專利名稱：鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著能源和環(huán)保方面的迫切要求，鎂合金正得到日益廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減振、易于加工成形和容易回收等優(yōu)點(diǎn)。如能大量采用鎂合金來(lái)取代目前航空航天、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)主要使用的鋼結(jié)構(gòu)及鋁合金材料，則可以有效實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)，緩解日益嚴(yán)重的能源問(wèn)題。此外，鎂合金的其他優(yōu)異性能，如導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、抗電磁屏蔽佳等，也使其在通信電子行業(yè)中有廣泛應(yīng)用前景。相對(duì)于目前大量使用的工程塑料，鎂合金利于回收。因此，鎂合金在諸多領(lǐng)域都具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。然而，鎂合金的耐蝕性能差，長(zhǎng)期以來(lái)嚴(yán)重制約了其在各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。表面防護(hù)技術(shù)是提高鎂合金耐腐蝕性能的最直接、有效的途徑之一，目前鎂合金表面防護(hù)技術(shù)主要有陽(yáng)極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化、電鍍、化學(xué)鍍、物理和化學(xué)氣相沉積、激光表面處理、高溫?cái)U(kuò)散處理等。以上方法雖可不同程度的提高鎂合金表面的耐蝕性，但都存在著一定的局限性。如采用陽(yáng)極氧化和化學(xué)轉(zhuǎn)化方法制備的鎂合金表面防護(hù)層，其導(dǎo)電性較差，從而限制了鎂合金在某些要求導(dǎo)電的場(chǎng)合中的應(yīng)用(如電磁屏蔽等)。采用電鍍、化學(xué)鍍、物理和化學(xué)氣相沉積方法得到的鎂合金表面防護(hù)涂層，涂層與基體不具有冶金結(jié)合，因此結(jié)合性較差，使用過(guò)程中易發(fā)生涂層與基體剝落，進(jìn)而失效的現(xiàn)象。而激光表面改性技術(shù)成本較高，且難以應(yīng)用于具有復(fù)雜形狀的鎂合金零部件。通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散技術(shù)在鎂合金表面制備擴(kuò)散涂層可在一定程度解決上述方法的局限性，如其制備的擴(kuò)散防護(hù)涂層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合牢固，且擴(kuò)散涂層多為金屬間化合物，可同時(shí)提高鎂合金的耐腐蝕和耐磨性能，還可保持鎂合金本身的導(dǎo)電性。中國(guó)專利CN1236105C(馬幼平，徐可為，感應(yīng)加熱鎂合金表面合金化改性方法)中，報(bào)道了一種鎂合金表面合金層的制備技術(shù)，將不同規(guī)格的金屬粉(如鋁、鋅等)用粘結(jié)劑涂于零件表面，對(duì)零件表面感應(yīng)加熱，在鎂合金零件表面形成合金改性層，該合金層提高了鎂合金表面的耐腐蝕和耐磨性能。但是該方法需要較高的制備溫度(450 650°C)，高于鎂鋁共晶溫度點(diǎn)(437°C )，會(huì)使得鎂合金表面發(fā)生熔化。此外，還會(huì)造成熔點(diǎn)較低的鎂合金部件變形以及鎂合金基體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而降低其力學(xué)性能。中國(guó)專利CN101058875A(胡文彬，何美風(fēng)，劉磊，仵亞婷，鎂合金表面無(wú)機(jī)熔鹽擴(kuò)散防護(hù)方法)中，報(bào)道了一種鎂合金表面無(wú)機(jī)熔鹽擴(kuò)散防護(hù)的方法，通過(guò)在鎂合金表面熔鹽擴(kuò)散鋁，在鎂合金表面形成具有防腐蝕性能的鎂鋁金屬間化合物層。但是由于鎂合金活性較高，高溫熔鹽會(huì)對(duì)鎂合金表面產(chǎn)生腐蝕作用，會(huì)造成擴(kuò)散涂層厚度薄且易引入涂層缺陷。此外由于擴(kuò)散元素為單一的鋁元素，耐蝕性能提升效果有限。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法。本發(fā)明提供一種鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，所述方法包括如下步驟:步驟一，將處理后的鎂合金、滲劑粉末依次放入坩堝中，使得滲劑粉末完全覆蓋于鎂合金表面；步驟二，將一純鋁板插入所述滲劑粉末中，所述純鋁板不與鎂合金接觸；步驟三，將所述鎂合金作為陰極、所述純鋁板作為陽(yáng)極與直流電源連接形成回路；

