CN105714233A - 一种镁合金的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属合金技术领域，具体涉及一种镁合金的表面处理方法，本方法是将镁合金打磨、丙酮清洗至表面洁净后；采用电弧喷涂法在基体上形成磷酸基涂层、铝基复合涂层，再浸泡于改性植物油中0.5?1h，采用磁控溅射镀膜法形成碳化硅层，最后刷涂防护层，采用本发明的表面改性方法所得的镁合金具有良好的耐腐蚀、耐高温性能，电磁屏蔽效果显著，并且其还具有较优的综合力学性能。

Description

一种镁合金的表面处理方法
技术领域
本发明涉及金属合金技术领域，具体涉及一种镁合金的表面处理方法。
背景技术
镁及镁合金具有比强度、比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强等特点，在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防等领域均具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。然而，镁的化学性质活泼，耐腐蚀性很差，这严重阻碍了镁合金产品的开发应用。
众所周知，镁合金构件的表面状态能直接影响其性能，比如使用时限、耐腐蚀和耐高温等性能，因此，必须对成型的镁合金进行表面改性处理，改善其表面性能，进而实现其更高的应用价值。
目前，常用的镁合金的表面改性技术主要有：化学转化膜处理、金属涂层处理及离子注入等方法，但由于镁属于活泼金属，因此，只使得化学转化膜处理的效果不佳；金属涂层处理主要是采用电镀、化学镀或热喷涂将Zn、Cr等金属涂层包裹在表面，若只使用其方法，那么消耗的能力和造成的污染均较大；离子注入及激光处理技术是近年来的热门课题，但其技术尚不太成熟，并且成本较大。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种镁合金的表面处理方法。
具体通过以下方案得以实现：
一种镁合金的表面改性方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：将镁合金打磨至表面光亮，并用丙酮清洗至镁合金表面洁净；
(2)电弧喷涂：采用电弧喷涂法在步骤(1)所得基体上形成磷酸基涂层、铝基复合涂层，所述电弧喷涂的电压为30-32V，电流100-110A，喷涂距离为150±5mm，雾化气体压力0.6-0.75MPa；
(3)浸泡：将步骤(2)所得基体浸泡于改性植物油中0.5-1h；
(4)磁控溅射镀膜：采用磁控溅射镀膜法在步骤(3)所得基体上形成碳化硅层，以碳化硅靶为靶材，设置碳化硅靶电源功率为25-30Kw，雾化气体流量为100-200sccm，镀膜温度为150-200℃，镀膜时间为10-15min，施加于基体上的偏压为-(150-200)V；
(5)刷涂：采用刷涂法在步骤(4)所得基体上形成防护层。
所述磷酸基涂层由以下组分按重量份配比组成：3-9份湿法磷酸、5-10份磷酸二氢钾、1-5份碱金属氧化物、5-20份硅酸盐。
所述碱金属氧化物为氧化钡、氧化锌、氧化镁、铁氧化合物中的任意一种或几种混合物。
所述铝基复合涂层由基层、耐热层、面层组成，所述基层含有原料重量占比为20-23％的氧化铝；所述耐热层由甲基三甲氧基硅烷、钛酸烷基酯、硅烷偶联剂、PE酯、硼酸锌、硬脂酸、粉煤灰组成，所述面层含有原料重量占比为12-18％的氧化铝。
所述基层由以下组分按重量百分比组成：20-23％氧化铝、3-4％氧化钡、11-13％氧化锌、15-16％铁氧化合物、氧化硼12-14％，余量为二氧化硅。
所述耐热层由以下组分按重量份配比组成：甲基三甲氧基硅烷3-9份、钛酸烷基酯1-5份、硅烷偶联剂25-28份，PE酯12-17份，硼酸锌1-5份、硬脂酸2-7份、粉煤灰10-25份。
所述面层由以下组分按重量百分比组成：12-18％氧化铝、7-8％氧化镁、15-16％铁氧化合物、氧化硼12-14％，余量为二氧化硅。
所述雾化气体为氩气。
所述改性植物油是在植物油中添加由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，并置于常温下搅拌均匀后，经微波反应10-20min，微波反应温度为30-40℃。
