CN106119845A - 一种耐摩擦抗腐蚀镁合金的制备方法 - Google Patents

一种耐摩擦抗腐蚀镁合金的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐摩擦抗腐蚀镁合金的制备方法，属于合金制备技术领域。本发明主要是采用Nd、Er、Ni和Al等物质为镁合金其他组分，将其分别熔融在液体镁中，熔融后冷却制备得到镁合金，对镁合金表面处理后，置于电解液中进行微弧氧化处理，最后将二氧化钛凝胶涂覆于微弧氧化后的镁合金表面进行高温煅烧，即可得到耐摩擦抗腐蚀镁合金。本发明制备的耐摩擦抗腐蚀镁合金采用了微弧氧化技术，使其显微硬度为2450～2650HV，提高了耐摩擦性能；同时以TiO2凝胶涂覆基体表面煅烧后作为保护层，有效的保护了基体，提高了镁合金的耐腐蚀性能；制备工艺稳定可靠，设备简单，生产效率高，所需成本低。

Description

一种耐摩擦抗腐蚀镁合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐摩擦抗腐蚀镁合金的制备方法，属于合金制备技术领域。
背景技术
镁及其合金的特点是轻，其密度只有1.74g/cm3，由镁合金制成的产品，质量大幅度下降，它将成为21世纪重要的轻质结构材料；镁合金具有高的比强度和比刚度，尺寸稳定性高，阻尼减震性能好，在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比招合金件大一半；镁合金溶点比绍合金溶点低，压铸成型性能好，镁合金铸件抗拉强度与招合金铸件相当，一般可达250MPa，最高可达600多MPa，屈服强度和延伸率与锅合金也相差不大；镁合金机械加工方便，具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm，适应制造汽车各类压铸件，易于回收利用，具有环保特性；电磁屏蔽性佳，镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db的电磁干扰被广泛用于能够提供优越的抗电磁保护作用的电子产品，如信息电子产品的外壳；散热性好，镁合金的导热率高，仅次于锅合金，工程塑料ABS和聚碳酸醋的散热能力更是无法与镁合金相比，镁的这些优点使其被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”，并将成为21世纪重要的商用轻质结构材料，已经广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。
镁合金储量丰富、性能优异，但是作为一种金属材料，直接投入生产应用还存在着许多的问题，限制镁合金大量使用的两个原因是耐蚀性和耐磨性差。纯镁的标准电位较负，只有-2.37eV，没有自保护功能，在潮湿的环境下很容易发生腐烛，这使得镁合金对应用环境的要求非常高，另外，镁基合金比较软，硬度很低，耐磨性很差，这些缺陷严重限制了镁合金的应用，只有在经过适当的表面处理技术后才能够投入使用。
镁及其合金较差的耐蚀性能和耐磨性能，严重限制了它的广泛应用，近年来为了克服这些缺点，扩展镁及其合金的应用范围，已经有大批的研究学者对镁合金进行了表面改性研究，许多表面处理方式已经被使用。例如：阳极氧化、电键、化学镀、物理气相沉积和化学气相沉积等。这些方法制备的镁合金表面的膜比较薄，不利于其应用。而还有像表面离子注入、激光表面处理、有机涂层等方法进行表面处理，有机涂层则与基体的结合力比较差，膜层容易剥落，耐磨性也不好；激光处理与离子注入有相似的优点，而且效率很高，但同样设备较贵，处理工艺复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对镁合金的耐腐蚀性和耐磨性能差，而采用表面处理技术，会使得涂层与基体的结合力较差，膜层易脱落，且处理工艺复杂，成本高的问题，本发明主要是采用Nd、Er、Ni和Al等物质为镁合金其他组分，将其分别熔融在液体镁中，熔融后冷却制备得到镁合金，对镁合金表面处理后，置于电解液中进行微弧氧化处理，最后将二氧化钛凝胶涂覆于微弧氧化后的镁合金表面进行高温煅烧，即可得到耐摩擦抗腐蚀镁合金。