CN105908118B - 一种在镁合金表面制备Al‑Mg3Sb2复合涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在镁合金表面制备Al‑Mg3Sb2复合涂层的方法，将Mg粉和Sb粉混合后，在球磨机中进行球磨，使Mg、Sb产生化学反应形成Mg3Sb2金属间化合物，在喷砂处理后的镁合金工件表面热喷涂Mg3Sb2粉末和Al粉造粒的粉末，得到Al‑Mg3Sb2复合涂层；将Al‑Mg3Sb2复合涂层加热后，在压力机上进行热压，即成。本发明Mg粉和Sb粉在球磨过程中发生固相反应，生成Mg3Sb2金属间化合物，Mg3Sb2熔点高、热稳定性好，能有效地阻碍位错运动，显著地强化基体和晶界，提高工件的高温力学性能和抗蠕变性能；热喷涂后Al‑Mg3Sb2复合涂层在热压过程中，由于塑性变形被压实，涂层中的孔隙和层状组织消失，涂层的致密度显著提高，高温力学性能和抗蠕变性能得到充分发挥。

Description

一种在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法
技术领域
本发明涉及一种在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，属于材料工程技术领域。
背景技术
镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强度，阻尼性、切削加工性好等优点，由于成本的原因，以前只在航空航天和通信领域作为结构件使用。近年来，为解决降低能耗和环保问题，汽车行业把目光投向使其轻量化的镁合金。镁合金能减轻车重和降低燃油消耗，比强度高、比刚度接近于铝合金和钢，良好的铸造性能和尺寸的稳定性、易加工、废品率低，抗冲击、阻尼性能好、在降低噪声、减轻振动、安全和舒适方面优于铝和铁。但由于镁合金高温强度低、抗蠕变性能差，限制了镁合金的应用范围。例如，对于使用温度较高的活塞、发动机引擎盖等汽车及摩托车零部件，都要求镁合金具有良好的高温力学性能和抗蠕变性能。
目前，常采用添加增强相的方式提高镁合金的抗高温蠕变性能，这种方式通过预先改变了合金的组成来提高镁合金的抗高温蠕变性能，但是不能对已经存在的镁合金结构件进行改善。所以，急需找到一种新的提高镁合金的抗高温蠕变性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，以克服镁合金在应用中存在的高温强度低、抗蠕变性能差的缺陷，采用本发明的方法能够在镁合金表面获得热稳定性好的涂层。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，包括以下步骤：
（1）将质量比为23：77的Mg粉和Sb粉混合均匀，得到Mg-Sb混合粉末；将Mg-Sb混合粉末置于球磨机中进行球磨，使Mg、Sb产生化学反应形成金属间化合物Mg3Sb2；
（2）将步骤（1）得到的Mg3Sb2粉末和Al粉造粒；
（3）对镁合金工件表面进行喷砂处理；
（4）在经步骤（3）处理的镁合金工件表面热喷涂经步骤（2）造粒得到的粉末，得到Al-Mg3Sb2复合涂层；
（5）将经步骤（4）的镁合金工件表面Al-Mg3Sb2复合涂层在250-300℃下加热；
（6）在10-15MPa条件下进行热压，即成。
所述步骤（1）中，Mg-Sb混合粉末在球磨机中的球料质量比为15：1，球磨时间10-15小时；Mg-Sb混合粉末球磨后的粒度为15-25um。
所述步骤（2）中，Al粉的粒度为20-30um，Mg3Sb2粉末和Al粉的质量比为(0.2-0.8)：1。
所述步骤（2）中的造粒方式为：将Mg3Sb2粉末和Al粉混合均匀，加入相当于Mg3Sb2粉末和Al粉总质量80-100%的聚乙烯醇水溶液，搅拌均匀，干燥，采用机械破碎方法破碎，即成。
所述聚乙烯醇水溶液的质量百分数为7%。
所述步骤（2）中，造粒后的粒度为100-150 um。
所述步骤（3）中，喷砂的气体压力为0.6-0.8MPa。
所述步骤（4）中，所述的热喷涂方式为火焰喷涂、等离子喷涂或超音速火焰喷涂，Al-Mg3Sb2复合涂层的厚度为0.15-0.25mm。
所述步骤（5）中，镁合金工件表面Al-Mg3Sb2复合涂层采用氧-乙炔火焰进行加热。
本发明的技术原理具体如下：
Mg粉和Sb粉在球磨过程中，粉末的表面能、晶格畸变能、位错能以及晶界能增加，扩散通道缩短，发生固相反应，生成Mg3Sb2金属间化合物；Mg3Sb2金属间化合物的熔点为(1245±5)℃，温度在930℃以下为α-Mg3Sb2相；将Mg3Sb2金属间化合物与熔点较低的Al粉末混合均匀后热喷涂在镁合金工件表面，然后热喷涂后Al-Mg3Sb2复合涂层加热到250-300℃，在压力机10-15MPa的压力作用下，0.15-0.25mm涂层由于塑性变形被压实，涂层中的孔隙和层状组织消失，涂层的致密度显著提高，高温力学性能和抗蠕变性能得到充分发挥。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明采用球磨的方式制备金属间化合物Mg3Sb2，方法简单易行，适于大规模生产。
（2）镁合金工件表面Al-Mg3Sb2复合涂层中的Mg3Sb2相熔点高、热稳定性好，能有效地阻碍位错运动，显著地强化基体和晶界，提高工件的高温力学性能和抗蠕变性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1 在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法
包括以下步骤：
（1）将Mg粉和Sb粉混合均匀，得到Mg-Sb混合粉末，其中，Mg粉和Sb粉的质量百分比为23%：77%；将Mg-Sb混合粉末置于球磨机中进行球磨，球磨机中球料质量比为15：1，球磨时间10小时，得到Mg3Sb2粉末，Mg3Sb2粉末的粒度为15-25um；
（2）将步骤（1）得到的Mg3Sb2粉末和粒度为20-30um的Al粉混合，Mg3Sb2粉末和Al粉的质量比为0.2：1；
（3）在步骤（2）的Mg3Sb2粉末和Al粉的混合粉末中加入质量百分数为7%的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液和混合粉末的质量比为0.8:1；
（4）经步骤（3）的粉末干燥后，采用机械破碎方法破碎，得到粒度为100-150 um的造粒粉末；
（5）对镁合金工件表面进行喷砂处理，喷砂的气体压力为：0.6MPa；
（6）采用火焰喷涂方法，在镁合金工件表面上喷涂步骤（4）得到的造粒粉末，得到Al-Mg3Sb2复合涂层，喷涂涂层的厚度为0.15mm；
（7）采用火焰氧-乙炔火焰对步骤（6）得到的镁合金工件表面Al-Mg3Sb2复合涂层进行加热，加热温度为250℃；
（8）经步骤（7）加热后的镁合金工件表面Al-Mg3Sb2复合涂层在压力机上热压，压力机的压力为10MPa。
实施例2 在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法
与实施例1不同的是：
（1）步骤（1）中Mg粉和Sb粉混合后的球磨时间为12小时；
（2）步骤（2）中Mg3Sb2粉末和Al粉的质量比为0.5：1；
（3）步骤（3）中聚乙烯醇水溶液和混合粉末的质量比为0.9:1；
（4）步骤（5）中镁合金表面喷砂的气体压力为0.7MPa；
（5）步骤（6）中采用等离子喷涂方法，涂层的厚度为0.2mm；
（6）步骤（7）中Al-Mg3Sb2复合涂层的加热温度为280℃；
（7）步骤（8）中Al-Mg3Sb2复合涂层热压时压力机的压力为12MPa。
实施例3 在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法
与实施例1不同的是：
（1）步骤（1）中Mg粉和Sb粉混合后的球磨时间为15小时；
（2）步骤（2）中Mg3Sb2粉末和Al粉的质量比为0.8：1；
（3）步骤（3）中聚乙烯醇水溶液和混合粉末的质量比为1：1；
（4）步骤（5）中镁合金表面喷砂的气体压力为0.8MPa；
（5）步骤（6）中采用超音速火焰喷涂方法，涂层的厚度为0.25mm；
（6）步骤（7）中Al-Mg3Sb2复合涂层的加热温度为300℃；
（7）步骤（8）中Al-Mg3Sb2复合涂层热压时压力机的压力为15MPa。

