CN105945259A

CN105945259A - 一种镁合金表面耐热涂层的成型方法

Info

Publication number: CN105945259A
Application number: CN201610483713.7A
Authority: CN
Inventors: 龙威; 范春; 夏露
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: CN105945259B

Abstract

本发明涉及一种镁合金表面耐热涂层的成型方法，属于成型技术领域。本发明方法在金属液凝固阶段进行二次加压，一方面增加了金属液渗透进入Al‑Mg2Si混合粉末层的深度，强化了镁合金基体与表面Al‑Mg2Si复合涂层结合强度，脱模时能更有效的将Al‑Mg2Si复合涂层与型腔剥离；另一方面，镁合金凝固时，Al‑Mg2Si复合涂层温度升高，在高压高温作用下，对Al‑Mg2Si复合涂层有压实作用，增强涂层的致密度。

Description

一种镁合金表面耐热涂层的成型方法

技术领域

本发明属于成型技术领域，特别涉及一种镁合金表面耐热涂层的成型方法。

背景技术

镁合金具有比强度、比刚度高，减振性好等一系列优点，在航空、航天、汽车、电子和家电等行业具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。但是镁合金化学性质活泼易腐蚀，硬度低不耐磨，熔点低耐热性能差，严重制约了镁合金的应用。

镁合金表面处理能有效改进各种表面性能，提高其耐腐蚀、耐磨、耐热性能。采用适当的表面处理技术，是提高镁合金表面性能的有效途径。表面处理技术是材料表面经过预处理后，通过在材料表面涂覆、改性或多种表面技术复合处理，改变固体材料的表面形态、化学成分、组织结构和应力状态等，以获得所需表面性能的处理过程。近几十年来，表面处理技术的发展使镁合金的防护问题取得了很大的进展，已成为一门专业技术。除了传统的改变合金元素成分、优化热处理工艺等对合金组织形态进行优化，和化学氧化、阳极氧化等处理手段来提高镁合金的表面性能外，新的工艺方法如表面涂覆涂层、激光表面合金化等也不断出现和发展。对镁合金进行表面处理的方法有：化学转化、自组装单分子膜、阳极氧化、电镀与化学镀、液相沉积与溶胶凝胶涂层、气相沉积、热喷涂、激光熔覆合金涂层等。

热喷涂技术是指利用火焰、电弧、等离子弧等热源，将某些粉末状（或丝状）材料迅速加热至熔融或半熔融状态，再经过高速气流或焰流使之细化，并以一定的速度喷射沉积到经预处理的工件表面上，形成一种具有各种特殊性能的涂层。火焰喷涂是一种常用的热喷涂方法，它是借助氧-乙炔燃烧火焰为热源，把熔材以一定的速度连续通过喷嘴中心送入火焰，端部在高温火焰中受热熔化后，高速气流将熔化的熔材雾化成细微的颗粒，并在火焰和高速气流的推动下，沉积在经过表面预处理的基体上。

镁合金化学性质活泼易腐蚀，熔点低耐热性能差，使用热喷涂制备表面涂层的话，镁合金在高温作用下，表面会发生熔蚀和氧化，破坏了镁合金基体表面，另外制备的涂层与基体结合强度较低，造成组织疏松、多孔、内应力较大，另外由于熔材的熔断、喷射不均匀致使涂层的性能不均匀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种镁合金表面耐热涂层的成型方法。该方法制备的镁合金表面Al-Mg₂Si复合涂层，集合了Al的摩擦系数低，化学稳定性好，Mg₂Si材料的高熔点、低密度、低热导率、在高温时有较好的韧性等优点，可以在镁合金表面形成结合强度高、致密度好的隔热耐热层，有效防止或降低镁合金在热环境下使用时的变形和性能下降。

本发明的一种镁合金表面耐热涂层的成型方法，包括如下步骤：

1）对镁合金成型铸型型腔使用质量浓度4%-5%的硝酸酒精溶液进行清理，清理完成后在铸型型腔内均匀涂刷聚硅氧烷水性溶液，烘干；

2）将粒度范围为5-30μm的Al粉末和Mg₂Si粉末混合均匀后进行造粒处理，获得粒度为150-250μm的 Al-Mg₂Si混合粉末；

3）将造粒处理后的Al-Mg₂Si混合粉末热喷涂到烘干处理后的铸型型腔内；

4）镁合金液浇注前将铸型型腔表面在80-150℃温度下预热；将熔融的镁合金金属液通过压力铸造方法充填铸型型腔，在50-80MPa压力下保压凝固10-20s；

5）开启压力铸造机上的增压器，增压至200-500MPa，保压60-180s，冷却、脱模，即得镁合金表面耐热涂层。

所述的成型方法，步骤1）中铸型型腔内均匀涂刷的聚硅氧烷水性溶液质量浓度为2%-6%；

所述的成型方法，步骤2）中使用浓度为3%-5%的聚乙烯醇对混合均匀后的Al粉末和Mg₂Si粉末进行造粒处理；

所述的成型方法，步骤2）中，Al粉纯度99wt%以上，加入量为混合粉末总质量的20%-80%；Mg₂Si纯度98.5wt%以上，加入量为混合粉末总质量的20%-80%；

