CN113174553B - 一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于镁合金表面处理与防护技术领域，具体涉及一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法，包括以下步骤：(1)对镁合金基材进行打磨抛光，然后超声清洗干净后吹干；(2)将经过步骤(1)处理后的镁合金置于电子束真空腔室内，设置电子束的参数以及重熔的搭接率，进行电子束重熔处理；然后对电子束重熔后的镁合金表面进行打磨抛光，接着超声清洗干净后吹干；(3)在不锈钢槽中配置电解液，以不锈钢槽作为阴极，电子束重熔后的镁合金作为阳极，进行微弧氧化处理，处理结束后用清洗干净，吹干。本发明有效提升了镁合金的耐蚀性，工艺方法环保无污染，操作简便。

Description

一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法
技术领域
本发明属于镁合金表面处理与防护技术领域，具体涉及一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法。
背景技术
近年来，由于镁合金具有高的比强度、比刚度，电磁屏蔽型好，减振性好等性能，在汽车、电子和航空航天行业得到广泛的应用。但是，镁的化学稳定性低，电极电位很低(-2.43V)，耐蚀性较差。镁及其合金在大多数介质中都不稳定，且不耐蚀。
微弧氧化(MAO)技术是通过在电解液中发生微等离子体击穿，产生火花放电，在镁合金表面原位生长出与基体结合良好的陶瓷涂层，从而提高镁合金的耐蚀性能。但是，微弧氧化产生的涂层中存在孔洞和微裂纹，这些缺陷将促进腐蚀液渗透到合金基体中，加速基体的腐蚀。因此，如何有效地减少涂层表面的孔隙率，对于进一步提高镁合金的耐蚀性能具有重要的意义。
高能束表面改性可以改变镁合金的微观结构，达到细晶强化的效果，进而提高镁合金耐蚀性能。同时，电子束表面改性相较于激光表面改性具有一定的优势：电子束是在真空腔室中进行处理，无需充保护气；激光表面强化需要对表面进行黑化处理，以提高对激光的吸收能力，电子束表面强化则无需此操作。电子束处理会简化操作过程，节约成本。
同时，电子束重熔改性层对后续的微弧氧化涂层会产生有益的效果，两种表面改性方法相结合的方式相较于其中一种，其耐蚀性能会得到很大的提高。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法，包括以下步骤：
(1)对镁合金基材进行打磨抛光，然后超声清洗干净后吹干；
(2)将经过步骤(1)处理后的镁合金置于电子束真空腔室内，设置电子束的参数以及重熔的搭接率，进行电子束重熔处理；然后对电子束重熔后的镁合金表面进行打磨抛光，接着超声清洗干净后吹干；
(3)在不锈钢槽中配置电解液，以不锈钢槽作为阴极，电子束重熔后的镁合金作为阳极，进行微弧氧化处理，处理结束后用清洗干净，吹干。
作为优选方案，所述步骤(1)中，打磨抛光依次采用600～1500#的水砂纸。
作为优选方案，所述步骤(2)中，打磨抛光采用600-1000#的水砂纸。
作为优选方案，所述步骤(2)中，电子束的参数为：加速电压60KV，焊接束流0.5mA，焊接速度200mm/min；重熔的搭接率为50％。
作为优选方案，所述电解液的配置包括：将硅酸钠8-10g/L、氢氧化钾1-2g/L、氟化钠0.5-1g/L依次加入水中，搅拌均匀。
作为优选方案，所述微弧氧化处理的参数包括：采用恒压模式，正向电压500V，负向电压40V，占空比20％，电源频率100Hz，处理时间20min。
作为优选方案，所述微弧氧化处理的过程中，保持电解液的温度在40-50℃。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法，电子束重熔作为高能束表面强化的一种，是利用高能电子束使基材表面瞬间熔化，随后快速冷却；电子束重熔处理与激光重熔处理相比具有一定的优势：电子束是在真空腔室中进行处理，无需充保护气；激光表面强化需要对表面进行黑化处理，以提高对激光的吸收能力；故电子束重熔简化操作过程，节约成本。同时电子束重熔处理会产生细晶强化的效果，重熔处理产生了带有重新分布的金属间化合物的均质改性层，从而提高了镁合金的耐蚀性能。重熔之后的镁合金腐蚀电位为-1.521V，高于镁合金基材的-1.672V，同时电流密度较镁合金基材的1.671x10-5降低到1.144x10-5；耐蚀性得到了一定的提升。电子束重熔之后的改性层晶粒得到了细化，是耐蚀性得到提高的原因。经过电子束重熔处理后的微弧氧化腐蚀腐蚀电流密度8.250x10-7较镁合金基材降低了2个数量级，耐蚀性能得到很大地提升。另外，电子束重熔-微弧氧化膜层与基材的界面处变得平整，截面的孔洞和微裂纹减少，并且表面的孔隙率从4.3％降低到2.7％，有效的改变了涂层的性能；工艺方法环保无污染，操作简单方便，属于绿色制造技术。
附图说明
图1中的a、b、c是未经电子束重熔处理的不同放大倍数的微弧氧化涂层表面微观形貌图，d、e、f是经过电子束重熔处理后的不同放大倍数的微弧氧化表面微光形貌图，放大倍数依次为200x、500x、1000x；