本发明制备的耐摩擦抗腐蚀镁合金耐磨性能好，抗腐蚀性能高，可广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按质量百分比计，分别选取2.5～3.0％Nd、3.5～5.0%Er，0.5～0.8％Ni、15～20％Al、1.5～2.0%Zn，8～12%Mn，其余的为纯镁，先将纯镁放入石墨粘土坩埚后，再把坩埚放入电阻炉中并在高纯氩气的气氛下进行熔炼，熔炼成液态镁，向液态镁中先加入Nd、Er组分，用电阻炉升温至700～750℃，保温处理15～25min，处理后再加入Ni、Al、Zn、Mn组分，提高电阻炉温度至800～850℃，保温处理20～30min，保温后浇铸到铸铁模具中，冷却后得镁合金；
（2）选取上述镁合金，分别用500目、800目和1200目的砂纸打磨，打磨后放入抛光机中抛光5～10min，将抛光后的镁合金置于丙酮溶液中放入超声清洗仪中在500～800W下超声处理15～25min后取出，并用去离子水清洗表面2～3次，将清洗后的镁合金放入真空干燥箱中在60～70℃下干燥3～5h；
（3）将上述干燥后的镁合金放入质量分数5%盐酸中浸泡1～2h，浸泡后取出用去离子水清洗2～3遍，并用吹风机吹干，将吹干的镁合金放入电解液中，在工作功率为500～550Hz、电流为1.5～1.8A和占空比为30～35%，进行微弧氧化处理8～15min，处理后得微弧氧化后的镁合金，所述的电解液为高氯酸钠和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液体；
（4）选取TiO2溶胶，静置陈化12～15h后得二氧化钛凝胶，将二氧化钛凝胶均匀涂覆在上述微弧氧化后的镁合金表面，涂覆厚度为1～2mm，涂覆后放入鼓风干燥箱中在70～90℃下干燥8～10h，干燥后再放入马弗炉中在550～650℃下煅烧20～30min，煅烧后即可得到耐摩擦抗腐蚀镁合金。
本发明制备的耐摩擦抗腐蚀镁合金屈服应力达到300MPa以上，抗拉强达到380MPa以上，绝缘电阻大于250MΩ，显微硬度为2450～2650HV，磨擦系数为0.55。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的耐摩擦抗腐蚀镁合金采用了微弧氧化技术，使其显微硬度为2450～2650HV，提高了其耐摩擦性能；
（2）本发明以TiO2凝胶涂覆基体表面煅烧后作为保护层，有效的保护了基体，提高了镁合金的耐腐蚀性能；
（3）本发明制备工艺稳定可靠，设备简单，生产效率高，所需成本低。
具体实施方式
首先按质量百分比计，分别选取2.5～3.0％Nd、3.5～5.0%Er，0.5～0.8％Ni、15～20％Al、1.5～2.0%Zn，8～12%Mn，其余的为纯镁，先将纯镁放入石墨粘土坩埚后，再把坩埚放入电阻炉中并在高纯氩气的气氛下进行熔炼，熔炼成液态镁，向液态镁中先加入Nd、Er组分，用电阻炉升温至700～750℃，保温处理15～25min，处理后再加入Ni、Al、Zn、Mn组分，提高电阻炉温度至800～850℃，保温处理20～30min，保温后浇铸到铸铁模具中，冷却后得镁合金；再选取上述镁合金，分别用500目、800目和1200目的砂纸打磨，打磨后放入抛光机中抛光5～10min，将抛光后的镁合金置于丙酮溶液中放入超声清洗仪中在500～800W下超声处理15～25min后取出，并用去离子水清洗表面2～3次，将清洗后的镁合金放入真空干燥箱中在60～70℃下干燥3～5h；接着将上述干燥后的镁合金放入质量分数5%盐酸中浸泡1～2h，浸泡后取出用去离子水清洗2～3遍，并用吹风机吹干，将吹干的镁合金放入电解