CN1851042A - 镁合金表面离子注入改性方法 - Google Patents

Abstract

一种镁合金表面离子注入改性方法，用于表面处理技术领域。方法如下：将镁合金表面用砂纸打磨，去除表面污染物，再用酒精清洗，在空气中自然干燥，然后放入离子注入机的真空室中，注入钽离子，钽离子注入剂量在1×10¹⁶ions/cm²到1×10¹⁷ions/cm²之间。本发明能有效提高镁合金表面的耐腐蚀性能，而且无环境污染产生，适用范围广，不改变工件的尺寸和性能，特别适合精密工件的最后工艺处理。

Description

镁合金表面离子注入改性方法

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料技术领域的表面处理方法，具体是一种镁合金表面离子注入改性方法。

背景技术

金属镁及合金是目前实际应用的最轻的结构材料，相对于钢和铝具有优良的性能，如良好的机械加工性能、高热导率、高比强度、高阻尼减震性、强电磁屏蔽能力以及低密度(1.74mg/cm³)。另外，镁及其合金还具有尺寸稳定、生物相容性、易于回收的优点，因此在汽车工业、通讯电子行业、航空航天和医学等领域得到日益广泛的应用，近年来其产量的年增长率达到20％，显示了良好的应用前景。但是，镁的标准电极电位很低(-2.30V)、具有密排六方结构以及形成的表面氧化膜属于疏松结构，导致其耐腐蚀性、抗拉强度、抗蠕变性能以及抗氧化性能都很差，这极大地限制镁合金的广泛应用。因此，有效提高镁合金表面耐腐蚀性和抗氧化性是镁合金工程应用的重要方面。

离子注入方法是物理沉积方法中的一种，不会产生环境污染问题，而且不受材料热力学的限制，能在材料表面生成具有特殊物理和化学性能的表面层。

经对现有技术的文献检索发现，D.Y.Zhang，etc，Thin Solid Films484(2005)215-218，(张德源等人在《固体薄膜》，2005，484：215-218)上发表的“离子注入钽对铝镁合金腐蚀性能的影响”结果认为，注入钽以后，合金的表面腐蚀性能、表面硬度以及抗磨擦性能都得到了提高。但是该工艺只对一种剂量进行了研究，而且未见离子注入钽对镁合金性能影响的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供了一种镁合金表面离子注入改性方法，使其通过注入一定剂量的钽，使镁合金表面的耐腐蚀性能得到改善，是一种无环境污染且可控制注入浓度和深度的表面处理方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明将镁合金表面用砂纸打磨，去除表面污染物，再用酒精清洗，在空气中自然干燥，然后放入离子注入机的真空室中，注入钽离子，钽离子注入剂量在1×10¹⁶ions/cm²到1×10¹⁷ions/cm²之间。

本发明所采用的镁合金为AZ31镁合金，其成分为：3.0％Al，1.0％Zn，余量为Mg。

本发明的优选工艺参数为：钽离子的注入剂量为5×10¹⁶ions/cm²。钽离子的引出电压为45kV，离子流密度为8.85μA/cm²。该优选工艺参数能较好清除镁合金表面的污染物，同时生成具有纳米级的表面保护膜层。本发明以钽作为注入元素，是因为钽具有非常优异的耐腐蚀性能。

与现有技术相比，本发明选用了钽元素作为注入元素，使镁合金表面的耐腐蚀性能得到了有效提高，工艺简单，适用范围广，可以对各种类型的镁合金表面进行改性，并且无环境污染问题，特别适用于精密工件的最后工艺处理。

附图说明

图1为不同钽注入剂量下AZ31镁合金的极化曲线：(a)1×10¹⁶ions/cm²；(b)5×10¹⁶ions/cm²；(c)1×10¹⁷ions/cm²(d)未注入钽离子。

具体实施方式

结合本发明的内容提供以下实施例：

实施例1

以AZ31镁合金作为基体，其成分为：3.0％Al，1.0％Zn，余量为Mg。在其表面注入剂量为1×10¹⁶ions/cm²的钽离子，相应过程为：(1)先将合金表面用SiC砂纸抛光至1500#，然后用酒精清洗干净，自然晾干；(2)将合金放入离子注入机的真空室中，抽真空至1.4×10^-3Pa，向其表面注入剂量为1×10¹⁶ions/cm²的钽离子，相应钽离子的引出电压为45kV，离子流密度为8.85μA/cm²；(3)达到所需的注入剂量后，停止注入离子，保持真空半个小时，取出样品即可。电化学极化实验表明(图1)，AZ31在注入此剂量的钽离子以后，腐蚀电流减小1倍，阳极出现明显的钝化区，而腐蚀电位基本没有变化，说明注入1×10¹⁶ions/cm²的钽离子以后AZ31的耐腐蚀性能得到了提高。

实施例2

以AZ31镁合金作为基体，其成分为：3.0％Al，1.0％Zn，余量为Mg。在其表面注入剂量为5×10¹⁶ions/cm²的钽离子，相应过程为：(1)先将合金表面用SiC砂纸抛光至1500#，然后用酒精清洗干净，自然晾干；(2)将合金放入离子注入机的真空室中，抽真空至1.4×10^-3Pa，向其表面注入剂量为5×10¹⁶ions/cm²的钽离子，相应钽离子的引出电压为45kV，离子流密度为8.85μA/cm²；(3)达到所需的注入剂量后，停止注入离子，保持真空半个小时，取出样品即可。电化学极化实验表明(图1)，AZ31在注入此剂量的钽离子以后，腐蚀电流减小5倍，而腐蚀电位提高到-1.25V，这表明注入5×10¹⁶ions/cm²的钽离子以后镁合金的耐腐蚀性能得到很大的提高。

实施例3

以AZ31镁合金作为基体，其成分为：3.0％Al，1.0％Zn，余量为Mg。在其表面注入剂量为1×10¹⁷ions/cm²的钽离子，相应过程为：(1)先将合金表面用SiC砂纸抛光至1500#，然后用酒精清洗干净，自然晾干；(2)将合金放入离子注入机的真空室中，抽真空至1.4×10^-3Pa，向其表面注入剂量为1×10¹⁷ions/cm²的钽离子，相应钽离子的引出电压为45kV，离子流密度为8.85μA/cm²；(3)达到所需的注入剂量后，停止注入离子，保持真空半个小时，取出样品即可。电化学极化实验表明(图1)，AZ31在注入此剂量的钽离子以后，腐蚀电流反而增大了5倍，而腐蚀电位提高到-1.25V，这表明注入1×10¹⁷ions/cm²的钽离子以后镁合金的耐腐蚀性能得到了一定的提高。

Claims (5)

1、一种镁合金表面改性的方法，其特征在于，将镁合金表面用砂纸打磨，去除表面污染物，再用酒精清洗，在空气中自然干燥，然后放入离子注入机的真空室中，注入钽离子，钽离子注入剂量在1×10¹⁶ions/cm²到1×10¹⁷ions/cm²之间。

2、根据权利要求1或者所述的镁合金表面改性方法，其特征是，钽离子注入剂量为5×10¹⁶ions/cm²。

3、根据权利要求1或者2所述的镁合金表面改性方法，其特征是，注入钽离子时，离子注入机的真空室的真空度保持在1.4×10^-3Pa以下。

4、根据权利要求1或者2所述的镁合金表面改性方法，其特征是，钽离子的引出电压为45kV，注入的离子流密度为8.85μA/cm²。

5、根据权利要求1或者2所述的镁合金表面改性方法，其特征是，所采用的镁合金为AZ31镁合金，其成分为：3.0％Al，1.0％Zn，余量为Mg。