CN113278856A - 一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的am50a压铸镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的am50a压铸镁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金及其制备方法，属于镁合金制备技术领域。本发明通过高温压铸时在模具上喷涂一定厚度的脱模剂，使其与合金熔体发生反应从而在镁锰合金AM50A表面生成一层均匀的耐腐蚀氧化膜(该氧化膜的组成为Al：1.97～5.21at.％，Si：11.54～16.99at.％，C：14.7～14.92at.％，Ca：0.94～1.33at.％，O：39.93～54.16at.％，Mn：0.07～0.08at.％，其余为Mg)，该氧化膜能够大幅度改善AM50A压铸镁合金的耐腐蚀性能，减缓腐蚀速率，进一步大范围扩大其在工业中的应用。

Description

一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金及其制备 方法
技术领域
本发明属于镁合金材料制备技术领域，具体涉及一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金作为最轻的金属结构材料，由于具有高的比强度和比刚度、优良的阻尼减震降噪和切削加工性能，而广泛应用于汽车和航空航天等领域。然而，由于镁合金的化学性质比较活泼，在空气中极易与氧反应生成一层疏松多孔的氧化膜，无法保护镁基体免受持续的腐蚀，使得合金的耐腐蚀性，特别是在潮湿环境中的耐腐蚀性较差，在一定程度上限制了其广泛应用。
为了解决镁合金耐腐蚀性较差的问题，除了合金化和热处理的方法外，主要采用表面涂层、化学转化膜和阳极氧化的方法在镁合金表面形成一层阻挡膜来隔离合金与环境，从而保护合金基体不被氧化。表面涂层处理有利于提高镁合金的耐腐蚀性能，但涂层一般比较薄(＜1μm)、机械性能差，与机体结合能力较弱，易脱落，只能用来短时间保护金属，不能用来做长期保护涂层；化学转化膜具有良好的防护性能，其中以铬酸盐转化膜的防蚀效果最好，但铬化合物的存在造成后续处理的困难和环境污染问题，而无铬转化膜最大的缺点是膜层不够致密，膜薄，保护性能差，损伤后不能自愈；阳极氧化膜的耐蚀性、耐磨性和硬度一般比化学转化膜高，但这种方法的缺点是对复杂的构件难以得到均匀的膜层，且膜的脆性较大，而在其基础上发展的微弧氧化，设备投资大，能耗大，使其应用受到限制。
因此，提供一种具有优异耐腐蚀性的镁合金表面氧化膜以及其制备方法成为一种迫切需要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金；本发明的目的之二在于提供一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1.一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金，所述镁合金包含镁锰合金AM50A、形成于所述镁锰合金AM50A表面的氧化膜；
所述氧化膜的组成为Al：1.97～5.21at.％，Si：11.54～16.99at.％，C：14.7～14.92at.％，Ca：0.94～1.33at.％，O：39.93～54.16at.％，Mn：0.07～0.08at.％，其余为Mg。
优选的，所述氧化膜的厚度为2.5～4.2μm。
2.上述AM50A压铸镁合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)在镁锰合金AM50A的压铸模具上涂覆厚度为0.05～0.5mm的脱模剂，使压铸镁锰合金AM50A表面形成耐腐蚀氧化层；
(2)将步骤(1)中表面具有高温氧化层的镁锰合金AM50A直接暴露在空气中进行室温氧化形成氧化膜即可得到具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金。
优选的，步骤(1)中所述涂覆处理具体方法为：采用自动喷涂脱模剂的方法，将所述脱模剂喷涂均匀，喷涂时间2～5s，喷涂距离为100～200mm，喷涂后模具温度控制在140～220℃。
优选的，按照重量百分比，所述脱模剂由以下成分组成：硅油11～13％、基础油7～9％、合成酯/蜡4～6％、添加剂2～4％、其余为超纯水。
优选的，所述基础油为二甲基硅油或聚二甲基硅氧烷液体。
进一步优选的，所述合成酯/蜡为石蜡或硬脂酸。
进一步优选的，所述添加剂为表面活性剂；
所述表面活性剂具体为脂肪醇聚氧乙烯醚。
优选的，所述水为超纯水。
优选的，所述耐腐蚀氧化层的厚度为2.5～4.2μm。