所述的成型方法，步骤3）中，造粒处理后的Al-Mg₂Si混合粉末热喷涂到经烘干处理后的铸型型腔内的厚度为0.1-0.3mm。

本发明中的镁合金表面Al-Mg2Si复合涂层成型方法，金属液在高温液态下与Al-Mg2Si混合粉末层相接触，利用压力铸造机的增压器在金属液凝固阶段进行二次加压，一方面增加了金属液渗透进入Al-Mg₂Si混合粉末层的深度，强化了镁合金基体与表面Al-Mg2Si复合涂层结合强度，脱模时能更有效的将Al-Mg2Si复合涂层与型腔剥离；另一方面，镁合金凝固时，Al-Mg2Si复合涂层温度升高，在高压高温作用下，对Al-Mg2Si复合涂层有压实作用，增强涂层的致密度。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

按照Al-Mg2Si复合涂层材料配比，称量20份的粒度为5-30μm纯度99%以上成品纯铝粉末，80份的粒度为5-30μm、纯度98.5%以上成品Mg₂Si粉末，混合均匀后，加入3%的聚乙烯醇进行造粒处理，获得粒度为150-250μm的 Al-Mg₂Si混合粉末；对镁合金成型铸型型腔使用质量浓度5%的硝酸酒精溶液进行清理，清理完成后在铸型型腔内均匀涂刷2%聚硅氧烷水性溶液，烘干；将造粒好的Al-Mg2Si混合粉末采用热喷涂方法喷涂至烘干后的铸型型腔中，喷涂厚度为0.1mm，80℃温度下预热铸型型腔；将熔融的镁合金金属液通过压力铸造方法快速充填铸型型腔，在50MPa压力下保压凝固10s后，开启压力铸造机上的增压器，增压至200MPa，保压60s， Al-Mg2Si复合涂层材料在压力下充分结合，冷却、脱模，即得涂层厚度为0.1mm的镁合金表面Al-Mg₂Si复合涂层。经检测，结合界面金相组织显示，涂层与基体的接触良好，无缝隙；涂层金相组织显示，涂层致密度非常高，没有空隙；涂层表面硬度为200HB。

实施例2：

按照Al-Mg2Si复合涂层材料配比，称量20份的粒度为5-30μm纯度99%以上成品纯铝粉末，80份的粒度为5-30μm、纯度98.5%以上成品Mg₂Si粉末，混合均匀后，加入5%的聚乙烯醇进行造粒处理，获得粒度为150-250μm的 Al-Mg₂Si混合粉末；对镁合金成型铸型型腔使用质量浓度4%的硝酸酒精溶液进行清理，清理完成后在铸型型腔内均匀涂刷6%聚硅氧烷水性溶液，烘干；将造粒好的Al-Mg2Si混合粉末采用热喷涂方法喷涂至烘干后的铸型型腔中，喷涂厚度为0.3mm，150℃温度下预热铸型型腔；将熔融的镁合金金属液通过压力铸造方法快速充填铸型型腔，在80MPa压力下保压凝固20s后，开启压力铸造机上的增压器，增压至500MPa，保压180s， Al-Mg2Si复合涂层材料在压力下充分结合，冷却、脱模，即得涂层厚度为0.3mm的镁合金表面Al-Mg₂Si复合涂层。经检测，结合界面金相组织显示，涂层与基体的接触良好，无缝隙；涂层金相组织显示，涂层致密度非常高，没有空隙；涂层表面硬度为250HB。

实施例3：

按照Al-Mg2Si复合涂层材料配比，称量20份的粒度为5-30μm纯度99%以上成品纯铝粉末，80份的粒度为5-30μm、纯度98.5%以上成品Mg₂Si粉末，混合均匀后，加入5%的聚乙烯醇进行造粒处理，获得粒度为150-250μm的 Al-Mg₂Si混合粉末；对镁合金成型铸型型腔使用质量浓度5%的硝酸酒精溶液进行清理，清理完成后在铸型型腔内均匀涂刷4%聚硅氧烷水性溶液，烘干；将造粒好的Al-Mg2Si混合粉末采用热喷涂方法喷涂至烘干后的铸型型腔中，喷涂厚度为0.2mm，120℃温度下预热型型腔；将熔融的镁合金金属液通过压力铸造方法快速充填铸型型腔，在70MPa压力下保压凝固15s后，开启压力铸造机上的增压器，增压至300MPa，保压120s， Al-Mg2Si复合涂层材料在压力下充分结合，冷却、脱模，即得涂层厚度为0.2mm的镁合金表面Al-Mg₂Si复合涂层。经检测，结合界面金相组织显示，涂层与基体的接触良好，无缝隙；涂层金相组织显示，涂层致密度非常高，没有空隙；涂层表面硬度为220HB。

