鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層及其制備方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種合金表面復(fù)合涂層的制備方法，特別是涉及一種鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層及其制備方法，屬于材料表面加工領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，機械性能良好，具有良好的切削加工性以及鑄造性能，適合高效率的壓鑄生產(chǎn)。另外，鎂合金還具備良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性以及優(yōu)良的減振性能。正是由于具備以上優(yōu)點，鎂合金在汽車、航空航天、電子通信以及國防軍事等關(guān)鍵領(lǐng)域具有極為重要的應(yīng)用價值和廣闊的發(fā)展前景，被譽為“21世紀(jì)綠色工程材料”。然而，鎂的耐蝕性卻極差，大大限制了其進一步的開發(fā)應(yīng)用；鎂合金表面形成的氧化膜處于拉應(yīng)力狀態(tài)，厚度達到一定值時將產(chǎn)生斷裂，不能形成致密保護膜有效保護基體。目前，鎂合金采用的表面涂層處理措施主要有化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽極氧化、微弧氧化、氣相沉積、粒子注入、化學(xué)鍍及電鍍等，然而，這些方法在處理條件、膜層結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護、經(jīng)濟成本等方面存在諸多缺陷，尋找一種既經(jīng)濟環(huán)保又高效可行的鎂合金表面涂層技術(shù)，對進一步拓展鎂合金的應(yīng)用范圍，具有十分重要的意義。
[0003]冷氣動力噴涂技術(shù)(簡稱冷噴涂)是近年來發(fā)展起來的一門新型的涂層制備技術(shù)，它利用壓縮氣體(空氣、N2, He)加熱到一定溫度(小于600°C)，并通過壓縮氣體加速金屬粒子到臨界速度(超音速)，金屬粒子撞擊基體表面后發(fā)生劇烈塑性變形，牢固附著在基體并不斷堆積形成涂層，獲得的涂層熱應(yīng)力小、致密性好、孔隙率低、結(jié)合強度高、厚度易于控制。低溫氣動噴涂技術(shù)具有成本低、效率高、環(huán)保、可實現(xiàn)復(fù)合涂層的沉積的特點，使其受到廣泛關(guān)注。目前冷噴涂可以沉積Al、Zn、N1、T1、Co、Cu、Fe等常見單金屬，以及NiCr、MCrAlY合金和Wc-12Co和Al2O3等陶瓷材料。
[0004]利用低溫氣動噴涂技術(shù)不但可以實現(xiàn)Al2O3在低溫下的沉積，還可以適當(dāng)控制其在復(fù)合涂層中的比例。采用此技術(shù)在鎂合金表面制備Al/α -Al2O3復(fù)合涂層，可以同時提高鎂合金結(jié)構(gòu)件的耐蝕性和耐磨性能，目前國內(nèi)鮮有相關(guān)的報道。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對鎂合金表面處理上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層及其制備方法，這種復(fù)合涂層兼有抗腐蝕、耐磨損的性能，在保證復(fù)合涂層硬度、強度的同時，控制Al/α-Al2O3成分的比例，實現(xiàn)其抗腐蝕、耐磨性能的優(yōu)化結(jié)合。
[0006]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
一種鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層為鋁份與a -Al2O3的復(fù)合粉末，其中:鋁份的體積分?jǐn)?shù)為70?90%，a -Al2O3體積分?jǐn)?shù)為30?10%。
[0007]所述的鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層的制備方法，包括工件表面的預(yù)處理工序、復(fù)合涂層的制備工序和復(fù)合涂層的后處理工序，其特征在于:
所述工件表面的預(yù)處理工序如下:采用46目的石英砂在0.4?0.6MPa的壓力下對工件表面進行噴砂處理，然后用丙酮或者酒精清洗； 所述復(fù)合涂層的制備工序采用低溫氣動噴涂的方法制備，包括:①在工件表面預(yù)處理完成后一小時內(nèi)進行；②復(fù)合粉末噴涂前應(yīng)機械混合均勻:按比例量取粒度范圍均在10?50 μm的球狀鋁粉和不規(guī)則形狀Ct-Al2O3粉，在球磨機中進行充分研磨混合，研磨時間為24?48h，混合后噴涂實施前粉末應(yīng)在200?300°C下溫度條件下保溫4h，充分軟化混合粉末！③工作氣體為壓縮空氣，噴涂壓力2.5?3MPa，溫度100?500°C，噴涂距離為20?50mm,噴槍移動速度為80mm/s，送粉速率在2?8kg/h ；