本发明的有益效果在于：本发明通过高温压铸时在模具上喷涂一定厚度的脱模剂，使其与合金熔体发生反应从而在镁锰合金AM50A表面生成一层均匀的高温氧化膜，然后将其置于空气中氧化使其在表面形成均匀氧化层，最终得到具有表面氧化层的汽车方向盘用的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)，能够大幅度改善压铸镁合金的耐腐蚀性能，减缓腐蚀速率，使其能够作为汽车方向盘的材料，进一步大范围扩大其在工业中的应用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为实施例1中制备的汽车方向盘用的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)的表面形貌图；
图2为实施例1中制备的汽车方向盘用的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)氧化膜的截面形貌图；
图3为实施例2中制备的汽车方向盘用的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)氧化膜的截面形貌图；
图4为实施例3中制备的汽车方向盘用的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)氧化膜的截面形貌图
图5为实施例3中制备的具有表面氧化层的汽车方向盘用的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)和不具有表面氧化层的AM50A的析氢分析结果图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金，其制备方法如下所示：
(1)采用自动喷涂脱模剂的方法，将脱模剂(按照重量百分比，其组成为硅油11％、基础油(二甲基硅油)7％、合成/蜡(石蜡)4％、添加剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)2％、其余为超纯水)在镁锰合金AM50A的压铸模具上进行均匀分散喷涂(喷涂过程中的相关参数为：喷涂时间2s，喷涂距离为200mm，喷涂后模具温度控制在220℃)，在锰镁合金AM50A上形成厚度为1.4μm的高温氧化层；
(2)将步骤(1)中表面具有高温氧化层的镁锰合金AM50A直接暴露在空气中进行表层氧化，在镁锰合金AM50A表面形成氧化膜(厚度为2.5μm)，即可得到具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)。
实施例2
一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金，其制备方法如下所示：
(1)采用自动喷涂脱模剂的方法，将脱模剂(按照重量百分比，其组成为硅油13％、基础油(聚二甲基硅氧烷液体)9％、合成/蜡(硬脂酸)6％、添加剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)4％、其余为水)在镁锰合金AM50A的压铸模具上进行均匀分散喷涂(喷涂过程中的相关参数为：喷涂时间5s，喷涂距离为100mm，喷涂后模具温度控制在140℃)，在锰镁合金AM50A上形成厚度为2.7μm的高温氧化层；
(2)将步骤(1)中表面具有高温氧化层的镁锰合金AM50A直接暴露在空气中进行表层氧化，在镁锰合金AM50A表面形成氧化膜(厚度为4.2μm)，即可得到具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)。
实施例3
一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金，其制备方法如下所示：
(1)采用自动喷涂脱模剂的方法，将脱模剂(按照重量百分比，其组成为硅油12％、基础油(二甲基硅油)8％、合成/蜡(石蜡)5％、添加剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)3％、其余为超纯水)在镁锰合金AM50A的压铸模具上进行均匀分散喷涂(喷涂过程中的相关参数为：喷涂时间3s，喷涂距离为150mm，喷涂后模具温度控制在200℃)，在锰镁合金AM50A上形成厚度为2.2μm的高温氧化层；
(2)将步骤(1)中表面具有高温氧化层的镁锰合金AM50A直接暴露在空气中进行表层氧化，在镁锰合金AM50A表面形成氧化膜(厚度为3.5μm)，即可得到具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)。
图1为实施例1中制备的具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)的扫描电镜图，从中可以看出在实施例1中制备的产物中具有形貌明显的氧化膜表层。从图1可以看出，实施例1中的产物表面均被氧化膜所完全覆盖，部分氧化物颗粒集中的区域有少量微裂纹存在，整体表现出较为致密的组织形态，其最表层上分布有大小不等的MgO、SiO2和Al2O3颗粒。
