CN1236105C - 感应加热镁合金表面合金化改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应加热镁合金表面合金化改性方法，将不同规格的金属粉用粘结剂涂于零件表面，所述金属粉为铝粉或锌粉或铝粉和锌粉的混合物；再对零件进行表面感应加热，以扩散方式在镁合金零件表面形成合金改性层；本发明通过表面感应加热形成镁合金表层区域合金化，该合金层不仅与镁合金尽体保持冶金结合，而且成分和厚度可控。在盐雾腐蚀过程中，该合金层可形成的连续致密复杂化合物，具有很好的盐雾腐蚀抗力和抗磨能力。还具有一定的自愈合和自修复功能，即合金化层的该复杂化合物一旦被机械磨掉，即可形成新的保护层，从根本上改变了镁合金表面物理化学性质，也简化了镁合金现有的表面改性工艺。

Description

感应加热镁合金表面合金化改性方法

一、技术领域

本发明涉及表面合金化改性技术，特别涉及采用感应加热对镁合金表面进行合金化改性的工艺方法。

二、背景技术

镁的比重轻，只有1.8g/cm³，相当于铝的2/3，钢的1/4。镁合金的比强度和比刚度高、导热导电性好、兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能；同时镁合金易于加工成型、废料易回收，环境污染少，可代替塑料作电子装置的壳体及结构件，以满足产品的轻、薄、小型化，高集成度等要求，亦可代替交通运输行业的钢铁和铝合金结构件，减轻重量，提高能源利用效益。虽然镁合金具有许多优点，但由于镁是一种非常活泼的金属，在大气(尤其在潮湿的空气)、酸性物质和盐(尤其氯化物)中有高的溶解度和腐蚀速度，而且形成的腐蚀产物稳定性差且比较疏松，不能起到有效的钝化作用以阻止腐蚀的进一步进行。这种致命缺点严重制约了镁合金的广泛应用。

日前镁合金在生产中主要采用的方法有阳极化处理、电镀涂敷等表面改性工艺，虽然可不同程度地减缓镁合金的腐蚀，但仍存在诸多不足，如大多数表面改性均需经有机物封孔的工艺环节，致使涂层含有有机物；有些耐腐蚀涂层与镁合金基底之间存在明显界面，形成的表层组织疏松多孔，常因应力造成表层开裂或剥落是常见的；有些工艺环节还会对环境造成污染等。

鉴于现有工艺方法存在局限性，目前各方均积极致力于镁合金表面改性方面的前沿性研究包括气相沉积涂层、微弧氧化、离子注入金属铬和氮等、激光表面处理等，但以上技术生产上尚不很成熟，工艺和成本目前难为生产企业所接受，有些技术也正处于探索阶段。在某些工作条件下，为防止镁合金表面有机物燃烧产生毒性，要求镁合金耐腐蚀层为无机物，如飞机的操纵盘、坐椅等部件，而目前大多数镁合金的表面改性层都含有有机物，难以满足实际要求。

三、发明内容

针对上述镁合金表面改性工艺存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种感应加热镁合金表面合金化改性方法，通过表面感应加热形成镁合金表层区域合金化，该合金层不仅与镁合金基体保持冶金结合，而且成分和厚度可控。在盐雾腐蚀过程中，该合金层可形成的连续致密复杂化合物，具有很好的盐雾腐蚀抗力和抗磨能力。还具有一定的自愈合和自修复功能，即合金化层的该复杂化合物一旦被机械磨掉，即可形成新的保护层，从根本上改变了镁合金表面物理化学性质，也简化了镁合金现有的表面改性工艺。

为了实现上述目的，本发明综合考虑了合金化元素或化合物与基体金属间相互作用的特性，如可溶解性、形成化合物的可能性、润湿性、线膨胀系数及比容等；考虑在合金化区形成的物相对合金化改性效果的影响，如耐蚀性、耐磨性及高温下的抗氧化行为等；考虑表面合金层与基体间冶金结合的牢固性，以及合金层的脆性、抗压、抗弯曲等性能。遵循上述原则制定合金化工艺，包括，合金化成分的选配、合金粉末添加方式、表面感应加热参数确定等，最终达到控制合金化表层质量，改善镁合金零件表层力学化学性能。

本发明采取的技术方案是，将不同规格的金属粉(如铝、锌等)用粘结剂涂于零件表面，所述金属粉为铝粉或锌粉或铝粉和锌粉的混合物。对零件进行表面感应加热，在镁合金零件表面形成合金改性层；具体步骤为：

1)将镁合金零件进行表面处理(抛砂、喷丸等)，去掉表面污染物，并用酒精冲洗，空气中干燥；

2)将粒度控制在70目-400目的金属粉，按重量比例配制、混匀；用粘结剂把混合后的金属粉制作成浆料，并均匀涂敷在零件侧表面上，厚度0.01mm-2mm，空气中干燥；