液中，在工作功率为500～550Hz、电流为1.5～1.8A和占空比为30～35%，进行微弧氧化处理8～15min，处理后得微弧氧化后的镁合金，所述的电解液为高氯酸钠和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液体；最后选取TiO2溶胶，静置陈化12～15h后得二氧化钛凝胶，将二氧化钛凝胶均匀涂覆在上述微弧氧化后的镁合金表面，涂覆厚度为1～2mm，涂覆后放入鼓风干燥箱中在70～90℃下干燥8～10h，干燥后再放入马弗炉中在550～650℃下煅烧20～30min，煅烧后即可得到耐摩擦抗腐蚀镁合金。
实例1
首先按质量百分比计，分别选取3.0％Nd、5.0%Er，0.8％Ni、20％Al、2.0%Zn，12%Mn，其余的为纯镁，先将纯镁放入石墨粘土坩埚后，再把坩埚放入电阻炉中并在高纯氩气的气氛下进行熔炼，熔炼成液态镁，向液态镁中先加入Nd、Er组分，用电阻炉升温至750℃，保温处理25min，处理后再加入Ni、Al、Zn、Mn组分，提高电阻炉温度至850℃，保温处理30min，保温后浇铸到铸铁模具中，冷却后得镁合金；再选取上述镁合金，分别用500目、800目和1200目的砂纸打磨，打磨后放入抛光机中抛光10min，将抛光后的镁合金置于丙酮溶液中放入超声清洗仪中在800W下超声处理25min后取出，并用去离子水清洗表面3次，将清洗后的镁合金放入真空干燥箱中在70℃下干燥5h；接着将上述干燥后的镁合金放入质量分数5%盐酸中浸泡2h，浸泡后取出用去离子水清洗3遍，并用吹风机吹干，将吹干的镁合金放入电解液中，在工作功率为550Hz、电流为1.8A和占空比为35%，进行微弧氧化处理15min，处理后得微弧氧化后的镁合金，所述的电解液为高氯酸钠和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液体；最后选取TiO2溶胶，静置陈化15h后得二氧化钛凝胶，将二氧化钛凝胶均匀涂覆在上述微弧氧化后的镁合金表面，涂覆厚度为1mm，涂覆后放入鼓风干燥箱中在90℃下干燥10h，干燥后再放入马弗炉中在650℃下煅烧30min，煅烧后即可得到耐摩擦抗腐蚀镁合金。经检测，本发明制备的耐摩擦抗腐蚀镁合金屈服应力达到315MPa，抗拉强达到385MPa，绝缘电阻为255MΩ，显微硬度为2650HV，磨擦系数为0.55。
实例2
首先按质量百分比计，分别选取2.5％Nd、3.5%Er，0.5％Ni、15％Al、1.5%Zn，8%Mn，其余的为纯镁，先将纯镁放入石墨粘土坩埚后，再把坩埚放入电阻炉中并在高纯氩气的气氛下进行熔炼，熔炼成液态镁，向液态镁中先加入Nd、Er组分，用电阻炉升温至700℃，保温处理15min，处理后再加入Ni、Al、Zn、Mn组分，提高电阻炉温度至800℃，保温处理20min，保温后浇铸到铸铁模具中，冷却后得镁合金；再选取上述镁合金，分别用500目、800目和1200目的砂纸打磨，打磨后放入抛光机中抛光5min，将抛光后的镁合金置于丙酮溶液中放入超声清洗仪中在500W下超声处理15min后取出，并用去离子水清洗表面2次，将清洗后的镁合金放入真空干燥箱中在60℃下干燥3h；接着将上述干燥后的镁合金放入质量分数5%盐酸中浸泡1h，浸泡后取出用去离子水清洗2遍，并用吹风机吹干，将吹干的镁合金放入电解液中，在工作功率为500Hz、电流为1.5A和占空比为30%，进行微弧氧化处理8min，处理后得微弧氧化后的镁合金，所述的电解液为高氯酸钠和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液体；最后选取TiO2溶胶，静置陈化12h后得二氧化钛凝胶，将二氧化钛凝胶均匀涂覆在上述微弧氧化后的镁合金表面，涂覆厚度为2mm，涂覆后放入鼓风干燥箱中在70℃下干燥8h，干燥后再放入马弗炉中在550℃下煅烧20min，煅烧后即可得到耐摩擦抗腐蚀镁合金。经检测，本发明制备的耐摩擦抗腐蚀镁合金屈服应力达到305MPa，抗拉强达到382MPa，绝缘电阻为252MΩ，显微硬度为2450HV，磨擦系数为0.55。
