一种镁合金表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料加工工程的热喷涂领域，涉及一种利用热喷涂法在镁合金表面形成耐腐耐蚀涂层的镁合金表面处理方法。
【背景技术】
[0002]中国是世界上镁资源最丰富的国家，菱镁矿探明储量约占世界的1/4，具有发展镁产业的先天性基础条件；此外，中国不但是一个摩托车生产、消费和出口大国，也是一个汽车生产和消费大国，镁及镁合金产品的市场应用前景广阔；普通镁合金最大缺点是在熔化和成型过程中易氧化燃烧，这使得镁合金的熔炼一直非常棘手，在有熔剂或气体保护下熔炼，虽然能阻止镁合金的燃烧，但仍存在很多问题，未从本质上解决其易氧化燃烧的问题，以至于造成生产中的环境污染、装备复杂和合金性能降低；于是人们通过合金化的方法来达到阻燃的目的，以消除前两种方法带来的不利影响，并称之为合金化阻燃法，其机理是在镁合金熔炼过程中添加特定的合金元素来影响合金氧化的热力学反应与动力学过程，形成具有保护作用的致密氧化膜，达到阻止合金剧烈氧化的目的，并且使镁合金在后续加工过程中的氧化燃烧的倾向大大降低，从而提高镁合金的加工安全性；通常是向镁合金中加入碱金属、稀土等合金阻燃元素，从而提高镁合金的燃点，使熔炼和浇铸时不产生燃烧，提高了镁合金的加工安全性；针对镁合金易腐蚀，不耐磨的缺点，除了开发高纯镁和新型镁合金外，进行适当的表面处理也是一种有效的办法。
[0003]目前，采用的表面处理方法如涂装、阳极氧化处理、微弧氧化处理、化学转换处理等虽然可以提高其抗氧化和耐腐蚀性能，但是也存在着不可忽视的局限性，微弧氧化处理、化学转换处理等虽然可以提高其抗氧化和耐腐蚀性能，但是也存在着不可忽视的局限性；对化学转化膜的耐蚀性研宄表明化学转化膜只能减缓腐蚀速度并不能有效防止腐蚀，而阳极氧化膜具有多孔的特点，因此涂层必须进行封闭处理，工艺复杂；微弧氧化又存在着产生有害离子的严重缺陷，不符合现在环保发展的要求；而通常在镁合金表面电镀或化学镀金属是很困难的，原因是镁合金十分活泼，表面迅速形成氧化膜阻止镀层金属与基体之间形成金属-金属键；镁是碱土金属，在溶液中与其它金属离子的置换反应十分剧烈。又由于镁合金燃点低容易燃烧，所以一般不采用热喷镀和热浸镀综上，现在所采用的镁合金表面处理方法都存在着例如工艺复杂、成本较高、污染环境等一些缺点，从而大大增加了镁合金的使用成本；因此，研发一种能克服以上缺陷的的镁合金表面处理方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种镁合金表面处理方法，该表面处理方法采用复合复合喷涂的方法在镁合金表面形成结合强度高且致密性好、对环境污染小的耐蚀、耐磨的涂层，该表面处理方法简单易行，成本低廉。
[0005]本发明解决以上技术问题的技术方案是: 一种镁合金表面处理方法，该表面处理方法包括三个阶段，即预处理阶段、喷涂阶段和喷后处理阶段，其中:
(1)预处理阶段:
对选用的镁合金板块用砂纸进行打磨，然后用丙酮对打磨后的表面进行清洗，然后自然晾干，晾干后对镁合金板块的表面进行喷砂粗化处理，喷砂后用压缩空气对镁合金板块进行喷吹处理，然后再次用丙酮清洗镁合金板块的表面，自然晾干后对镁合金板块加热至80-95 0C，保温 5-10min 待用；
镁合金板块材料由Mg、Al、Mn、Zn、Cu、N1、Sc、P、Zr、Y、Ca、Sr、B、Co、稀土元素组成，其各组分的百分含量为:
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%，其余为 Mg ；
稀土元素按重量百分比计包括以下组分:Ce:8-10%, Nd: 15-18%，Gd:10-15%, Pr:11-13%，Yb:3-5%, La: 12-15%，Sm: 10-15%，其余为镧系元素；
(2)喷涂阶段:
a.先在镁合金板块表面上火焰喷涂上喷涂NiCrAH粘结底层打底，控制喷涂的距离为90-100_，喷涂的角度为60-85°，送粉气流量为0.5-0.7m3/h，喷涂后粘结底层的厚度为85—95 μm ；