3)使用感应加热，频率20KHz～110KHz，温度为450℃-650℃，加热时间为15s～120s，加热处理后，零件空冷至室温，即形成镁合金表层合金化改性层。

按照本发明的感应加热镁合金表面合金化改性方法所制备的合金改性层，该合金改性层在使用环境下(如盐雾腐蚀)能形成致密化合物保护层。

四、具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

按本发明的技术方案，将其粒度以70-400目的金属粉按不同的重量比分组，获得不同比例粉料，其配比根据有关相图相定。

本发明的工艺制作方法如下：

1)将镁合金零件进行表面处理(抛砂、喷丸等)，去掉表面污染物，并用酒精冲洗，空气中干燥；

2)将金属粉的粒度控制在70目-400目，按表一不同重量比例配制、混匀，用粘结剂把混合粉制作成浆料，并均匀涂敷在零件侧表面上，厚度0.01mm-2mm，空气中干燥；

3)使用感应加热，频率20KHz～110KHz，温度为450℃-650℃，加热时间为15s～120s，频率、温度时间功率随镁合金、金属粉配比和零件尺寸形状而定，加热处理后，零件空冷至室温，即形成镁合金表层合金改性。

表1是表面感应加热工艺条件镁合金零件表层合金化的配比实例与腐蚀性(中性盐雾腐蚀试验出现明显腐蚀坑时间)和磨损实验结果(滑动润滑磨损实验)。

申请人根据大量的实验表明，金属粉的粒度在70目以下，所形成镁合金表层台金的改性层并不理想，而粒度在400目以上，所形成镁合金表层合金会产生掉层，粒度控制在70目-400目，其结果是理想的。感应加热的频率和加热时间则根据所选取的金属粉的特性在20KHz～110KHz、15s～120s中选择，其温度控制在450℃-650℃是合适的。

表一 配比实例及腐蚀磨损实验

序号	配比材料(70-400目)	重量(％)	与ZM5相比耐蚀性提高(倍)	与ZM5相比耐磨性提高(倍)
					1	铝粉	100	2.3	2.6

2	锌粉	100	3.6	2.2
					3	铝粉/(锌粉+铝粉)	27	7.8	5.8
4	铝粉/(锌粉+铝粉)	50	12.7	3.4

按本发明的技术方案，发明人给出了以下较优的实施例，本发明不限于这些实施例。

实施例1：取70目-400目铝粉，重量比为100％，按本发明的制作方法步骤制取镁合金铸件表面合金层，制作时的浆料涂敷厚度为0.01mm，制成的镁合金铸件表面合金层进行中性盐雾腐蚀性试验，经与ZM5合金对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是ZM5铸件的2.3倍，其耐磨性(ZM5试样与各合金化试样的磨损体积之比)是ZM5铸件的2.6倍。

实施例2：取70目-400目锌粉，重量比为100％，按本发明的制作方法步骤制取镁合金零件表面合金层，制作时的浆料涂敷厚度为2mm，制成的镁合金铸件表面合金层进行中性盐雾腐蚀性试验，经与ZM5合金对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是ZM5零件3.6倍。其耐磨性(ZM5试样与各合金化试样的磨损体积之比)是ZM5铸件的2.2倍。

实施例3：取70目-400目锌铝混合(铝27％wt，余为锌)粉，按本发明的制作方法步骤制取镁合金零件表面合金层，制作时的浆料涂敷厚度为0.5mm，制成的镁合金铸件表面合金层进行中性盐雾腐蚀性试验，经与ZM5合金对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是ZM5零件7.8倍。其耐磨性(ZM5试样与各合金化试样的磨损体积之比)是ZM5铸件的5.8倍。

实施例4：取70目-400目锌铝(铝50％wt，余为锌)粉，按本发明的制作方法步骤制取镁合金零件表面合金层，制作时的浆料涂敷厚度为1mm，制成的镁合金铸件表面合金层进行中性盐雾腐蚀性试验，经与ZM5镁合金对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是ZM5零件12.7倍。其耐磨性(ZM5试样与各合金化试样的磨损体积之比)是ZM5铸件的3.4倍。

上述实施例可以例出许多，只要在本发明技术方案的各参数的范围内，都能达到上述实施例的目的。

本发明采用了耐盐雾和海水腐蚀性好、化学稳定性好的铝粉，锌粉，通过表面感应加热在镁合金表面形成不同组分，不同厚度的合金层，该合金层沿镁合金表面向里呈梯度变化分布，与基体冶金结合，其显微组织为均匀连续的β相为主的复相组织，在腐蚀环境下演变成阻隔层，使外部环境与镁合金基体相隔离，保护或减缓镁合金进一步腐蚀，这种具有表面自生自医功能保护膜可有效地改善镁合金表面耐蚀性和耐磨性。

Claims (1)

1.一种感应加热镁合金表面合金化改性方法，其特征在于，将不同规格的金属粉用粘结剂涂于零件表面，所述的金属粉为铝粉或锌粉或铝粉和锌粉的混合物；再对零件进行表面感应加热，以扩散方式在镁合金零件表面形成合金改性层；具体步骤为：

1)将镁合金零件进行表面处理，去掉表面污染物，并用酒精冲洗，空气中干燥；

2)将粒度控制在70目-400目的金属粉，按重量比例配制、混匀；用粘结剂把混合后的金属粉制作成浆料，并均匀涂敷在零件侧表面上，厚度0.01mm-2mm，空气中干燥；

3)使用感应加热，频率20KHz～110KHz，温度为450℃-650℃，加热时间为15s～120s，加热处理后，零件空冷至室温，即形成镁合金表层合金改性层。