实例3
首先按质量百分比计，分别选取2.7％Nd、4.2%Er，0.7％Ni、17％Al、1.7%Zn，10%Mn，其余的为纯镁，先将纯镁放入石墨粘土坩埚后，再把坩埚放入电阻炉中并在高纯氩气的气氛下进行熔炼，熔炼成液态镁，向液态镁中先加入Nd、Er组分，用电阻炉升温至720℃，保温处理20min，处理后再加入Ni、Al、Zn、Mn组分，提高电阻炉温度至820℃，保温处理25min，保温后浇铸到铸铁模具中，冷却后得镁合金；再选取上述镁合金，分别用500目、800目和1200目的砂纸打磨，打磨后放入抛光机中抛光7min，将抛光后的镁合金置于丙酮溶液中放入超声清洗仪中在600W下超声处理20min后取出，并用去离子水清洗表面3次，将清洗后的镁合金放入真空干燥箱中在65℃下干燥4h；接着将上述干燥后的镁合金放入质量分数5%盐酸中浸泡1h，浸泡后取出用去离子水清洗2遍，并用吹风机吹干，将吹干的镁合金放入电解液中，在工作功率为520Hz、电流为1.6A和占空比为32%，进行微弧氧化处理10min，处理后得微弧氧化后的镁合金，所述的电解液为高氯酸钠和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液体；最后选取TiO2溶胶，静置陈化13h后得二氧化钛凝胶，将二氧化钛凝胶均匀涂覆在上述微弧氧化后的镁合金表面，涂覆厚度为1.5mm，涂覆后放入鼓风干燥箱中在80℃下干燥9h，干燥后再放入马弗炉中在600℃下煅烧25min，煅烧后即可得到耐摩擦抗腐蚀镁合金。经检测，本发明制备的耐摩擦抗腐蚀镁合金屈服应力达到310MPa，抗拉强达到383MPa，绝缘电阻为254MΩ，显微硬度为2505HV，磨擦系数为0.55。

Claims (1)

1.一种耐摩擦抗腐蚀镁合金的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量百分比计，分别选取2.5～3.0％Nd、3.5～5.0%Er，0.5～0.8％Ni、15～20％Al、1.5～2.0%Zn，8～12%Mn，其余的为纯镁，先将纯镁放入石墨粘土坩埚后，再把坩埚放入电阻炉中并在高纯氩气的气氛下进行熔炼，熔炼成液态镁，向液态镁中先加入Nd、Er组分，用电阻炉升温至700～750℃，保温处理15～25min，处理后再加入Ni、Al、Zn、Mn组分，提高电阻炉温度至800～850℃，保温处理20～30min，保温后浇铸到铸铁模具中，冷却后得镁合金；
（2）选取上述镁合金，分别用500目、800目和1200目的砂纸打磨，打磨后放入抛光机中抛光5～10min，将抛光后的镁合金置于丙酮溶液中放入超声清洗仪中在500～800W下超声处理15～25min后取出，并用去离子水清洗表面2～3次，将清洗后的镁合金放入真空干燥箱中在60～70℃下干燥3～5h；
（3）将上述干燥后的镁合金放入质量分数5%盐酸中浸泡1～2h，浸泡后取出用去离子水清洗2～3遍，并用吹风机吹干，将吹干的镁合金放入电解液中，在工作功率为500～550Hz、电流为1.5～1.8A和占空比为30～35%，进行微弧氧化处理8～15min，处理后得微弧氧化后的镁合金，所述的电解液为高氯酸钠和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液体；
（4）选取TiO2溶胶，静置陈化12～15h后得二氧化钛凝胶，将二氧化钛凝胶均匀涂覆在上述微弧氧化后的镁合金表面，涂覆厚度为1～2mm，涂覆后放入鼓风干燥箱中在70～90℃下干燥8～10h，干燥后再放入马弗炉中在550～650℃下煅烧20～30min，煅烧后即可得到耐摩擦抗腐蚀镁合金。
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