实施例4：

按照Al-Mg2Si复合涂层材料配比，称量80份的粒度为5-30μm纯度99%以上成品纯铝粉末，20份的粒度为5-30μm、纯度98.5%以上成品Mg₂Si粉末，混合均匀后，加入3%的聚乙烯醇进行造粒处理，获得粒度为150-250μm的 Al-Mg₂Si混合粉末；对镁合金成型铸型型腔使用质量浓度4%的硝酸酒精溶液进行清理，清理完成后在铸型型腔内均匀涂刷2%聚硅氧烷水性溶液，烘干；将造粒好的Al-Mg2Si混合粉末采用热喷涂方法喷涂至烘干后的铸型型腔中，喷涂厚度为0.1mm，80℃温度下预热型型腔；将熔融的镁合金金属液通过压力铸造方法快速充填铸型型腔，在50MPa压力下保压凝固10s后，开启压力铸造机上的增压器，增压至200MPa，保压30s， Al-Mg2Si复合涂层材料在压力下充分结合，冷却、脱模，即得涂层厚度为0.1mm的镁合金表面Al-Mg₂Si复合涂层。经检测，结合界面金相组织显示，涂层与基体的接触良好，无缝隙；涂层金相组织显示，涂层致密度非常高，没有空隙；涂层表面硬度为170HB。

实施例5：

按照Al-Mg2Si复合涂层材料配比，称量80份的粒度为5-30μm纯度99%以上成品纯铝粉末，20份的粒度为5-30μm、纯度98.5%以上成品Mg₂Si粉末，混合均匀后，加入5%的聚乙烯醇进行造粒处理，获得粒度为150-250μm的 Al-Mg₂Si混合粉末；对镁合金成型铸型型腔使用质量浓度5%的硝酸酒精溶液进行清理，清理完成后在铸型型腔内均匀涂刷6%聚硅氧烷水性溶液，烘干；将造粒好的Al-Mg2Si混合粉末采用热喷涂方法喷涂至烘干后的铸型型腔中，喷涂厚度为0.3mm，150℃温度下预热型型腔；将熔融的镁合金金属液通过压力铸造方法快速充填铸型型腔，在80MPa压力下保压凝固20s后，开启压力铸造机上的增压器，增压至500MPa，保压180s， Al-Mg2Si复合涂层材料在压力下充分结合，冷却、脱模，即得涂层厚度为0.3mm的镁合金表面Al-Mg₂Si复合涂层。经检测，结合界面金相组织显示，涂层与基体的接触良好，无缝隙；涂层金相组织组织显示，涂层致密度非常高，没有空隙；涂层表面硬度为240HB。

实施例6：

按照Al-Mg2Si复合涂层材料配比，称量60份的粒度为5-30μm纯度99%以上成品纯铝粉末，40份的粒度为5-30μm、纯度98.5%以上成品Mg₂Si粉末，混合均匀后，加入5%的聚乙烯醇进行造粒处理，获得粒度为150-250μm的 Al-Mg₂Si混合粉末；对镁合金成型铸型型腔使用质量浓度5%的硝酸酒精溶液进行清理，清理完成后在铸型型腔内均匀涂刷4%聚硅氧烷水性溶液，烘干；将造粒好的Al-Mg2Si混合粉末采用热喷涂方法喷涂至烘干后的铸型型腔中，喷涂厚度为0.2mm，120℃温度下预热型型腔；将熔融的镁合金金属液通过压力铸造方法快速充填铸型型腔，在70MPa压力下保压凝固15s后，开启压力铸造机上的增压器，增压至300MPa，保压120s， Al-Mg2Si复合涂层材料在压力下充分结合，冷却、脱模，即得涂层厚度为0.2mm的镁合金表面Al-Mg₂Si复合涂层。经检测，结合界面金相组织显示，涂层与基体的接触良好，无缝隙；涂层金相组织显示，涂层致密度非常高，没有空隙；涂层表面硬度为230HB。

Claims

1.一种镁合金表面耐热涂层的成型方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，步骤1）中铸型型腔内均匀涂刷的聚硅氧烷水性溶液质量浓度为2%-6%。

3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述的成型方法，步骤2）中使用浓度为3%-5%的聚乙烯醇对混合均匀后的Al粉末和Mg₂Si粉末进行造粒处理。

4.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述的成型方法，步骤2）中，Al粉加入量为混合粉末总质量的20%-80%；Mg₂Si加入量为混合粉末总质量的20%-80%。

5.根据权利要求4所述的成型方法，其特征在于，所述的成型方法，步骤2）中，Al粉纯度99wt%以上， Mg₂Si纯度98.5wt%以上。

6.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述的成型方法，步骤3）中，造粒处理后的Al-Mg₂Si混合粉末热喷涂到经烘干处理后的铸型型腔内的厚度为0.1-0.3mm。