专利名称：一种制备镁合金的方法
技术领域：
本发明涉及材料表面改性领域，具体地涉及一种制备镁合金的方法。
背景技术：
镁合金板材是航空、航天工业不可缺少的材料。航空材料减重带来的经济效益和性能改善十分显著，商用飞机与汽车减重相同质量带来燃油费用节省，前者是后者的近100 倍，而战斗机的燃油费节省又是商用飞机的近10倍，更重要的是其机动性能改善可以极大提高其战斗力和生存能力。正因为如此，航空工业才会采取各种措施增加镁合金应用。现在飞机所用的铝材料约占飞机总重量的85%，高强度、耐腐蚀的镁合金板比铝板性能更好， 在飞机上应用更有优势。镁合金是减轻武器装备质量，实现武器装备轻量化，提高武器装备各项战术性能的理想结构材料。军工上应用，如直升机、歼击机都要大量使用；坦克、装甲车、军用吉普车、 枪械武器等等，可使单兵综合作战系统降到6. 37Kg。用镁板制造子弹壳、炮弹壳，使单兵子弹负载增加一倍。交通工具上应用，如汽车、火车、船舶等，减轻重量、节省能源、减少污染，国家正大力发展。在3C产品上广泛应用。在电源上应用，镁电源类产品都是高能无污染电源，如制造镁锰干电池、镁空气电池、镁海水电池、鱼雷电源以及动力电池。高电位镁合金牺牲阳极板用在金属保护上。民用也很广。如环保建筑装饰板材、体育、医疗器械、工具、高级眼镜架、手表壳、高级旅行用品等。国内的彩色镁合金生产目前处于起步阶段，据国内期刊的有关报道，不少技术问题尚处于探讨研究阶段，在着色方法上大多采用镁合金的化学转化膜，按溶液可分为铬酸盐系、有机酸系、磷酸盐系、KMn04系、稀土元素系和锡酸盐系等。化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长，但基本上不影响膜层的X射线衍射相结构。 但阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均勻的氧化膜层。金属涂层处理， 镁及镁合金是最难镀的金属，其原因如下(1)镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力；( 镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，或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)电镀或化学镀是同时获得优越耐蚀性和电学、电磁学和装饰性能的表面处理方法，缺点是前处理中的Cr、F及镀液对环境污染严重，镀层中多数含有重金属元素，增加了回收的难度与成本。 由于镁基体的特性，对结合力还需要改善
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种易于操作、绿色无污染、成本低、适于批量生产、基本不改变镁合金的形状和尺寸的制备镁合金的方法，通过该方法制得的镁合金涂层稳定、色彩丰富、重现性好、与基体结合牢固、表面硬度高、耐磨耐腐蚀。本发明的技术方案是这种制备镁合金的方法，利用激光的光-热-化学效应在镁合金表面氧化生成氧化物薄膜，通过氧化物本身的颜色与薄膜的干涉作用共同使镁合金表面着色，同时通过连续激光工艺参数的改变与光斑能量的调制，采用旋转激光头制备大面积的曲面或平面的彩色镁合金。由于采用以上方法，所以易于操作、绿色无污染、成本低、适于批量生产、基本不改变镁合金的形状和尺寸，并且通过该方法制得的镁合金涂层稳定、色彩丰富、重现性好、与基体结合牢固、表面硬度高、耐磨耐腐蚀。
具体实施例方式下面对本发明的技术方案做进一步的详细描述。这种制备镁合金的方法，利用激光的光-热-化学效应在镁合金表面氧化生成氧化物薄膜，通过氧化物本身的颜色与薄膜的干涉作用共同使镁合金表面着色，同时通过连续激光工艺参数的改变与光斑能量的调制，采用旋转激光头制备大面积的曲面或平面的彩色镁合金。优选地，这种制备镁合金的方法包括以下步骤(1)将切割后的镁合金采用40°C硝酸进行酸洗lmin，然后用清水清洗;3min-5min， 取出后在热空气中快速干燥；(2)将经步骤(1)处理后的镁合金放置在由计算机控制线性二次磁悬浮的工作台上，采用各种激光工艺参数及工作台速度进行激光氧化着色大面积处理，通过激光的光-热-化学作用获得带有不同颜色的镁合金表面氧化物薄膜；(3)将步骤⑵处理后的彩色镁合金在15°C _75°C的超声波中用酒精清洗 5min-10min,制得大面积彩色镁合金。优选地，所述的Z-W计算机控制的工作台移动速度为lmm/S-40mm/S，连续激光功率为35W-550W，激光矩形光斑尺寸为0. 2mmXl. 31mm_5_X 7_，激光作用时间0. k_7s，离焦量0. 01mm-15mm，光斑搭接率5% -70%。优选地，所述的激光器采用连续激光器，氧气采用同轴输送且氧气流量为0. 5L/ min-5L/min,或直接采用空气中的氧气。优选地，所述的激光光斑为调制后能量均勻的矩形光斑。