步驟四，將坩堝加熱至合適溫度，打開(kāi)直流電源，調(diào)節(jié)電流密度至預(yù)定值，保溫；步驟五，依次關(guān)閉直流電源，停止加熱，冷卻坩堝，即在鎂合金表面得到了擴(kuò)散涂層。優(yōu)選地，步驟一中，所述處理具體為:采用機(jī)械方法去除鎂合金表面氧化物，之后放入丙酮溶液中浸泡去除鎂合金表面的有機(jī)物，干燥即可。優(yōu)選地，所述浸泡時(shí)間為3 5分鐘。優(yōu)選地，步驟一中，所述滲劑粉末包括如下摩爾分?jǐn)?shù)的各組分:
金屬鋁2 5%,
金屬鎳2 5%,
冰晶石3 5%,
NiCl210 20%，
AlCl315 40%,
NaCl15 30%，
KClI5 30%。優(yōu)選地，步驟一中，所述坩堝為陶瓷或石墨制品。優(yōu)選地，步驟四中，所述合適溫度為200 250°C。優(yōu)選地，步驟四中，所述預(yù)定值為3 10A/dm2。優(yōu)選地，步驟四中，所述保溫時(shí)間為2 5小時(shí)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:(I)本發(fā)明將鎂合金作為陰極，由于受到陰極電流的保護(hù)，避免了被熔鹽腐蝕；(2)本發(fā)明方法利用鎂合金表面存在陰極電流，使熔鹽中的鋁離子和鎳離子可直接在陰極上還原沉積，進(jìn)而擴(kuò)散形成擴(kuò)散涂層，使得制備溫度大幅降低至200 250°C，從而提高了工作效率，降低生產(chǎn)成本；(3)本發(fā)明熔鹽中同時(shí)存在鋁、鎳兩種元素，在后續(xù)擴(kuò)散過(guò)程中，可形成鋁鎳兩元合金共滲層，除具備單元滲鋁的優(yōu)點(diǎn)外，還可進(jìn)一步提高擴(kuò)散涂層的硬度、耐磨性能、抗高溫氧化性能和耐蝕性能。(4)與現(xiàn)有的高溫?cái)U(kuò)散技術(shù)相比，本發(fā)明中，由于提供了額外的陰極電流，鎂合金表面擴(kuò)散涂層的厚度可大幅提高至60 500微米。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1本實(shí)施例涉及一 種鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其制備方法包括如下步驟:步驟一，采用砂紙打磨除去AZ91D鎂合金表面的氧化物，隨后在在丙酮溶液中浸泡3分鐘，去除有機(jī)物，最后將在空氣中干燥處理后的鎂合金及含有摩爾分?jǐn)?shù)為3%的金屬鋁、摩爾分?jǐn)?shù)為3%的金屬鎳、摩爾分?jǐn)?shù)為4%的冰晶石、摩爾分?jǐn)?shù)為10%的NiCl2、摩爾分?jǐn)?shù)為30%的AlCl3、摩爾分?jǐn)?shù)為25%的NaCl、摩爾分?jǐn)?shù)為25%的KCl組成的滲劑粉末依次放入坩堝中，將滲劑粉末完全覆蓋鎂合金表面；步驟二，將一純鋁板插入所述滲劑粉末中，其純鋁板不與鎂合金接觸；步驟三，將AZ91D鎂合金作為陰極、純鋁板作為陽(yáng)極與直流電源連接形成回路；步驟四，將坩堝加熱至200°C、打開(kāi)直流電源，調(diào)節(jié)電流密度為3A/dm2，保溫2小時(shí)；步驟五，依次關(guān)閉直流電源、停止加熱，冷卻，即得鎂合金表面擴(kuò)散涂層。實(shí)施效果:本實(shí)施例制得的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的厚度為60微米，與未經(jīng)處理的AZ91D鎂合金相比，經(jīng)本實(shí)施例處理后的AZ91D鎂合金耐磨性提高了 2.1倍，耐蝕性提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)施例2本實(shí)施例涉及一種鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其制備方法包括如下步驟:步驟一，采用砂紙打磨除去ZK60鎂合金表面的氧化物，隨后在在丙酮溶液中浸泡4分鐘，去除有機(jī)物，最后將在空氣中干燥處理后的鎂合金及含有摩爾分?jǐn)?shù)為5%的金屬招、摩爾分?jǐn)?shù)為2%的金屬鎳、摩爾分?jǐn)?shù)為3%的冰晶石、摩爾分?jǐn)?shù)為20%的NiCl2、摩爾分?jǐn)?shù)為40%的AlCl3、摩爾分?jǐn)?shù)為15%的NaCl、摩爾分?jǐn)?shù)為15%的KCl組成的滲劑粉末依次放入坩堝中，將滲劑粉末完全覆蓋鎂合金表面；步驟二，將一純鋁板插入所述滲劑粉末中，其純鋁板不與鎂合金接觸；步驟三，將ZK60鎂合金作為陰極、純鋁板作為陽(yáng)極與直流電源連接形成回路；步驟四，將坩堝加熱至250°C，打開(kāi)直流電源，調(diào)節(jié)電流密度為5A/dm2，保溫3小時(shí)；步驟五，依次關(guān)閉直流電源、停止加熱，冷卻，即得鎂合金表面擴(kuò)散涂層。實(shí)施效果:本實(shí)施例制得的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的厚度為150微米，與未經(jīng)處理的ZK60鎂合金相比，經(jīng)本實(shí)施例處理后的ZK60鎂合金耐磨性提高了 2.3倍，耐蝕性提高了