b.在粘结底层上用等离子焰流预热5-8min，等离子焰流轴线与被喷涂镁合金板块表面的角度为45-60°，然后等离子喷涂工作层Zr02/Ti02/Y203涂层，喷涂距离为100-120mm，喷涂角度为50-60°，送粉气流量为0.6-0.8 m3/h，喷涂的涂层厚度为200-300 ym ;
c.在工作层Zr02/Ti02/Y203陶瓷涂层上采用电弧喷涂工艺制得NiCrAl金属耐腐耐蚀涂层，使用直径为3-5mm的纯铝丝材，喷涂的涂层为250-320 μ m，电弧喷涂的工艺参数为:电压28-30V，空气压力0.5-0.6MPa，喷涂距离为110-150mm，喷涂角度为80-90° ；
(3)喷后处理阶段:
对镁合金板块进行封孔处理，封孔处理具体为: a.溶妝的制备:
在反应瓶中管加入无水乙醇和太酸丁酯进行混合，然后在在催化剂Ti02的作用下搅拌15-20min，得到淡黄色的Ti02溶胶；
将正娃酸乙醋和无水乙醇混合搅拌5-10min，然后加入Si02，在室温下搅拌5_8min密封静置，陈化l_3h后得到Si02溶胶；
将制备得到的Ti02溶胶和Si02溶胶按1:2的体积比混合搅拌20-25min，将所得的混合溶胶在室温下密封静置，自然陈化2-3h后对镁合金板块上的涂层进行封孔；
b.将步骤(2)喷涂后的镁合金板块在室温下放入混合溶胶中浸渍5-8min，然后将浸渍过后的镁合金板块提拉出混合溶胶的液面，在空中垂直放置5-6min ;
c.将浸渍有混合溶胶后的镁合金板块在室温下放置30-50min至成为稳定的凝胶膜后，放入电阻炉中加热，升温速度为1_3°C/min，升温至420-430°C时保温l_3h，最后空冷到室温，镁合金板块的表面得到致密光滑的耐腐耐蚀涂层。
[0006]本发明进一步限定的技术方案为:
前述镁合金表面处理方法中，步骤(I)中喷砂粗化处理具体为:用喷砂机将棕刚玉砂均匀喷涂在镁合金板块的表面，其中:
喷砂机的压力为1.2-1.6MPa，压缩空气干燥、无油；棕刚玉砂粒度为10号，并棕刚玉砂清洁干燥无油污。
[0007]前述镁合金表面处理方法中，步骤(2)中在进行等离子喷涂工作层Zr02/Ti02/Y203涂层时，工作层中各组分的百分含量为，ZrO2:80-85%, T1 2: 10-15%, Y 203:6_8%，以上各组分之和为100%。
[0008]本发明的有益效果是:
本发明中的镁合金板块的原料中含有少量的N1、Sc, Cu成本低，可降低镁合金的热敏感性，提高合金的可焊性，延长了使用寿命；镁合金原料中添加了稀土元素，稀土元素因具有独特的核外电子排布，在冶金过程中它可以改善组织，提高合金的室温和高温性能，增强合金耐烛性，镁合金中添加稀土元素Ce可提高合金初期溶化温度，Nd实现动态析出而阻止晶粒长大，从而提高挤压后的力学性能，Gd、Ce提高了合金初期熔化温度，提高了镁合金的延伸率和挤压速度，镁合金的高质量保证了表面处理过程中的稳定性，及处理后得到的涂层的耐腐蚀性，保证了最终制备的涂层高质量。
[0009]本发明一开始使用丙酮清洗镁合金板块的表面，因镁合金极易氧化，表面易形成氧化镁，这层氧化镁疏松，如未进行好的表面处理，会导致中间层与基体的结合力差，起不到防腐蚀的作用，所以本发明先用丙酮清洗表面，目的是除去试样表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其它污物，关键是除去能够严重影响涂层与基体间结合强度的试样表面和渗入其中的油脂；其次涂层与基体的结合强度和基体表面的清洁度有关，故喷涂前工件表面应干燥，无灰尘。
[0010]采用喷砂粗化处理，增加涂层与基体间的接触面，增大涂层与基体的机械咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基体的结合强度，同时，基材表面的粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的，由于镁合金板块是软基体，喷砂颗粒可能被镶嵌在基体表面，喷砂后还需采用压缩空气进行喷吹处理，以除去任何可能被镶嵌的颗粒，然后用丙