一种新型提高镁合金耐蚀性能的工艺技术方法
【技术领域】
[0001]本发明属于镁合金材料的表面改性处理范畴，特别涉及到在镁合金表面采用金属涂层作为防护涂层的工艺技术方法。
【背景技术】
[0002]镁合金由于其密度小，比强度高，比弹性模量大，导电导热性能好，消震性好，承受冲击载荷能力大的特点，目前已被广泛应用于航空、航天、运输、化工、汽车、医药等部门中。然而其耐蚀性能差，使得镁合金的使用和发展受到严重的阻碍。目前，在实际应用中必须对镁合金进行适当的表面处理，这已经变成了不可或缺的关键步骤。常用的镁合金表面处理方法有:化学处理；阳极氧化；金属涂层；激光处理；离子注入等。其中对镁合金进行金属镀层已被证实为一种高效可行的方法，然而由于以下原因使得镁合金成为最难镀的金属:(I)镁合金表面极易氧化形成一层疏松的氧化层，不易清除干净，严重影响镀层与基体结合力；
[2]镁的电化学活性太高，在所有酸性镀液中都会迅速腐蚀，并且与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散；(3)镁合金中的第二相(如稀土相、γ相等)具有不同的电化学特性，可能导致涂层不均匀；(4)镁合金基体的电位很低，而镀层的标准电位要远大于基体，镀层中如果存在通孔则会增大腐蚀电流，会引起严重的电化学腐蚀，而镁合金中杂质的存在可能会成为镀层空隙的来源。本发明采用一种新型提高镁合金耐蚀性的方法，在镁合金基体表面获得了一层均匀致密的N1-Cr涂层，其操作简单，制备成本低，实用性强，并且对基体耐蚀性有显著的提高。这为改善镁合金耐蚀性能提供了一种新的方法思路。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，克服了镁合金采用电镀、化学镀等表面处理技术获得涂层与基体结合力差以及由于镁合金本身的高活泼性在水溶液中迅速氧化等问题。提供一种在镁合金表面形成一层均匀致密，结合力强且耐腐蚀性好的涂层的一种新的技术方法。
[0004]本发明采用的技术方案具体过程如下:
[0005]步骤一:将镁合金进行预处理，在预磨机上用500至2000目砂纸依次打磨去除表层氧化层，然后放入丙酮溶液中超声波辅助清洗3-5min，用去离子水清洗并用冷风吹干，放入干燥器中以备用。
[0006]步骤二:选择N1、Cr纯金属(纯度:99.99at% )并通过非自耗电弧熔炼方法获得N1-18Cr电极棒(其中Cr含量为18at.%，原子比)，然后在850°C氩气中退火24小时后，取出作为旋转电极。对沉积电极的表面处理采用200目砂纸打磨去除氧化层至光亮，然后放入丙酮溶液中超声波清洗3-5min，取出后用去离子水清洗并用冷风吹干。
[0007]步骤三:微弧合金化工艺过程制备N1-Cr合金层的工艺调节:设定沉积电压为70-90V ;频率为400-600Hz ;脉宽为200-400 μ s ；占空比:5~15% ;功率为1500W。控制旋转电极转速为1500-3500r/min，气体流量氩气流量为10_15L/min的保护下。在镁合金表面沉积2min，可以在表面获得一层厚度在20-40 μ m的N1-Cr涂层，涂层均匀致密且结合强度尚O
[0008]所述待保护的镁合金选自包括AZ91、AZ31牌号在内的AZ系列压铸镁合金。其预处理过程为:在预磨机上用500至2000目砂纸对镁合金进行依次打磨，然后放入丙酮溶液中超声波辅助清洗3-5min，用去离子水冲洗并用冷风吹干。
[0009]所述的旋转电极采用的是N1-Cr合金，其制备过程为:选择N1、Cr纯金属，其纯度为:99.99at%。配比好Ni与Cr的合金比例(其中Cr含量为18at.% ,原子比)，通过非自耗电弧熔炼方法获得N1-18Cr电极棒，然后在850°C氩气中退火24小时后，取出作为旋转电极。对沉积电极的表面处理采用200目砂纸打磨去除氧化层至光亮，然后放入丙酮溶液中超声波清洗3-5min，取出后用去离子水清洗并用冷风吹干。所述的N1-Cr电极直径为Φ 1 -5mm,长度为 20-100mm。
[0010]所述高能微弧合金化工艺为:沉积电源选用单向脉冲电源，在额定功率1500W下设定沉积参数:电压为70-90V ;电流脉宽为200-400 μ s ;频率为400_600Hz ;占空比为5-15% ;沉积时间为2min ;电极旋转速度为1500_3500r/min。
[0011]所述保护性气体为氩气，其纯度大于99%，输出量为10-15L/min。
[0012]本发明在镁合金表面制备的微晶化N1-Cr涂层厚度在20-40 μ m，有效的阻止外界污染物和腐蚀溶液到达镁合金基体，能够大幅度提高镁合金的耐蚀性能。并且本发明通过电火花沉积技术得到的N1-Cr金属涂层与镁合金结合力强，为典型的冶金结合。制备的N1-Cr涂层的自腐蚀电位为-0.56V相比于镁合金的自腐蚀电位(-1.5V左右)正移了近100mV,自腐蚀电流也降低了 5个数量级，改性处理后的N1-Cr涂层对镁合金基体可长期提供有效的防护。
【附图说明】
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[0013]图1为AZ91D镁合金上制备的N1-Cr涂层截面形貌
[0014]图2为AZ91D镁合金基体与制备的表面N1-Cr涂层在3.5% NaCl溶液中的动电位极化曲线
【具体实施方式】
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[0015]电火花沉积的基体为片状镁合金金属试样，其采用尺寸大小为:长*宽*高:
1mm氺1mm氺5mm。
[0016]实施例1:
[0017]将AZ91D镁合金试样分别用500至2000目的砂纸依次进行打磨，去除氧化层，并将试样放入丙酮溶液中超声波辅助清洗3-5min。然后用去离子水清洗，冷风吹干。将N1、Cr纯金属按0.82:0.18(原子比)进行配比，并通过非自耗真空熔炼炉进行熔炼，获得直径*长为3mm*100mm大小的Ni_18Cr合金电极棒，然后在850 °C氩气中退火24小时后，取出作为旋转电极，并用200目砂纸进行打磨去除氧化层，并放入丙酮溶液中超声波辅助清洗3-5min。然后用去离子水清洗，冷风吹干。
[0018]合金涂层形成过程:将预处理好的AZ91D镁合金试样作为基体材料，当作沉积过程中的阴极并连接脉冲电源设备的阴极，N1-Cr电极作为阳极连接在沉积枪上，通电后做旋转运动，调节好工艺参数:在额定功率1500W下，设定沉积电压为70V ;频率为400Hz ;脉宽为200 μ s ;占空比5% ;氩气流量为15L/min，电极旋转速度设定为1500r/min，沉积时间为2min，沉积时调整沉积枪与基体以确保整个试件表面均获得涂层，即可获得涂层厚度在40