优选地，所述的表面氧化物薄膜为单氧化物膜或各种氧化物构成的氧化物复合薄膜。优选地，所述的镁合金为Mg-AL-Si-Mn系的镁合金材料。本发明提出的方法，其原理是通过改变镁合金表面粗糙度、激光工艺参数或工作台的速度，在连续激光氧化后获得不同的氧化物(Mg、AL、Ti、i^、Cu等的氧化物)及不同厚度的氧化物薄膜，即镁合金表面氧化膜为双氧化物薄膜或各种氧化物构成的氧化物复合薄膜，复合薄膜的存在使镁合金表面呈现出更加丰富多彩的颜色。镁合金表面的颜色是由连续激光处理后形成氧化物的颜色以及不同厚度氧化膜通过光的干涉作用共同形成的。根据光的干涉原理可知，在不改变氧化物膜厚度的情况下，如果表面氧化物膜的成分改变，一方面氧化物自身的颜色会改变，另一方面也会改变其折射率，从而使干涉后的颜色也发生变化。如果不改变表面氧化膜成分，而只改变氧化膜厚度，也会因此而呈现不同的颜色。以上氧化物膜的成分以及氧化物膜的厚度均是通过改变激光工艺参数(功率、光斑尺寸、离焦量、作用时间及光斑搭接率等)等来实现的，同时采用特制的旋转激光头制备大面积的曲面或平面彩色镁合金。以下是
具体实施例方式实施例1 1、步骤1)将切割后的镁合金采用40度硝酸进行酸洗lmin，然后用清水清洗3. 5min，取出后在热空气中快速干燥；2)将经步骤1)处理后的镁合金放置在Z-W计算机控制的工作台上，在氧气流量为 0. 7L/min的环境中进行激光氧化着色处理Z_W计算机控制的工作台移动速度为3mm/s，连续激光功率为80W，激光矩形光斑尺寸为lmmXlmm，激光作用时间为ls，离焦量为0. 01mm，光斑搭接率30%，获得蓝黑色的镁合金表面氧化膜；3)将步骤2~)处理后的彩色镁合金在35°C的超声波中用酒精清洗6min，取出后在热空气中快速干燥，制得干净、稳定的彩色镁合金。2、性能1)采用划痕法测定镁合金表面着色膜与基体的结合性能，依据参考国家标准 GB5270-85。2)采用HXD-1000型显微硬度计测试彩色镁合金表面显微硬度，实验载荷为500g， 加载时间为10s。表面显微硬度测试是激光氧化着色处理后在彩色镁合金表面不同地方平行等距测试五个点，取平均值，结果如表1所示。表 权利要求
1.一种制备镁合金的方法，其特征在于利用激光的光-热-化学效应在镁合金表面氧化生成氧化物薄膜，通过氧化物本身的颜色与薄膜的干涉作用共同使镁合金表面着色， 同时通过连续激光工艺参数的改变与光斑能量的调制，采用旋转激光头制备大面积的曲面或平面的彩色镁合金。
2.根据权利要求1所述的制备镁合金的方法，其特征在于包括以下步骤(1)将切割后的镁合金采用40°C硝酸进行酸洗lmin，然后用清水清洗;3min-5min，取出后在热空气中快速干燥；(2)将经步骤(1)处理后的镁合金放置在由计算机控制线性二次磁悬浮的工作台上，采用各种激光工艺参数及工作台速度进行激光氧化着色大面积处理，通过激光的光-热-化学作用获得带有不同颜色的镁合金表面氧化物薄膜；(3)将步骤(2)处理后的彩色镁合金在15°C-75 °C的超声波中用酒精清洗 5min-10min,制得大面积彩色镁合金。
3.根据权利要求2所述的制备镁合金的方法，其特征在于所述的Z-W计算机控制的工作台移动速度为lmm/s-40mm/s，连续激光功率为35W-550W，激光矩形光斑尺寸为0. 2mmXl. 31mm-5mmX7mm,激光作用时间0. 5s-7s,离焦量0. 01mm-15mm,光斑搭接率 5% -70%。
4.根据权利要求2所述的制备镁合金的方法，其特征在于所述的激光器采用连续激光器，氧气采用同轴输送且氧气流量为0. 5L/min-5L/min，或直接采用空气中的氧气。
5.根据权利要求2所述的制备镁合金的方法，其特征在于所述的激光光斑为调制后能量均勻的矩形光斑。
6.根据权利要求2所述的制备镁合金的方法，其特征在于所述的表面氧化物薄膜为单氧化物膜或各种氧化物构成的氧化物复合薄膜。
7.根据权利要求2所述的制备镁合金的方法，其特征在于所述的镁合金为 Mg-AL-Zn-Mn系的镁合金材料。
全文摘要
公开了一种易于操作、绿色无污染、成本低、适于批量生产、基本不改变镁合金的形状和尺寸的制备镁合金的方法，通过该方法制得的镁合金涂层稳定、色彩丰富、重现性好、与基体结合牢固、表面硬度高、耐磨耐腐蚀。这种制备镁合金的方法，利用激光的光-热-化学效应在镁合金表面氧化生成氧化物薄膜，通过氧化物本身的颜色与薄膜的干涉作用共同使镁合金表面着色，同时通过连续激光工艺参数的改变与光斑能量的调制，采用旋转激光头制备大面积的曲面或平面的彩色镁合金。
文档编号C23C8/10GK102443756SQ20111036281
公开日2012年5月9日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者田大水 申请人:布雷尔利(北京)金属家居用品股份有限公司