镁合金做人体植入材料，以满足由于人口老龄化和创伤而产生骨疾病治疗的需求，这也已成为镁合金应用一个不容忽视的领域。

镁合金除在以上这些领域得到一定程度应用外，其新的应用范围还有待进一步探索。如目前正处于发展中的镁基储氢材料、镁充电电池等，可以预见，随着对镁及其合金材料研究的深入，镁及其合金材料的应用领域和范围还会得到更大的延伸。

中国是世界上镁资源最丰富的国家，菱镁矿探明储量约占世界的1/4，具有发展镁产业的先天性基础条件。此外，中国不但是一个摩托车生产、消费和出口大国，也是一个汽车生产和消费大国，镁及镁合金产品的市场应用前景广阔。但目前中国镁及镁合金产业的发展与国外相比还存在较大的差距，如出口的主要是原镁，深加工产品极少，镁的应用面窄、应用量也不大，资源优势没有很好地转化为技术优势和经济优势。为了改变这一状况，我国也制定了相应的研究计划。因此，大力发展镁及镁合金产业对于中国的可持续发展将具有非常重要的经济意义和战略意义。

镁合金研究遇到的问题

近年，镁合金应用逐年提高，但一些尚待解决的问题使得镁合金的应用成本仍然很高。因为镁的化学性质十分活泼，极易与氧气、氮气、水、CO2、SO2等发生反应而生成致密度系数较低的一层非金属膜，这层膜不能对金属基体起到有效的保护作用。另外，镁的标准电极电位为-2.34eV，是常用金属结构材料中最低的，当与其它金属接触时，易发生电偶腐蚀而加速溶解。还有，镁合金的燃点低，在熔炼过程中极易燃烧，因此必须采取保护措施，工业生产中主要采用盐类熔剂或气体保护，前者易造成铸件夹杂，影响产品质量，释放的HCl等气体污染环境；或者多采用SF6气体，对人体无害，但由于SF6是使地球气候变暖的温室气体，其温室作用是CO2的23900倍。而且镁合的硬度较低，这就导致其耐磨性差。这些都成为限制镁合金应用的关键问题。

普通镁合金最大缺点是在熔化和成型过程中易氧化燃烧，这使得镁合金的熔炼一直非常棘手，在有熔剂或气体保护下熔炼，虽然能阻止镁合金的燃烧，但仍存在很多问题，未从本质上解决其易氧化燃烧的问题，以至于造成生产中的环境污染、装备复杂和合金性能降低。于是人们通过合金化的方法来达到阻燃的目的，以消除前两种方法带来的不利影响，并称之为合金化阻燃法，其机理是在镁合金熔炼过程中添加特定的合金元素来影响合金氧化的热力学反应与动力学过程，形成具有保护作用的致密氧化膜，达到阻止合金剧烈氧化的目的，并且使镁合金在后续加工过程中的氧化燃烧的倾向大大降低，从而提高镁合金的加工安全性。通常是向镁合金中加入碱金属、稀土等合金阻燃元素，从而提高镁合金的燃点，使熔炼和浇铸时不产生燃烧，提高了镁合金的加工安全性。从镁合金的综合性能看，添加单一阻燃元素并不能达到阻燃性、性能和价格的最佳结合，而复合添加两种或三种以上的阻燃元素，充分发挥阻燃元素的复合效果，提高阻燃性，减少元素的加入量，降低生产成本，提高力学性能，满足生产和实际应用要求，扩大镁合金的应用程度和范围，达到阻燃性、性能和价格的最佳配比，将是合金化阻燃镁合金的未来发展趋势之一。

针对镁合金易腐蚀，不耐磨的缺点，除了开发高纯镁和新型镁合金外，进行适当的表面处理也是一种有效的办法。目前，应用的镁合金表面处理主要有阳极氧化、微弧氧化、镀镍、含氟协和涂层、热喷铝扩散处理、激光处理、离子注入气相沉淀等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种镁合金表面处理方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种镁合金表面处理方法，采用传统的镁合金热喷涂方法后，对镁合金进行激光重熔，以解决镁合金热喷涂后不够致密的缺点，包括：镁合金的表面预处理——镁合金热喷涂——激光重熔。镁合金表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。镁合金热喷采用Al₂O₃+TiO₂陶瓷，氧——乙炔还原火焰，氧气压力0.4——0.5MPa，喷涂距离100——160mm，涂层厚度70——130μm。激光器功率为1KW——3KW,光斑直径为2mm——7mm，激光扫描速度为5mm/s——30mm/s。

具体实施方式

实施例1

一种镁合金表面处理方法，采用传统的镁合金热喷涂方法后，对镁合金进行激光重熔，以解决镁合金热喷涂后不够致密的缺点，包括：镁合金的表面预处理——镁合金热喷涂——激光重熔。镁合金表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。镁合金热喷采用Al₂O₃+TiO₂陶瓷，氧——乙炔还原火焰，氧气压力0.4——0.5MPa，喷涂距离150mm，涂层厚度90μm。激光器功率为1KW，光斑直径为2mm，激光扫描速度为15mm/s，涂层的硬度达到830HV_0.2，耐磨性明显提高。

实施例2

一种镁合金表面处理方法，采用传统的镁合金热喷涂方法后，对镁合金进行激光重熔，以解决镁合金热喷涂后不够致密的缺点，包括：镁合金的表面预处理——镁合金热喷涂——激光重熔。镁合金表面预处理包括表面净化处理和表面浸锌处理。镁合金热喷采用Al——Si粉末，氧——乙炔还原火焰，氧气压力0.4——0.5MPa，喷涂距离100mm，涂层厚度90μm。激光器功率为2KW，光斑直径为5mm，激光扫描速度为30mm/s，涂层的硬度达到270HV，涂层厚度1.2mm，耐磨性明显提高。

Claims (4)

1.一种镁合金表面处理方法，其特征在于采用传统的镁合金热喷涂方法后，对镁合金进行激光重熔，以解决镁合金热喷涂后不够致密的缺点，包括：镁合金的表面预处理——镁合金热喷涂——激光重熔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的镁合金表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的镁合金热喷采用Al₂O₃+TiO₂陶瓷，氧——乙炔还原火焰，氧气压力0.4——0.5MPa，喷涂距离100——160mm，涂层厚度70——130μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光器能量为1KW——3KW,光斑直径为2mm——7mm，激光扫描速度为5mm/s——30mm/s。