一種鎂合金表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工工程的熱噴涂領(lǐng)域，涉及一種利用熱噴涂法在鎂合金表面形成耐腐耐蝕涂層的鎂合金表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)是世界上鎂資源最豐富的國(guó)家，菱鎂礦探明儲(chǔ)量約占世界的1/4，具有發(fā)展鎂產(chǎn)業(yè)的先天性基礎(chǔ)條件；此外，中國(guó)不但是一個(gè)摩托車生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó)，也是一個(gè)汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，鎂及鎂合金產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊；普通鎂合金最大缺點(diǎn)是在熔化和成型過(guò)程中易氧化燃燒，這使得鎂合金的熔煉一直非常棘手，在有熔劑或氣體保護(hù)下熔煉，雖然能阻止鎂合金的燃燒，但仍存在很多問(wèn)題，未從本質(zhì)上解決其易氧化燃燒的問(wèn)題，以至于造成生產(chǎn)中的環(huán)境污染、裝備復(fù)雜和合金性能降低；于是人們通過(guò)合金化的方法來(lái)達(dá)到阻燃的目的，以消除前兩種方法帶來(lái)的不利影響，并稱之為合金化阻燃法，其機(jī)理是在鎂合金熔煉過(guò)程中添加特定的合金元素來(lái)影響合金氧化的熱力學(xué)反應(yīng)與動(dòng)力學(xué)過(guò)程，形成具有保護(hù)作用的致密氧化膜，達(dá)到阻止合金劇烈氧化的目的，并且使鎂合金在后續(xù)加工過(guò)程中的氧化燃燒的傾向大大降低，從而提高鎂合金的加工安全性；通常是向鎂合金中加入堿金屬、稀土等合金阻燃元素，從而提高鎂合金的燃點(diǎn)，使熔煉和澆鑄時(shí)不產(chǎn)生燃燒，提高了鎂合金的加工安全性；針對(duì)鎂合金易腐蝕，不耐磨的缺點(diǎn)，除了開(kāi)發(fā)高純鎂和新型鎂合金外，進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硪彩且环N有效的辦法。
[0003]目前，采用的表面處理方法如涂裝、陽(yáng)極氧化處理、微弧氧化處理、化學(xué)轉(zhuǎn)換處理等雖然可以提高其抗氧化和耐腐蝕性能，但是也存在著不可忽視的局限性，微弧氧化處理、化學(xué)轉(zhuǎn)換處理等雖然可以提高其抗氧化和耐腐蝕性能，但是也存在著不可忽視的局限性；對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性研宄表明化學(xué)轉(zhuǎn)化膜只能減緩腐蝕速度并不能有效防止腐蝕，而陽(yáng)極氧化膜具有多孔的特點(diǎn)，因此涂層必須進(jìn)行封閉處理，工藝復(fù)雜；微弧氧化又存在著產(chǎn)生有害離子的嚴(yán)重缺陷，不符合現(xiàn)在環(huán)保發(fā)展的要求；而通常在鎂合金表面電鍍或化學(xué)鍍金屬是很困難的，原因是鎂合金十分活潑，表面迅速形成氧化膜阻止鍍層金屬與基體之間形成金屬-金屬鍵；鎂是堿土金屬，在溶液中與其它金屬離子的置換反應(yīng)十分劇烈。又由于鎂合金燃點(diǎn)低容易燃燒，所以一般不采用熱噴鍍和熱浸鍍綜上，現(xiàn)在所采用的鎂合金表面處理方法都存在著例如工藝復(fù)雜、成本較高、污染環(huán)境等一些缺點(diǎn)，從而大大增加了鎂合金的使用成本；因此，研發(fā)一種能克服以上缺陷的的鎂合金表面處理方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種鎂合金表面處理方法，該表面處理方法采用復(fù)合復(fù)合噴涂的方法在鎂合金表面形成結(jié)合強(qiáng)度高且致密性好、對(duì)環(huán)境污染小的耐蝕、耐磨的涂層，該表面處理方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉。
[0005]本發(fā)明解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是: 一種鎂合金表面處理方法，該表面處理方法包括三個(gè)階段，即預(yù)處理階段、噴涂階段和噴后處理階段，其中:
(1)預(yù)處理階段:
對(duì)選用的鎂合金板塊用砂紙進(jìn)行打磨，然后用丙酮對(duì)打磨后的表面進(jìn)行清洗，然后自然晾干，晾干后對(duì)鎂合金板塊的表面進(jìn)行噴砂粗化處理，噴砂后用壓縮空氣對(duì)鎂合金板塊進(jìn)行噴吹處理，然后再次用丙酮清洗鎂合金板塊的表面，自然晾干后對(duì)鎂合金板塊加熱至80-95 0C，保溫 5-10min 待用；
鎂合金板塊材料由Mg、Al、Mn、Zn、Cu、N1、Sc、P、Zr、Y、Ca、Sr、B、Co、稀土元素組成，其各組分的百分含量為:
Al: 18-20%，Mn:3_6%，Zn: 10-13%，N1:1_3%，Cu:1_3%，Sc:2_3%，P:0.5-0.8%，Zr:3-6%，Ca:10-13%, B:2_4%，Sr:2_5%，Co:2_4%，稀土元素 0.5-0.8%，其余為 Mg ；
