一种提高镁合金耐磨耐蚀性能的方法与流程

本发明涉及一种提高镁合金耐磨耐蚀性能的方法，在镁合金表面激光熔覆铝基耐磨耐蚀材料，然后采用微弧氧化进一步提高耐磨耐蚀性能，其特征在于熔覆涂层材料，属于激光加工制造领域。

背景技术：

镁合金作为21世纪工业生产中实现轻量化的最重要金属结构材料之一，镁合金具有比重小、强度高、减震性好、阻尼性以及电磁屏蔽性优良、良好的导电导热性能和易回收等优点，广泛应用于汽车、生物医疗、航空航天等领域。但镁合金硬度、耐磨损、耐腐蚀性能相较于其它轻金属性能较差，严重制约了镁合金工程材料的实际生产使用，对镁合金表面改性处理以提高硬度、耐磨损、耐腐蚀性能尤为迫切。

激光熔覆技术可以在材料性能差的金属表面高效率制备功能强化涂层，改变原金属表面耐腐蚀性能与耐磨损性能。随着激光扫描速率增大，显微组织晶粒更细小、热影响区更小、耐腐蚀性能提高更显著。微弧氧化技术是一种将金属作为阳极并在阳极金属微孔中产生微弧或火花的表面改性技术，在镁合金表面激光熔覆铝基耐磨耐蚀材料后采用微弧氧化能进一步提高耐磨损性能与耐腐蚀性能。

技术实现要素：

本发明涉及一种提高镁合金耐磨耐蚀性能的材料及复合处理方法，在镁合金表面激光熔覆铝基耐磨耐蚀材料，然后采用微弧氧化进一步提高耐磨耐蚀性能。

一种提高镁合金耐磨耐蚀性能的材料及复合处理方法，其特征在于在镁合金表面激光熔覆铝基耐磨耐蚀材料，材料的成分为：si:10.00～14.00wt％、cu:0.50～1.60wt％、mg:0.40～1.00wt％、ti:0.20～0.60wt％、zr:0.20～1.10wt％、tin:5.00～15.00wt％，余量为al。

按上述强化层合金粉末按质量百分比进行选取，直径约为70～150微米，将多元合金粉末在球磨机内混合均匀,将合金粉末放置于真空干燥箱中备用。

选取镁合金板材，使用砂纸打磨去除镁合金表面氧化膜与毛刺，使用丙酮溶液清洗去除对高速激光熔覆不利的表面油污等杂质，然后进行喷砂处理。激光熔覆工艺参数为：激光功率p＝1.0～4.0kw，圆形光斑直径d＝0.5～3.0mm，激光扫描速度v＝5～40m/min，搭接率为40～50％，离焦量为+2～+8mm，送粉速率为30～90g/min，保护气体为氩气，流量为15～30l/min。

激光熔覆后，采用硅酸盐系电解液进行微弧氧化处理进一步提高耐磨耐蚀性能，电解液由以下组分组成：硅酸钠：4～10g/l、氢氧化钠：2～6g/l、氯化钠：4～8g/l、硼酸2～6g/l，将上述组分混合并通过去离子水溶解、搅拌制备电解液。微弧氧化电源电参数电压为200～500v，脉冲频率为400～800hz，占空比为10～20％，电流密度为10～20a/dm²，微弧氧化时间为20～30min。

本发明激光熔覆与微弧氧化复合制备的涂层具有较高的硬度、耐磨性能与耐腐蚀性能

附图说明

图1是激光熔覆铝基涂层显微组织形貌

图2是激光熔覆铝基涂层sem形貌

图3是激光熔覆铝基涂层tin表征

图4是激光熔覆铝基涂层xrd图谱

图5是垂直于涂层方向硬度分布曲线

图6是涂层电化学腐蚀极化曲线

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。

实施例一

(1)镁合金表面激光熔覆铝基耐磨耐蚀材料的成分为：si:10.00wt％、cu:0.50wt％、mg:0.40wt％、ti:0.20wt％、zr:0.20wt％、tin:5.00wt％、al：83.7wt％。按上述强化层合金粉末按质量百分比进行选取，直径约为70～150微米，将多元合金粉末在球磨机内混合均匀,将合金粉末放置于真空干燥箱中备用。

(2)选取az91d镁合金板材，使用砂纸打磨去除镁合金表面氧化膜与毛刺，使用丙酮溶液清洗去除对高速激光熔覆不利的表面油污等杂质，然后进行喷砂处理。涂层的激光熔覆工艺参数为：激光功率p＝1.0kw，圆形光斑直径d＝0.5mm，激光扫描速度v＝5m/min，搭接率为40％，离焦量为+2mm，送粉速率为30g/min，保护气体为氩气，流量为15l/min。

(3)激光熔覆后，采用硅酸盐系电解液进行微弧氧化处理进一步提高耐磨耐蚀性能，将4g/l硅酸钠、2g/l氢氧化钠、4g/l氯化钠、2g/l硼酸混合，通过去离子水溶解并搅拌。微弧氧化电源电参数电压为200v，脉冲频率为400hz，占空比为10％，电流密度为10a/dm²，微弧氧化时间为20min。

