专利名称：镁锂合金表面钛改性层的制备方法
技术领域：
本发明涉及合金钛改性层的制备方法；具体涉及镁锂合金表面钛改性层的制备方法。
背景技术：
镁锂合金是最轻的金属结构材料，不仅具有高比刚度和良好的切削加工性，还具有良好的磁屏蔽、防震等性能。在通讯电子工业、军工和航空航天领域中得到日益广泛的应用。抗蚀性差是制约镁锂合金应用的一个主要因素。镁锂合金的化学性质比其他镁合金活泼，这是由于Li本身非常活泼，同时由于Li在Mg中增加了 Mg的化学活性。镁锂合金在潮湿大气中的应力腐蚀敏感性很大，常温下放置在大气中也会发生严重腐蚀。因此有效的防护手段是扩大其应用的前提。下面列举了一些近年来Mg-Li合金的表面防护方法。Siarma研究了镁锂合金的铬酸盐化学转化膜，得到厚度为8 Ilym的铬酸盐膜。韩玉昌等对Mg-13Li-5ai合金进行化学镀镍研究，结果表明采用化学镀镍的方法可以在Mg-13Li-5&i合金表面得到一层均勻、致密的镍磷合金镀层，该镀层可以给Mg-13Li-Mn 合金提供一定程度的保护。Yamauchi等采用化学气相沉积方法(CVD)在Mg_14Li合金上制备了类金刚石涂层(DLC)，该涂层减缓了 Mg-14Li合金的脱锂。上述这些方法虽在一定程度上提高了镁锂合金的耐蚀性能，但这些方法大都涉及液体，而Li的标准电极电位为-3. 045V,电负性比Mg还要大，因此镁锂合金在电解液中腐蚀速度极快，虽通过电化学方法可在镁锂合金表面形成涂层，但同时也伴随着基体合金的快速腐蚀。因此，上述这些方法还不够成熟。
发明内容
本发明要解决现有镁锂合金存在耐腐蚀性能差的技术问题；而提供了镁锂合金表面钛改性层的制备方法。镁锂合金表面钛改性层的制备方法是按下述步骤进行的一、依次用对0#、600#、 1000\1500#和1000#水砂纸打磨镁锂合金表面，然后抛光，再放入分析纯丙酮中超声波清洗，然后放入无水乙醇中超声波清洗，吹干；二、将经步骤一处理的镁锂合金置于真空室内的样品台上并接在高压脉冲电源的高压脉冲输出端，以纯度为99. 9% (质量)的工业纯钛靶为磁控溅射靶材并接在磁控溅射电源的高功率脉冲输出端，然后真空室抽真空，待真空度为4. OX 10-3 时通入高纯氩气，开启高压脉冲电源，然后开启磁控溅射电源，通过直流起辉预离化，再调节工作参数进行离子注入与沉积，即镁锂合金表面钛改性层；其中，步骤二所述的工作参数离子注入时间为15 35min，直流电流为0. 3 0. 5A，脉冲电流频率为 50 52Hz，脉冲电流脉宽为200 210 μ s，脉冲电流均值为0. 03Α,气压为0. 5Pa，偏压为 350 660V。通过能谱分析和显微硬度测试，本发明方法在镁合金表面形成钛层，其表面硬度提高了 40%左右。
图1是试验一镁锂合金的离子注入钛改性层的能谱图；图2是试验二镁锂合金的离子注入钛改性层的能谱图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式中镁锂合金表面钛改性层的制备方法是按下述步骤进行的一、依次用240#、600#、1000#、1500#和1000#水砂纸打磨镁锂合金表面，然后抛光， 再放入丙酮分析纯中超声波清洗，然后放入无水乙醇中超声波清洗，吹干；二、将经步骤一处理的镁锂合金置于真空室内的样品台上并接在高压脉冲电源的高压脉冲输出端，以纯度为99. 9% (质量)的工业纯钛靶为磁控溅射靶材并接在磁控溅射电源的高功率脉冲输出端，然后真空室抽真空，待真空度为4. OXlO-3Pa时通入高纯氩气，开启高压脉冲电源，然后开启磁控溅射电源，通过直流起辉预离化，再调节工作参数进行离子注入与沉积，即镁锂合金表面钛改性层；其中，步骤二所述的工作参数离子注入时间为15 35min，直流电流为 0. 3 0. 5A，脉冲电流频率为50 52Hz，脉冲电流脉宽为200 210 μ s，脉冲电流均值为 0. 