图2～4为实施例1～3中制备的具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)的截面形貌图，从中可以看出在实施例1～3中制备的产物中氧化膜均匀覆盖在基体(镁锰合金AM50A)表面，经测试其氧化膜的厚度在2.5～4.2μm之间，元素组成如下：Al：1.97～5.21at.％，Si：11.54～16.99at.％，C：14.7～14.92at.％，Ca：0.94～1.33at.％，O：39.93～54.16at.％，Mn：0.07～0.08at.％，其余为Mg。从图中可以看出，实施例中制备的具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金表面氧化膜厚度较为均匀，其在表面观察到的微裂纹并未出现穿透氧化膜的现象，同时，基体与氧化膜的衔接处有相互交错的现象，表现出较好的结合和对基体较强的保护作用。
对实施例3中制备的具有表面氧化膜的具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)和不具有表面氧化膜的AM50A进行取样，经过11天的相同的浸泡析氢实验(其中浸泡溶液为3.5wt.％NaCl溶液，浸泡取样尺寸为15*15mm)，得到的析氢结果如图5所示，从图5可以看出，具有表面氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)的平均析氢量为2.6ml/cm2，而不具有表面氧化层的AM50A的平均析氢量达到6.2ml/cm2。根据镁合金的析氢与腐蚀速率之间的关系，可以得出实施例1中制备的具有表面氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)和不具有表面氧化层的AM50A的腐蚀速率分别为0.53mm/y和1.28mm/y。由此可见，通过本发明制备的具有表面氧化膜的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)确实能够减缓腐蚀速率。
同样的，实施例1和实施例2中制备的具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金也与实施例3中制备的产品具有相似的性能。
综上所述，本发明通过在镁锰合金AM50A上涂覆一层脱模剂后，置于空气中氧化使其在表面形成氧化层，最终得到具有表面氧化层的汽车方向盘用的AM50A压铸镁合金(AM50A+Oxide layer)，能够大幅度改善压铸镁合金的耐腐蚀性能，进一步大范围扩大其在工业中的应用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金，其特征在于，所述镁合金包含镁锰合金AM50A、形成于所述镁锰合金AM50A表面的氧化膜；
所述氧化膜的组成为Al：1.97～5.21at.％，Si：11.54～16.99at.％，C：14.7～14.92at.％，Ca：0.94～1.33at.％，O：39.93～54.16at.％，Mn：0.07～0.08at.％，其余为Mg。
2.根据权利要求1所述的AM50A压铸镁合金，其特征在于，所述氧化膜的厚度为2.5～4.2μm。
3.权利要求1～2任一项所述AM50A压铸镁合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)在镁锰合金AM50A的压铸模具上涂覆厚度为0.05～0.5mm的脱模剂，使压铸镁锰合金AM50A表面形成耐腐蚀氧化层；
(2)将步骤(1)中表面具有高温氧化层的镁锰合金AM50A直接暴露在空气中进行室温氧化形成氧化膜即可得到具有优异耐腐蚀性氧化膜的AM50A压铸镁合金。
4.根据权利要求3所述AM50A压铸镁合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述涂覆处理具体方法为：采用自动喷涂脱模剂的方法，将所述脱模剂喷涂均匀，喷涂时间2～5s，喷涂距离为100～200mm，喷涂后模具温度控制在140～220℃。
5.根据权利要求3所述AM50A压铸镁合金的制备方法，其特征在于，按照重量百分比，所述脱模剂由以下成分组成：硅油11～13％、基础油7～9％、合成酯/蜡4～6％、添加剂2～4％、其余为超纯水。
6.根据权利要求5所述AM50A压铸镁合金的制备方法，其特征在于，所述基础油为二甲基硅油或聚二甲基硅氧烷液体。
7.根据权利要求5所述AM50A压铸镁合金的制备方法，其特征在于，所述合成酯/蜡为石蜡或硬脂酸。
8.根据权利要求5所述AM50A压铸镁合金的制备方法，其特征在于，所述添加剂为表面活性剂；
所述表面活性剂具体为脂肪醇聚氧乙烯醚。
9.根据权利要求5所述AM50A压铸镁合金的制备方法，其特征在于，所述水为超纯水。
10.根据权利要求3所述的AM50A压铸镁合金的制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀氧化层的厚度为2.5～4.2μm。
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