对实施例得到的涂层进行以下性能测试。

1、显微硬度测试

采用威尔逊vh1102显微硬度计对涂层横截面沿垂直于涂层方向进行多点硬度测试。

2、耐腐蚀性能测试

采用上海辰华chi660e电化学工作站，腐蚀液选取3.5％nacl溶液对涂层耐腐蚀性能进行测试。

实施例二

(1)实施例一相同的部分不再叙述，不同之处在于铝基耐磨耐蚀材料的成分配比：si:12.00wt％、cu:1.10wt％、mg:0.70wt％、ti:0.40wt％、zr:0.60wt％、tin:10.00wt％，al:75.2wt％。

(2)涂层的激光熔覆工艺参数为：激光功率p＝2.0kw，圆形光斑直径d＝1.5mm，激光扫描速度v＝20m/min，搭接率为45％，离焦量为+5mm，送粉速率为60g/min，保护气体为氩气，流量为20l/min。

(3)激光熔覆后，采用硅酸盐系电解液进行微弧氧化处理进一步提高耐磨耐蚀性能，将7g/l硅酸钠、4g/l氢氧化钠、6g/l氯化钠、4g/l硼酸混合，通过去离子水溶解并搅拌。微弧氧化电源电参数电压为350v，脉冲频率为600hz，占空比为15％，电流密度为15a/dm²，微弧氧化时间为25min。

实施例三

(1)实施例一相同的部分不再叙述，不同之处在于铝基耐磨耐蚀材料的成分配比：si:14.00wt％、cu:1.60wt％、mg:1.00wt％、ti:0.60wt％、zr:1.10wt％、tin:15.00wt％，al:66.7wt％。

(2)涂层的激光熔覆工艺参数为：激光功率p＝4.0kw，圆形光斑直径d＝3.0mm，激光扫描速度v＝40m/min，搭接率为50％，离焦量为+8mm，送粉速率为90g/min，保护气体为氩气，流量为30l/min。

(3)激光熔覆后，采用硅酸盐系电解液进行微弧氧化处理进一步提高耐磨耐蚀性能，将10g/l硅酸钠、6g/l氢氧化钠、8g/l氯化钠、6g/l硼酸混合，通过去离子水溶解并搅拌。微弧氧化电源电参数电压为500v，脉冲频率为800hz，占空比为20％，电流密度为20a/dm²，微弧氧化时间为30min。

技术特征：

1.一种提高镁合金耐磨耐蚀性能的方法，其特征在于，熔覆涂层材料的成分为：si:10.00～14.00wt％、cu:0.50～1.60wt％、mg:0.40～1.00wt％、ti:0.20～0.60wt％、zr:0.20～1.10wt％、tin:5.00～15.00wt％，余量为al；

步骤如下：

(1)选取镁合金板材，使用砂纸打磨去除镁合金表面氧化膜与毛刺，使用丙酮溶液清洗，然后进行喷砂处理；

(2)激光熔覆工艺参数为：激光功率p＝1.0～4.0kw，圆形光斑直径d＝0.5～3.0mm，激光扫描速度v＝5～40m/min，搭接率为40～50％，离焦量为+2～+8mm，送粉速率为30～90g/min，保护气体为氩气，流量为15～30l/min；

(3)激光熔覆后，采用硅酸盐系电解液对涂层进行微弧氧化处理，电解液由以下浓度硅酸钠：4～10g/l、氢氧化钠：2～6g/l、氯化钠：4～8g/l、硼酸2～6g/l的组分为溶质，溶剂为去离子水；微弧氧化电源电参数电压为200～500v，脉冲频率为400～800hz，占空比为10～20％，电流密度为10～20a/dm²，微弧氧化时间为20～30min。

技术总结
一种提高镁合金耐磨耐蚀性能的方法属于激光加工制造领域。熔覆涂层材料的成分为：Si:10.00～14.00wt％、Cu:0.50～1.60wt％、Mg:0.40～1.00wt％、Ti:0.20～0.60wt％、Zr:0.20～1.10wt％、TiN:5.00～15.00wt％，余量为Al。激光功率P＝1.0～4.0KW，圆形光斑直径d＝0.5～3.0mm，激光扫描速度V＝5～40m/min，搭接率为40～50％，离焦量为+2～+8mm，送粉速率为30～90g/min，保护气体为氩气，流量为15～30L/min。激光熔覆后，采用硅酸盐系电解液进行微弧氧化处理，微弧氧化电源电参数电压为200～500V，脉冲频率为400～800Hz，占空比为10～20％，电流密度为10～20A/dm2，微弧氧化时间为20～30min，本发明可显著提高镁合金表面硬度、耐磨性能与耐腐蚀性能。

技术研发人员：杨胶溪;武飞宇;阳代军;李曙光;孙宏波
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2020.07.02
技术公布日：2020.11.17