2.5個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)施例3本實(shí)施例涉及一種鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其制備方法包括如下步驟:
步驟一，采用砂紙打磨除去AM50鎂合金表面的氧化物，隨后在在丙酮溶液中浸泡5分鐘，去除有機(jī)物，最后將在空氣中干燥處理后的鎂合金及含有摩爾分?jǐn)?shù)為2%的金屬招、摩爾分?jǐn)?shù)為5%的金屬鎳、摩爾分?jǐn)?shù)為5%得到冰晶石、摩爾分?jǐn)?shù)為13%的NiCl2、摩爾分?jǐn)?shù)為15%的AlCl3、摩爾分?jǐn)?shù)為30%的NaCl、摩爾分?jǐn)?shù)為30%的KCl組成的滲劑粉末依次放入坩堝中，將滲劑粉末完全覆蓋鎂合金表面；步驟二，將一純鋁板插入所述滲劑粉末中，其純鋁板不與鎂合金接觸；步驟三，將AM50鎂合金作為陰極、純鋁板作為陽(yáng)極與直流電源連接形成回路；步驟四，將坩堝加熱至230°C，打開(kāi)直流電源，調(diào)節(jié)電流密度為ΙΟΑ/dm2，保溫5小時(shí)，步驟五，依次關(guān)閉直流電源、停止加熱，冷卻，即得鎂合金表面擴(kuò)散涂層。實(shí)施效果:本實(shí)施例制得的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的厚度為500微米，與未經(jīng)處理的AM50鎂合金相比，經(jīng)本實(shí)施例處理后的AM50鎂合金耐磨性提高了 2.4倍，耐蝕性提高了3個(gè)數(shù)量級(jí)。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟一，將處理后的鎂合金、滲劑粉末依次放入坩堝中，使得滲劑粉末完全覆蓋于鎂合金表面； 步驟二，將一純鋁板插入所述滲劑粉末中，所述純鋁板不與鎂合金接觸； 步驟三，將所述鎂合金作為陰極、所述純鋁板作為陽(yáng)極與直流電源連接形成回路； 步驟四，將坩堝加熱至合適溫度，打開(kāi)直流電源，調(diào)節(jié)電流密度至預(yù)定值，保溫； 步驟五，依次關(guān)閉直流電源，停止加熱，冷卻坩禍，即在鎂合金表面得到了擴(kuò)散涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述處理具體為:采用機(jī)械方法去除鎂合金表面氧化物，之后放入丙酮溶液中浸泡去除鎂合金表面的有機(jī)物，干燥即可。
3.如權(quán)利 要求2所述的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其特征在于，所述浸泡時(shí)間為3 5分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述滲劑粉末包括如下摩爾分?jǐn)?shù)的各組分:金屬鋁2 5%，金屬鎳2 5%,冰晶石3 5%,NiCl210 20%,AlCl315 40%,NaClI5 30%,KClI5 30%。
5.如權(quán)利要求1所述的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述坩堝為陶瓷或石墨制品。
6.如權(quán)利要求1所述的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其特征在于，步驟四中，所述合適溫度為200 250°C。
7.如權(quán)利要求1所述的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其特征在于，步驟四中，所述預(yù)定值為3 10A/dm2。
8.如權(quán)利要求1所述的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，其特征在于，步驟四中，所述保溫時(shí)間為2 5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鎂合金表面擴(kuò)散涂層的制備方法，包括如下步驟步驟一，將處理后的鎂合金、滲劑粉末依次放入坩堝中，使得滲劑粉末完全覆蓋于鎂合金表面；步驟二，將一純鋁板插入所述滲劑粉末中，其純鋁板不與鎂合金接觸；步驟三，將所述鎂合金作為陰極、所述純鋁板作為陽(yáng)極與直流電源連接形成回路；步驟四，將坩堝加熱至合適溫度，打開(kāi)直流電源，調(diào)節(jié)電流密度至預(yù)定值，保溫；步驟五，依次關(guān)閉直流電源，停止加熱，冷卻坩堝，即在鎂合金表面得到了擴(kuò)散涂層。本發(fā)明制備溫度為200～250℃，提高了工作效率，降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明方法制得的鎂合金表面擴(kuò)散涂層的厚度為60～500微米。
文檔編號(hào)C25D3/66GK103147101SQ201310053680
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月19日
發(fā)明者鐘澄, 劉帆, 樂(lè)晶晶, 胡文彬 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)