Claims (9)

1.一种在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将质量比为23：77的Mg粉和Sb粉混合均匀，得到Mg-Sb混合粉末；将Mg-Sb混合粉末置于球磨机中进行球磨，使Mg、Sb产生化学反应形成金属间化合物Mg3Sb2；
(2)将步骤(1)得到的Mg3Sb2粉末和Al粉造粒；
(3)对镁合金工件表面进行喷砂处理；
(4)在经步骤(3)处理的镁合金工件表面热喷涂经步骤(2)造粒得到的粉末，得到Al-Mg3Sb2复合涂层；
(5)将经步骤(4)的镁合金工件表面Al-Mg3Sb2复合涂层在250-300℃下加热；
(6)在10-15MPa条件下进行热压，即成。
2.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，Mg-Sb混合粉末在球磨机中的球料质量比为15：1，球磨时间10-15小时；Mg-Sb混合粉末球磨后的粒度为15-25μm。
3.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，Al粉的粒度为20-30μm，Mg3Sb2粉末和Al粉的质量比为(0.2-0.8)：1。
4.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的造粒方式为：将Mg3Sb2粉末和Al粉混合均匀，加入相当于Mg3Sb2粉末和Al粉总质量80-100％的聚乙烯醇水溶液，搅拌均匀，干燥，采用机械破碎方法破碎，即成。
5.根据权利要求4所述的在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于：所述聚乙烯醇水溶液的质量百分数为7％。
6.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，造粒后的粒度为100-150μm。
7.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，喷砂的气体压力为0.6-0.8MPa。
8.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述的热喷涂方式为火焰喷涂或等离子喷涂，Al-Mg3Sb2复合涂层的厚度为0.15-0.25mm。
9.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备Al-Mg3Sb2复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，镁合金工件表面Al-Mg3Sb2复合涂层采用氧-乙炔火焰进行加热。
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