图2中的a、b是未经电子束重熔处理的不同放大倍数的微弧氧化涂层截面微观形貌图，c、d是经过电子束重熔处理后的不同放大倍数的微弧氧化截面微观形貌图，放大倍数依次为500x、1000x。
图3是镁合金基材、电子束重熔、微弧氧化、电子束重熔-微弧氧化的极化曲线图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
本发明实施例的电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法，按以下步骤进行：
步骤1：将AZ31B镁合金用线切割为尺寸30mm*30mm*1mm大小，对镁合金基材表面依次用600-1500#的水砂纸进行打磨抛光，随后进行抛光处理，然后放到超声波清洗仪中，用酒精清洗干净后吹干；
步骤2：将经过步骤1处理好的镁合金放到THDW-4电子束真空腔室内,将真空腔室抽至真空；设置好电子束的参数：加速电压60KV，焊接束流0.5mA，焊接速度200mm/min以及重熔的搭接率50％；将重熔完的试样表面用600-1000#水砂纸进行打磨抛光，使试样表面趋于平整，处理后用超声波清洗仪清洗吹干；
步骤3：在不锈钢槽中配置好电解液，即将硅酸钠8g/L，氢氧化钾1g/L，氟化钠0.5g/L依次加入到蒸馏水中，搅拌均匀；
以不锈钢槽作为阴极，电子束重熔后的镁合金(以未经电子束处理的镁合金作为对照)作为阳极，采用FL7-MAO30G微弧氧化电源设备进行微弧氧化处理，采用恒压模式，正向电压500V，负向电压40V，占空比20％，电源频率100HZ，处理时间20min；打开微弧氧化设备的冷却水循环，保持溶液的温度在40-50℃之间；处理结束后用蒸馏水冲洗干净，吹干。
所制备的复合涂层的结果：在3.5％NaCl溶液中进行动电位扫描测试，得到四种试样的极化曲线，重熔之后的镁合金腐蚀电位为-1.521V，高于基材的-1.672V，同时电流密度较基材的1.671×10-5降低到1.144×10-5；耐蚀性得到了一定的提升。电子束重熔之后的改性层晶粒得到了细化，是耐蚀性得到提高的原因。经过电子束重熔处理后的微弧氧化腐蚀腐蚀电流密度8.250×10-7较基材降低了2个数量级，耐蚀性能得到很大的提升；并且电子束重熔-微弧氧化复合涂层较微弧氧化涂层的腐蚀电流密度6.965×10-6也有较大的提高，从而表明耐蚀性得到提高。
如图1a-c所示，在AZ31B镁合金表面制备的微弧氧化涂层具有多孔，并且孔洞周围伴随有微裂纹，如图1d-f所示，经过电子束重熔处理后的微弧氧化涂层表面的孔隙率显著降低，由Image J图像处理软件分析微弧氧化表面得到孔隙率由4.3％降低到2.7％，同时涂层较为致密和平整。如图2所示，经过电子束重熔处理后的微弧氧化涂层与基材界面处较为平整，说明电子束重熔处理会导致基材组织的变化，使得基材的粗糙度得到改变，基材的粗糙度会影响致密层的形成，并进一步改变随后微弧氧化击穿和放电，降低基材的原始表面粗糙度有利于形成均匀且致密的内层，从而提高微弧氧化涂层的质量并同时降低涂层厚度。如图3所示，为镁合金基材(母材)、电子束重熔(重熔)、微弧氧化(MAO)、电子束重熔-微弧氧化(重熔-MAO)极化曲线图，可知电子束重熔-微弧氧化复合涂层可以很好地提高AZ31B镁合金的耐蚀性能。
另外，电解液的配置，将硅酸钠8-10g/L、氢氧化钾1-2g/L、氟化钠0.5-1g/L依次加入水中，搅拌均匀；各组分在相应的范围内可自由选取，效果一致，在此不赘述。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对镁合金基材进行打磨抛光，然后超声清洗干净后吹干；
(2)将经过步骤(1)处理后的镁合金置于电子束真空腔室内，设置电子束的参数以及重熔的搭接率，进行电子束重熔处理；然后对电子束重熔后的镁合金表面进行打磨抛光，接着超声清洗干净后吹干；
(3)在不锈钢槽中配置电解液，以不锈钢槽作为阴极，电子束重熔后的镁合金作为阳极，进行微弧氧化处理，处理结束后用清洗干净，吹干；
所述步骤(2)中，电子束的参数为：加速电压60KV，焊接束流0.5mA，焊接速度200mm/min；重熔的搭接率为50％；所述微弧氧化处理的参数包括：采用恒压模式，正向电压500V，负向电压40V，占空比20％，电源频率100Hz，处理时间20min；所述微弧氧化处理的过程中，保持电解液的温度在40-50℃。
2.根据权利要求1所述的一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，打磨抛光依次采用600～1500#的水砂纸。
3.根据权利要求1所述的一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，打磨抛光采用600-1000#的水砂纸。
4.根据权利要求1所述的一种电子束重熔与微弧氧化相结合提高镁合金耐蚀性的方法，其特征在于，所述电解液的配置包括：将硅酸钠8-10g/L、氢氧化钾1-2g/L、氟化钠0.5-1g/L依次加入水中，搅拌均匀。
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