所述植物油与所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂的质量用量比为1∶(1.8-2.3)。
所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，其由以下重量百分比组成：7-9％白炭黑、12-15％三聚氰胺，余量为聚乙二醇。
所述防护层为环氧树脂。
本发明的有益效果
本发明采用电弧喷涂磷酸基涂层、铝基复合涂层，提高了镁合金的耐蚀性，也提高了本发明的镁合金的防爆能力，进一步通过浸泡于植物油中，结合采用磁控溅射镀膜法于镁合金基体上形成碳化硅层，提高了镁合金基体的电磁屏蔽效果，最后刷涂防护层，不仅可提高铝镁合金基体的耐腐蚀性，同时还可避免划伤。
通过合理的工艺设置，提高了镁合金的表面性能，尤其在耐腐蚀、耐高温性能；再通过合理的工艺参数配置，增强了镁合金的电磁屏蔽性能，同时使得铝镁合金表面光洁度高及降低处理成本。
采用本发明的表面改性方法处理所得的镁合金还具有强度高，韧性好，综合力学性能优的特性。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种镁合金的表面改性方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：将镁合金打磨至表面光亮，并用丙酮清洗至镁合金表面洁净；
(2)电弧喷涂：采用电弧喷涂法在步骤(1)所得基体上形成磷酸基涂层、铝基复合涂层，所述电弧喷涂的电压为30V，电流108A，喷涂距离为150mm，氩气压力0.63MPa；
(3)浸泡：将步骤(2)所得基体浸泡于改性植物油中0.8h；
(4)磁控溅射镀膜：采用磁控溅射镀膜法在步骤(3)所得基体上形成碳化硅层，以碳化硅靶为靶材，设置碳化硅靶电源功率为27Kw，氩气流量为150sccm，镀膜温度为190℃，镀膜时间为13min，施加于基体上的偏压为-160V；
(5)刷涂：采用刷涂法在步骤(4)所得基体上形成防护层。
所述磷酸基涂层由以下组分按重量配比组成：5kg湿法磷酸、10kg磷酸二氢钾、1kg碱金属氧化物、10kg硅酸钾。
所述碱金属氧化物为氧化钡。
所述铝基复合涂层由基层、耐热层、面层组成，所述基层含有原料重量占比为21％的氧化铝；所述耐热层由甲基三甲氧基硅烷、钛酸烷基酯、硅烷偶联剂、PE酯、硼酸锌、硬脂酸、粉煤灰组成，所述面层含有原料重量占比为17％的氧化铝。
所述基层由以下组分按重量百分比组成：21.7％氧化铝、3.8％氧化钡、11％氧化锌、15.9％铁氧化合物、氧化硼13％，余量为二氧化硅。
所述耐热层由以下组分按重量配比组成：甲基三甲氧基硅烷6kg、钛酸烷基酯5kg、硅烷偶联剂26.5kg，PE酯13kg，硼酸锌1kg、硬脂酸6kg、粉煤灰13kg。
所述面层由以下组分按重量百分比组成：14％氧化铝、7.5％氧化镁、15％铁氧化合物、氧化硼13.5％，余量为二氧化硅。
所述改性植物油是在植物油中添加由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，并置于常温下搅拌均匀后，经微波反应15min，微波反应温度为35℃。
所述植物油与所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂的质量用量比为1∶2。
所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，其由以下重量百分比组成：9％白炭黑、12％三聚氰胺，余量为聚乙二醇。
所述防护层为环氧树脂。
实施例2
一种镁合金的表面改性方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：将镁合金打磨至表面光亮，并用丙酮清洗至镁合金表面洁净：
(2)电弧喷涂：采用电弧喷涂法在步骤(1)所得基体上形成磷酸基涂层、铝基复合涂层，所述电弧喷涂的电压为32V，电流105A，喷涂距离为150mm，氩气压力0.75MPa；
(3)浸泡：将步骤(2)所得基体浸泡于改性植物油中0.5h；
(4)磁控溅射镀膜：采用磁控溅射镀膜法在步骤(3)所得基体上形成碳化硅层，以碳化硅靶为靶材，设置碳化硅靶电源功率为26Kw，氩气流量为120sccm，镀膜温度为175℃，镀膜时间为10min，施加于基体上的偏压为-180V；