03A，气压为0. 5Pa，偏压为350 660V。通过能谱分析和显微硬度测试，本实施方式方法在镁合金表面形成钛层，其表面硬度提高了 40%左右。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一所述超声波清洗的时间为10 30min、超声波的频率为20kHz和超声波的功率200w。其它步骤和参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
二不同的是步骤一所述超声波清洗的时间为20min。其它步骤和参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤一中用三氧化铬研磨膏抛光。其它步骤和参数与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤二所述离子注入时间为20 30min。其它步骤和参数与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤二所述离子注入时间为25min。其它步骤和参数与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤二所述偏压为400 450V。其它步骤和参数与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤二所述偏压为650V。其它步骤和参数与具体实施方式
一至六之一相同。采用下述试验验证本发明效果试验一镁锂合金表面钛改性层的制备方法是按下述步骤进行的一、依次用对0#、600#、1000#、1500#和1000#水砂纸打磨镁锂合金表面，然后抛光， 再放入丙酮(分析纯)中超声波清洗lOmin，频率20kHz和功率200w，然后放入无水乙醇中超声波清洗lOmin，频率20kHz和功率200w，用吹风机吹干；
二、将经步骤一处理的镁锂合金置于真空室内的样品台上并接在高压脉冲电源的高压脉冲输出端，以纯度为99. 9% (质量)的工业纯钛靶为磁控溅射靶材并接在磁控溅射电源的高功率脉冲输出端，然后真空室抽真空，待真空度为4. OXlO-3I5a时通入高纯氩气， 开启高压脉冲电源(并调节高压脉冲电源输出脉冲的电压值为0. 5 lOOkv，脉冲频率为 0 1000Hz，脉宽为0 50 μ s)，然后开启磁控溅射电源，通过直流起辉预离化，再调节工作参数进行离子注入与沉积，即镁锂合金表面钛改性层；其中，步骤二所述的工作参数时间15min，直流0. 3A，脉冲电流频率50Hz，脉冲电流脉宽200 μ s，脉冲电流均值0. 03A,气压 0. 5Pa，偏压 650V。对试验一镁锂合金的离子注入钛改性层进行能谱分析(见附图1)，结果表明，合金表面形成钛层。利用维氏显微硬度计测量试样基体和涂层的显微硬度，结果表明经离子注入和沉积的试样的平均硬度提高了 40%左右。试验二 镁锂合金表面钛改性层的制备方法是按下述步骤进行的制备钛改性层前，样品经MOs，600#，IOOOfl, 1500#，2000#水砂纸依次打磨，然后用三氧化铬研磨膏抛光。将处理后的基体放入丙酮(分析纯)中用超声波清洗lOmin，频率为 20kHz，功率为200w，去除表面的污渍，然后放入无水酒精中用超声波清洗lOmin，用吹风机将样品吹干放入样品室中。膜层制备过程的中相应气体为氩气(99.99%)。试验用磁控溅射靶材为99. 9%的工业纯钛靶。将待处理工件置于真空室内的样品台上，工件接高压脉冲电源的高压脉冲输出端，安装在真空室上的磁控溅射靶源接磁控溅射电源的高功率脉冲输出端。将真空室抽真空，待真空度为4. OX 10-3 时，通入高纯氩气。脉冲同步匹配装置根据高压脉冲电源输出的高压同步触发信号来控制磁控溅射电源工作。