所述復(fù)合涂層的后處理工序包括涂層熱處理和涂層致密化處理兩部分，其過程分別是:①制備涂層后，應(yīng)在200?400°C的Ar爐環(huán)境中保溫4h ;②采用0.15mm的陶瓷丸，在0.06?0.08MPa壓力下對涂層進行噴丸致密化處理；
所制備的鎂合金表面耐腐蝕耐磨損涂層，厚度在200?400 μ m。
[0008]本發(fā)明通過采用低溫氣動噴涂的方法制備涂層，通過熱處理使涂層與基體材料之間形成擴散，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所制備的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密、孔隙率低、硬度高，與基體材料結(jié)合強度高，涂層具有良好的抗蝕性，且耐磨性能大幅提高，是鎂合金及其構(gòu)件表面耐腐蝕、耐磨損的優(yōu)良防護涂層。
[0009]本發(fā)明的積極有益效果如下:
1、噴涂溫度低，噴涂過程無過多的熱量傳遞到鎂合金表面，基體不會發(fā)生氧化、變形；
2、涂層粒子之間應(yīng)力低，且主要是壓應(yīng)力，有利于制備厚的涂層。
[0010]3、利用低溫氣動噴涂技術(shù)不但可以實現(xiàn)Al2O3在低溫下的沉積，還可以適當(dāng)控制其在復(fù)合涂層中的比例，可以同時提高鎂合金結(jié)構(gòu)件的耐蝕性和耐磨性能。
[0011]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明所制備的復(fù)合涂層的完整結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為制備復(fù)合涂層成分的XRD分析結(jié)果。
[0012]【具體實施方式】:
為了更清楚的闡述本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步的說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不限于實施例中所涉及內(nèi)容。
[0013]實施例1:
噴涂用的復(fù)合粉末分別為商用的平均粒度為37 μ??的鋁粉和平均粒度為32 μπι的a -Al2O3粉末，用量杯量取一定的體積比例(招粉:α -Al 203粉=85:15)，放入球磨機罐中進行機械混合2?3h，均勻后在200?300°C下保溫4h ;采用低溫氣動噴涂進行涂層制備。
[0014]基體采用ZM6鎂合金，試樣尺寸為50mmX 10mmX 10mm,噴涂面尺寸為50mmX 100mm，低溫氣動噴涂粉末為上述自配置的復(fù)合粉末，噴涂前對基體進行噴砂和清洗處理，一小時內(nèi)采用低溫氣動噴涂系統(tǒng)制備Al/α -Al2O3的復(fù)合涂層，送粉壓力為2.6MPa，氣體溫度為400°C，噴涂距離為20mm，噴涂間隔距離為2mm，噴嘴相對于基板的移動速度為50mm/s，對涂層進行拋丸處理，得到厚度為350 μπι的均勻涂層。
[0015]用掃描電鏡對涂層的表面、截面形貌、涂層與基體材料的結(jié)合進行觀察；采用XRD分析涂層成分；采用金相觀察法測量涂層孔隙率和C1-Al2O3顆粒，結(jié)果表明:涂層致密，表面以及截面無明顯的孔隙和微裂紋，涂層由Al和O兩種元素成分構(gòu)成，XRD分析以Al和Al2O3兩種形式存在(詳見圖2)。涂層孔隙率為0.8%，α -Al 203顆粒在涂層所占比例為9%，涂層與基體結(jié)合良好，結(jié)合面無明顯的孔隙。
[0016]涂層硬度采用Duramin型顯微硬度儀進行測試，隨機取5個點進行測試取平均值，和未涂覆復(fù)合涂層的ZM6相比，硬度提高了 40%。
[0017]采用電化學(xué)測試方法測試涂層開路電位，開路電位和ZM6相比正移800mV，ZM6腐蝕驅(qū)動力減小，腐蝕傾向大大降低。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，該涂層具有涂層致密、孔隙率低、硬度高的特點。
[0019]實施例2:
本實施例和實施例1中復(fù)合涂層的制備方法完全相同，相同之處不重述、不同之處在于:噴涂用的復(fù)合粉末分別為商用的平均粒度為40 μπι的鋁粉和平均粒度為30 μπι的Ct-Al2O3粉末，它們的體積比為鋁粉:Ct-Al2O3粉=80:20ο