(5)刷涂：采用刷涂法在步骤(4)所得基体上形成防护层。
所述磷酸基涂层由以下组分按重量配比组成：9kg湿法磷酸、8kg磷酸二氢钾、4kg碱金属氧化物、5kg硅酸钙。
所述碱金属氧化物为氧化钡、氧化锌、氧化镁。
所述铝基复合涂层由基层、耐热层、面层组成，所述基层含有原料重量占比为20％的氧化铝；所述耐热层由甲基三甲氧基硅烷、钛酸烷基酯、硅烷偶联剂、PE酯、硼酸锌、硬脂酸、粉煤灰组成，所述面层含有原料重量占比为18％的氧化铝。
所述基层由以下组分按重量百分比组成：20.1％氧化铝、3％氧化钡、12％氧化锌、15.1％铁氧化合物、氧化硼12.3％，余量为二氧化硅。
所述耐热层由以下组分按重量配比组成：甲基三甲氧基硅烷9kg、钛酸烷基酯4kg、硅烷偶联剂28kg，PE酯16kg，硼酸锌4kg、硬脂酸2kg、粉煤灰17kg。
所述面层由以下组分按重量百分比组成：12％氧化铝、8％氧化镁、15.5％铁氧化合物、氧化硼12％，余量为二氧化硅。
所述改性植物油是在植物油中添加由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，并置于常温下搅拌均匀后，经微波反应10min，微波反应温度为35℃。
所述植物油与所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂的质量用量比为1∶1.8。
所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，其由以下重量百分比组成：8％白炭黑、15％三聚氰胺，余量为聚乙二醇。
所述防护层为环氧树脂。
实施例3
一种镁合金的表面改性方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：将镁合金打磨至表面光亮，并用丙酮清洗至镁合金表面洁净；
(2)电弧喷涂：采用电弧喷涂法在步骤(1)所得基体上形成磷酸基涂层、铝基复合涂层，所述电弧喷涂的电压为31V，电流110A，喷涂距离为155mm，氩气压力0.6MPa；
(3)浸泡：将步骤(2)所得基体浸泡于改性植物油中1h；
(4)磁控溅射镀膜：采用磁控溅射镀膜法在步骤(3)所得基体上形成碳化硅层，以碳化硅靶为靶材，设置碳化硅靶电源功率为28Kw，氩气流量为200sccm，镀膜温度为150℃，镀膜时间为12min，施加于基体上的偏压为-150V；
(5)刷涂：采用刷涂法在步骤(4)所得基体上形成防护层。
所述磷酸基涂层由以下组分按重量配比组成：8kg湿法磷酸、7kg磷酸二氢钾、2kg碱金属氧化物、5kg硅酸钡。
所述碱金属氧化物为铁氧化合物。
所述铝基复合涂层由基层、耐热层、面层组成，所述基层含有原料重量占比为22％的氧化铝；所述耐热层由甲基三甲氧基硅烷、钛酸烷基酯、硅烷偶联剂、PE酯、硼酸锌、硬脂酸、粉煤灰组成，所述面层含有原料重量占比为13％的氧化铝。
所述基层由以下组分按重量百分比组成：23％氧化铝、3.4％氧化钡、11％氧化锌、15.6％铁氧化合物、氧化硼12％，余量为二氧化硅。
所述耐热层由以下组分按重量配比组成：甲基三甲氧基硅烷3kg、钛酸烷基酯3kg、硅烷偶联剂26kg，PE酯12kg，硼酸锌5kg、硬脂酸7kg、粉煤灰20kg。
所述面层由以下组分按重量百分比组成：18％氧化铝、7％氧化镁、16％铁氧化合物、氧化硼14％，余量为二氧化硅。
所述改性植物油是在植物油中添加由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，并置于常温下搅拌均匀后，经微波反应20min，微波反应温度为30℃。
所述植物油与所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂的质量用量比为1∶2.1。
所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，其由以下重量百分比组成：9％白炭黑、13％三聚氰胺，余量为聚乙二醇。
所述防护层为环氧树脂。
实施例4
一种镁合金的表面改性方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：将镁合金打磨至表面光亮，并用丙酮清洗至镁合金表面洁净；