开启高压脉冲电源，并调节高压脉冲电源输出脉冲的电压值为0. 5 lOOkv，脉冲频率为0 1000Hz，脉宽为0 50 μ S。开启磁控溅射电源，先通过直流起辉预离化，调节所需工艺参数，磁控溅射电源输出脉冲的电压值为 300 2500V，脉宽为0 100 μ s，控制高压脉冲电源输出电压和磁控溅射电源输出脉冲的相位差为-1000 1000 μ S，进行离子注入与沉积。工作参数时间35min，直流0. 5A，脉冲电流频率52Hz，脉冲电流脉宽210 μ s，脉冲电流均值0. 03A,气压0. 5Pa，偏压660V。对镁锂合金的离子注入钛改性层进行能谱分析(见附图2)，结果表明，合金表面形成钛层。利用维氏显微硬度计测量试样基体和涂层的显微硬度，结果表明经离子注入和沉积的试样的平均硬度提高了 42%左右。
权利要求
1.镁锂合金表面钛改性层的制备方法，其特征在于镁锂合金表面钛改性层的制备方法是按下述步骤进行的一、依次用240#、600#、1000#、1500#和1000#水砂纸打磨镁锂合金表面，然后抛光，再放入分析纯丙酮中超声波清洗，然后放入无水乙醇中超声波清洗，吹干；二、将经步骤一处理的镁锂合金置于真空室内的样品台上并接在高压脉冲电源的高压脉冲输出端，以工业纯钛靶为磁控溅射靶材并接在磁控溅射电源的高功率脉冲输出端， 然后真空室抽真空，待真空度为4. 0 X IO-3Pa时通入高纯氩气，开启高压脉冲电源，然后开启磁控溅射电源，通过直流起辉预离化，再调节工作参数进行离子注入与沉积，即镁锂合金表面钛改性层；其中，步骤二所述的工作参数离子注入时间为15 35min，直流电流为 0. 3 0. 5A，脉冲电流频率为50 52Hz，脉冲电流脉宽为200 210 μ s，脉冲电流均值为 0. 03A，气压为0. 5Pa，偏压为350 660V。
2.根据权利要求1所述镁锂合金表面钛改性层的制备方法，其特征在于步骤一所述超声波清洗的时间为10 30min、超声波的频率为20kHz和超声波的功率200w。
3.根据权利要求2所述镁锂合金表面钛改性层的制备方法，其特征在于步骤一所述超声波清洗的时间为20min。
4.根据权利要求1、2或3所述镁锂合金表面钛改性层的制备方法，其特征在于步骤一中用三氧化铬研磨膏抛光。
5.根据权利要求4所述镁锂合金表面钛改性层的制备方法，其特征在于步骤二所述离子注入时间为20 30min。
6.根据权利要求4所述镁锂合金表面钛改性层的制备方法，其特征在于步骤二所述离子注入时间为25min。
7.根据权利要求5所述镁锂合金表面钛改性层的制备方法，其特征在于步骤二所述偏压为400 450V。
8.根据权利要求5所述镁锂合金表面钛改性层的制备方法，其特征在于步骤二所述偏压为650V。
全文摘要
镁锂合金表面钛改性层的制备方法，它涉及合金钛改性层的制备方法。本发明要解决现有镁锂合金存在耐腐蚀性能差的技术问题。方法一、水砂纸打磨镁锂合金表面，然后抛光，丙酮分析纯中超声波清洗，再在无水乙醇中超声波清洗，吹干；二、然后置于真空室内的样品台上并接在高压脉冲电源的高压脉冲输出端，以工业纯钛靶为磁控溅射靶材并接在磁控溅射电源的高功率脉冲输出端，然后真空室抽真空，待真空度为4.0×10-3Pa时通入高纯氩气，开启高压脉冲电源，然后开启磁控溅射电源，通过直流起辉预离化，再调节工作参数进行离子注入与沉积，即镁锂合金表面钛改性层。本发明方法在镁合金表面形成钛层，其表面硬度提高了40％左右。
文档编号C23C14/16GK102345103SQ20111028649
公开日2012年2月8日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者刘洪丽, 吴明忠, 周海波, 李春洁, 李洪波, 王涛, 王静, 赵淑金 申请人:佳木斯大学