[0020]實施例3:
本實施例和實施例1中復(fù)合涂層的制備方法完全相同，相同之處不重述、不同之處在于:噴涂用的復(fù)合粉末分別為商用的平均粒度為25 μπι的鋁粉和平均粒度為35 μπι的Ct-Al2O3粉末，它們的體積比為鋁粉:Ct-Al2O3粉= 70:30。
[0021]實施例4:
本實施例和實施例1中復(fù)合涂層的制備方法完全相同，相同之處不重述、不同之處在于:噴涂用的復(fù)合粉末分別為商用的平均粒度為40 μπι的鋁粉和平均粒度為40 μπι的a -Al2O3粉末，它們的體積比為鋁粉:α -Al 203粉=90:10。
[0022]實施例5:
本實施例和實施例1中復(fù)合涂層的制備方法完全相同，相同之處不重述、不同之處在于:噴涂用的復(fù)合粉末分別為商用的平均粒度為30 μπι的鋁粉和平均粒度為20 μπι的Ct-Al2O3粉末，它們的體積比為鋁粉:Ct-Al2O3粉=75:25。
[0023]當(dāng)然，本發(fā)明還具有其他實施例，在不背離本發(fā)明精神及實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案做出相應(yīng)的調(diào)整和改變，但這些相應(yīng)的調(diào)整和改變都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層，其特征在于:所述復(fù)合涂層為鋁份與a -Al2O3的復(fù)合粉末，其中:鋁份的體積分?jǐn)?shù)為70?90%，α -Al 203體積分?jǐn)?shù)為30?10%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層的制備方法，包括工件表面的預(yù)處理工序、復(fù)合涂層的制備工序和復(fù)合涂層的后處理工序，其特征在于: 所述工件表面的預(yù)處理工序如下:采用46目的石英砂在0.4?0.6MPa的壓力下對工件表面進行噴砂處理，然后用丙酮或者酒精清洗； 所述復(fù)合涂層的制備工序采用低溫氣動噴涂的方法制備，包括:①在工件表面預(yù)處理完成后一小時內(nèi)進行；②復(fù)合粉末噴涂前應(yīng)機械混合均勻:按比例量取粒度范圍均在10?50μm的球狀鋁粉和不規(guī)則形狀Ct-Al2O3粉，在球磨機中進行充分研磨混合，研磨時間為24?48h，混合后噴涂實施前粉末應(yīng)在200?300°C下溫度條件下保溫4h，充分軟化混合粉末?、酃ぷ鳉怏w為壓縮空氣，噴涂壓力2.5?3MPa，溫度100?500°C，噴涂距離為20?50mm,噴槍移動速度為80mm/s，送粉速率在2?8kg/h ； 所述復(fù)合涂層的后處理工序包括涂層熱處理和涂層致密化處理兩部分，其過程分別是:①制備涂層后，應(yīng)在200?400°C的Ar爐環(huán)境中保溫4h ;②采用0.15mm的陶瓷丸，在0.06?0.08MPa壓力下對涂層進行噴丸致密化處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于:所制備的鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層的厚度在200?400 μπι。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎂合金表面抗腐蝕、耐磨損復(fù)合涂層及其制備方法，所述復(fù)合涂層為粒度范圍均在10～50μm的球狀鋁粉和不規(guī)則形狀α-Al2O3粉的復(fù)合粉末，其中：鋁份的體積分?jǐn)?shù)為70～90%，α-Al2O3體積分?jǐn)?shù)為30～10%，制備方法包括工件表面的預(yù)處理、復(fù)合涂層的制備和復(fù)合涂層的后處理工序。本發(fā)明通過采用低溫氣動噴涂的方法制備涂層，通過熱處理使涂層與基體材料之間形成擴散，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所制備的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密、孔隙率低、硬度高，與基體材料結(jié)合強度高，涂層具有良好的抗蝕性，且耐磨性能大幅提高，是鎂合金及其構(gòu)件表面耐腐蝕、耐磨損的優(yōu)良防護涂層。
【IPC分類】C23C24/04
【公開號】CN105039964
【申請?zhí)枴緾N201510403743
【發(fā)明人】劉德鑫, 吳恒, 姚棟嘉, 孫國棟, 方鵬, 牛利偉
【申請人】河南泛銳復(fù)合材料研究院有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月10日