(2)电弧喷涂：采用电弧喷涂法在步骤(1)所得基体上形成磷酸基涂层、铝基复合涂层，所述电弧喷涂的电压为30V，电流102A，喷涂距离为150mm，氩气压力0.68MPa；
(3)浸泡：将步骤(2)所得基体浸泡于改性植物油中1h；
(4)磁控溅射镀膜：采用磁控溅射镀膜法在步骤(3)所得基体上形成碳化硅层，以碳化硅靶为靶材，设置碳化硅靶电源功率为30Kw，氩气流量为100sccm，镀膜温度为200℃，镀膜时间为15min，施加于基体上的偏压为-170V；
(5)刷涂：采用刷涂法在步骤(4)所得基体上形成防护层。
所述磷酸基涂层由以下组分按重量配比组成：3kg湿法磷酸、5kg磷酸二氢钾、3kg碱金属氧化物、13kg硅酸钠。
所述碱金属氧化物为氧化钡、氧化镁。
所述铝基复合涂层由基层、耐热层、面层组成，所述基层含有原料重量占比为20％的氧化铝；所述耐热层由甲基三甲氧基硅烷、钛酸烷基酯、硅烷偶联剂、PE酯、硼酸锌、硬脂酸、粉煤灰组成，所述面层含有原料重量占比为12％的氧化铝。
所述基层由以下组分按重量百分比组成：22.6％氧化铝、3.1％氧化钡、13％氧化锌、16％铁氧化合物、氧化硼14％，余量为二氧化硅。
所述耐热层由以下组分按重量配比组成：甲基三甲氧基硅烷5kg、钛酸烷基酯1kg、硅烷偶联剂25kg，PE酯17kg，硼酸锌3kg、硬脂酸3kg、粉煤灰25kg。
所述面层由以下组分按重量百分比组成：17％氧化铝、8％氧化镁、15.8％铁氧化合物、氧化硼12.3％，余量为二氧化硅。
所述改性植物油是在植物油中添加由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，并置于常温下搅拌均匀后，经微波反应10min，微波反应温度为40℃。
所述植物油与所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂的质量用量比为1∶2.3。
所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，其由以下重量百分比组成：7％白炭黑、15％三聚氰胺，余量为聚乙二醇。
所述防护层为环氧树脂。
实施例5
一种镁合金的表面改性方法，包括以下步骤：
(1)基材预处理：将镁合金打磨至表面光亮，并用丙酮清洗至镁合金表面洁净；
(2)电弧喷涂：采用电弧喷涂法在步骤(1)所得基体上形成磷酸基涂层、铝基复合涂层，所述电弧喷涂的电压为32V，电流100A，喷涂距离为145mm，氩气压力0.7MPa；
(3)浸泡：将步骤(2)所得基体浸泡于改性植物油中0.5h；
(4)磁控溅射镀膜：采用磁控溅射镀膜法在步骤(3)所得基体上形成碳化硅层，以碳化硅靶为靶材，设置碳化硅靶电源功率为25Kw，氩气流量为180sccm，镀膜温度为160℃，镀膜时间为14min，施加于基体上的偏压为-200V；
(5)刷涂：采用刷涂法在步骤(4)所得基体上形成防护层。
所述磷酸基涂层由以下组分按重量配比组成：6kg湿法磷酸、6kg磷酸二氢钾、4kg碱金属氧化物、10kg硅酸钙。
所述碱金属氧化物为氧化锌、铁氧化合物。
所述铝基复合涂层由基层、耐热层、面层组成，所述基层含有原料重量占比为23％的氧化铝；所述耐热层由甲基三甲氧基硅烷、钛酸烷基酯、硅烷偶联剂、PE酯、硼酸锌、硬脂酸、粉煤灰组成，所述面层含有原料重量占比为16％的氧化铝。
所述基层由以下组分按重量百分比组成：22％氧化铝、4％氧化钡、13％氧化锌、15％铁氧化合物、氧化硼13.8％，余量为二氧化硅。
所述耐热层由以下组分按重量配比组成：甲基三甲氧基硅烷7kg、钛酸烷基酯2kg、硅烷偶联剂27kg，PE酯14kg，硼酸锌2kg、硬脂酸5kg、粉煤灰15kg。
所述面层由以下组分按重量百分比组成：15％氧化铝、7％氧化镁、15.2％铁氧化合物、氧化硼13％，余量为二氧化硅。
所述改性植物油是在植物油中添加由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，并置于常温下搅拌均匀后，经微波反应15min，微波反应温度为30℃。
所述植物油与所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂的质量用量比为1∶1.8。