稀土元素按重量百分比計(jì)包括以下組分:Ce:8-10%, Nd: 15-18%，Gd:10-15%, Pr:11-13%，Yb:3-5%, La: 12-15%，Sm: 10-15%，其余為鑭系元素；
(2)噴涂階段:
a.先在鎂合金板塊表面上火焰噴涂上噴涂NiCrAH粘結(jié)底層打底，控制噴涂的距離為90-100_，噴涂的角度為60-85°，送粉氣流量為0.5-0.7m3/h，噴涂后粘結(jié)底層的厚度為85—95 μm ；
b.在粘結(jié)底層上用等離子焰流預(yù)熱5-8min，等離子焰流軸線與被噴涂鎂合金板塊表面的角度為45-60°，然后等離子噴涂工作層Zr02/Ti02/Y203涂層，噴涂距離為100-120mm，噴涂角度為50-60°，送粉氣流量為0.6-0.8 m3/h，噴涂的涂層厚度為200-300 ym ;
c.在工作層Zr02/Ti02/Y203陶瓷涂層上采用電弧噴涂工藝制得NiCrAl金屬耐腐耐蝕涂層，使用直徑為3-5mm的純鋁絲材，噴涂的涂層為250-320 μ m，電弧噴涂的工藝參數(shù)為:電壓28-30V，空氣壓力0.5-0.6MPa，噴涂距離為110-150mm，噴涂角度為80-90° ；
(3)噴后處理階段:
對(duì)鎂合金板塊進(jìn)行封孔處理，封孔處理具體為: a.溶妝的制備:
在反應(yīng)瓶中管加入無(wú)水乙醇和太酸丁酯進(jìn)行混合，然后在在催化劑Ti02的作用下攪拌15-20min，得到淡黃色的Ti02溶膠；
將正娃酸乙醋和無(wú)水乙醇混合攪拌5-10min，然后加入Si02，在室溫下攪拌5_8min密封靜置，陳化l_3h后得到Si02溶膠；
將制備得到的Ti02溶膠和Si02溶膠按1:2的體積比混合攪拌20-25min，將所得的混合溶膠在室溫下密封靜置，自然陳化2-3h后對(duì)鎂合金板塊上的涂層進(jìn)行封孔；
b.將步驟(2)噴涂后的鎂合金板塊在室溫下放入混合溶膠中浸漬5-8min，然后將浸漬過(guò)后的鎂合金板塊提拉出混合溶膠的液面，在空中垂直放置5-6min ;
c.將浸漬有混合溶膠后的鎂合金板塊在室溫下放置30-50min至成為穩(wěn)定的凝膠膜后，放入電阻爐中加熱，升溫速度為1_3°C/min，升溫至420-430°C時(shí)保溫l_3h，最后空冷到室溫，鎂合金板塊的表面得到致密光滑的耐腐耐蝕涂層。
[0006]本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為:
前述鎂合金表面處理方法中，步驟(I)中噴砂粗化處理具體為:用噴砂機(jī)將棕剛玉砂均勻噴涂在鎂合金板塊的表面，其中:
噴砂機(jī)的壓力為1.2-1.6MPa，壓縮空氣干燥、無(wú)油；棕剛玉砂粒度為10號(hào)，并棕剛玉砂清潔干燥無(wú)油污。
[0007]前述鎂合金表面處理方法中，步驟(2)中在進(jìn)行等離子噴涂工作層Zr02/Ti02/Y203涂層時(shí)，工作層中各組分的百分含量為，ZrO2:80-85%, T1 2: 10-15%, Y 203:6_8%，以上各組分之和為100%。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明中的鎂合金板塊的原料中含有少量的N1、Sc, Cu成本低，可降低鎂合金的熱敏感性，提高合金的可焊性，延長(zhǎng)了使用壽命；鎂合金原料中添加了稀土元素，稀土元素因具有獨(dú)特的核外電子排布，在冶金過(guò)程中它可以改善組織，提高合金的室溫和高溫性能，增強(qiáng)合金耐燭性，鎂合金中添加稀土元素Ce可提高合金初期溶化溫度，Nd實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)析出而阻止晶粒長(zhǎng)大，從而提高擠壓后的力學(xué)性能，Gd、Ce提高了合金初期熔化溫度，提高了鎂合金的延伸率和擠壓速度，鎂合金的高質(zhì)量保證了表面處理過(guò)程中的穩(wěn)定性，及處理后得到的涂層的耐腐蝕性，保證了最終制備的涂層高質(zhì)量。
[0009]本發(fā)明一開(kāi)始使用丙酮清洗鎂合金板塊的表面，因鎂合金極易氧化，表面易形成氧化鎂，這層氧化鎂疏松，如未進(jìn)行好的表面處理，會(huì)導(dǎo)致中間層與基體的結(jié)合力差，起不到防腐蝕的作用，所以本發(fā)明先用丙酮清洗表面，目的是除去試樣表面的所有污垢，如氧化皮、油漬、油漆及其它污物，關(guān)鍵是除去能夠嚴(yán)重影響涂層與基體間結(jié)合強(qiáng)度的試樣表面和滲入其中的油脂；其次涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度和基體表面的清潔度有關(guān)，故噴涂前工件表面應(yīng)干燥，無(wú)灰塵。
[0010]采用噴砂粗化處理，增加涂層與基體間的接觸面，增大涂層與基體的機(jī)械咬合力，使凈化處理過(guò)的表面更加活化，以提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)，基材表面的粗化還改變涂層中的殘余應(yīng)力分布，對(duì)提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度也是有利的，由于鎂合金板塊是軟基體，噴砂顆?？赡鼙昏偳对诨w表面，噴砂后還需采用壓縮空氣進(jìn)行噴吹處理，以除去任何可能被鑲嵌的顆粒，然后用丙