CN1865494A - 镁合金表面离子注入提高抗氧化性的方法 - Google Patents

Abstract

一种镁合金表面离子注入提高抗氧化性的方法，用于表面处理技术领域。方法如下：先将镁合金表面抛光，再用酒精清洗，然后放入离子注入机的真空室中，向合金表面注入钇离子，钇离子注入剂量在5×10¹⁶ions/cm²到5×10¹⁷ions/cm²之间，最后取出样品，完成样品的表面处理。本发明能有效提高镁合金表面的抗氧化性能，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提高抗氧化性的方法

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提高抗氧化性的方法。

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，在使用温度高于450摄氏度时，镁合金的氧化速度上升很快，并且由于氧化和燃烧之间存在紧密关系，还可能导致突然燃烧，这大大限制了镁合金作为航空、航天材料的应用。因此，有效提高镁合金的高温抗氧化性能是镁合金工程应用的一个重要方面。

经对现有技术的文献检索发现，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。F.J.Perez，et al，Surface and CoatingsTechnology 126(2000)116-122上发表“钇和铒对AISI304钢氧化性能的影响”的结果认为，注入钇和铒之后，改变了表面生成氧化物的形貌，降低了氧化物的生成速度。但是，该工艺只对钢表面注入钇和铒以后的情况进行了研究，未见离子注入钇对镁合金表面氧化性能影响的报道。

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提高抗氧化性的方法，使其通过注入一定剂量的钇，使镁合金表面的抗氧化性能得到改善，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，本发明先将镁合金表面抛光，再用酒精清洗，然后放入离子注入机的真空室中，向合金表面注入钇离子，钇离子注入剂量在5×10¹⁶ions/cm²到5×10¹⁷ions/cm²之间，最后取出样品，完成样品的表面处理。

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。

所述的钇离子，其注入剂量范围在5×10¹⁶ions/cm²到5×10¹⁷ions/cm²之间。钇离子的引出电压为45kV，离子流密度为8.85μA/cm²。本发明以钇作为注入元素，是因为钇注入合金以后能提高合金的表面抗氧化性能。

本发明的优选工艺参数为：钇离子的注入剂量为5×10¹⁷ions/cm²，引出电压为45kV。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。

与现有技术相比，本发明选用了钇元素作为注入元素，使镁合金表面的抗氧化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为在500摄氏度，纯氧环境下，氧化90分钟，得到的AZ31镁合金与注入剂量为5×10¹⁷ions/cm²的镁合金表面形貌对比，其中：(a)未注入钇的AZ31；(b)注入5×10¹⁷ions/cm²剂量的钇。

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5×10¹⁶ions/cm²的钇离子，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的钇离子，相应钇离子的引出电压为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。500摄氏度，在纯氧气中，氧化90分钟的等温氧化实验表明，注入样品表面的氧化物少于未注入的样品表面，其相应的抗氧化性能得到一定程度的提高。

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1×10¹⁷ions/cm²的钇离子，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的钇离子，相应钇离子的引出电压为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。500摄氏度，在纯氧气中，氧化90分钟的等温氧化实验表明，注入样品表面的氧化物明显少于未注入的样品表面，其相应的抗氧化性能得到提高。

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5×10¹⁷ions/cm²的钇离子，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5×10¹⁷ions/cm²的钇离子，相应钇离子的引出电压为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。500摄氏度，在纯氧气中，氧化90分钟的等温氧化实验表明，注入样品的表面形貌基本没有发生变化，表面保持光洁，说明此注入剂量下样品的抗氧化性能得到了很大的提高。

Claims (5)

1、一种镁合金表面离子注入提高抗氧化性的方法，其特征在于，先将镁合金表面抛光，再用酒精清洗，然后放入离子注入机的真空室中，向合金表面注入钇离子，钇离子注入剂量在5×10¹⁶ions/cm²到5×10¹⁷ions/cm²之间，最后取出样品，完成样品的表面处理。

2、根据权利要求1所述的镁合金表面离子注入提高抗氧化性的方法，其特征是，所述的钇离子注入剂量为5×10¹⁷ions/cm²。

3、根据权利要求1或者2所述的镁合金表面离子注入提高抗氧化性的方法，其特征是，注入钇离子时，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所述的镁合金表面离子注入提高抗氧化性的方法，其特征是，钇离子的引出电压为45kV，注入的离子流密度为8.85μA/cm²。

5、根据权利要求1或者2所述的镁合金表面离子注入提高抗氧化性的方法，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。