所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，其由以下重量百分比组成：8％白炭黑、13％三聚氰胺，余量为聚乙二醇。
所述防护层为环氧树脂。
试验例1
分别取实施例1-实施例5表面改性的镁合金为试样，按照表1所示的加热温度和加热时间进行高温腐蚀处理，加热结束后取出试片，迅速冷却至常温，然后测量各试验样品失重量，其实验结果如表1所示：
表1：
试验例2
取实施例1-实施例5表面改性的镁合金在不同测试频率下的电磁屏蔽性能，其结果如表2所示：
表2：

Claims (10)

1.一种镁合金的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基材预处理：将镁合金打磨至表面光亮，并用丙酮清洗至镁合金表面洁净；
(2)电弧喷涂：采用电弧喷涂法在步骤(1)所得基体上形成磷酸基涂层、铝基复合涂层，所述电弧喷涂的电压为30-32V，电流100-110A，喷涂距离为150±5mm，雾化气体压力0.6-0.75MPa；
(3)浸泡：将步骤(2)所得基体浸泡于改性植物油中0.5-1h；
(4)磁控溅射镀膜：采用磁控溅射镀膜法在步骤(3)所得基体上形成碳化硅层，以碳化硅靶为靶材，设置碳化硅靶电源功率为25-30Kw，雾化气体流量为100-200sccm，镀膜温度为150-200℃，镀膜时间为10-15min，施加于基体上的偏压为-(150-200)V；
(5)刷涂：采用刷涂法在步骤(4)所得基体上形成防护层。
2.如权利要求1所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述磷酸基涂层由以下组分按重量份配比组成：3-9份湿法磷酸、5-10份磷酸二氢钾、1-5份碱金属氧化物、5-20份硅酸盐。
3.如权利要求1所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述碱金属氧化物为氧化钡、氧化锌、氧化镁、铁氧化合物中的任意一种或几种混合物。
4.如权利要求1所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述铝基复合涂层由基层、耐热层、面层组成，所述基层含有原料重量占比为20-23％的氧化铝；所述耐热层由甲基三甲氧基硅烷、钛酸烷基酯、硅烷偶联剂、PE酯、硼酸锌、硬脂酸、粉煤灰组成，所述面层含有原料重量占比为12-18％的氧化铝。
5.如权利要求4所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述基层由以下组分按重量百分比组成：20-23％氧化铝、3-4％氧化钡、11-13％氧化锌、15-16％铁氧化合物、氧化硼12-14％，余量为二氧化硅。
6.如权利要求4所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述耐热层由以下组分按重量份配比组成：甲基三甲氧基硅烷3-9份、钛酸烷基酯1-5份、硅烷偶联剂25-28份，PE酯12-17份，硼酸锌1-5份、硬脂酸2-7份、粉煤灰10-25份。
7.如权利要求4所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述面层由以下组分按重量百分比组成：12-18％氧化铝、7-8％氧化镁、15-16％铁氧化合物、氧化硼12-14％，余量为二氧化硅。
8.如权利要求1所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述雾化气体为氩气。
9.如权利要求1所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述改性植物油是在植物油中添加由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂，并置于常温下搅拌均匀后，经微波反应10-20min，微波反应温度为30-40℃。
10.如权利要求1所述的镁合金的表面改性方法，其特征在于，所述植物油与所述由白炭黑、聚乙二醇、三聚氰胺组成的试剂的质量用量比为1∶(1.8-2.3)。
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