[发明专利]在镁合金表面制备Al-Al2O3复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在镁合金表面制备Al-Al₂O₃复合涂层的方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

轻质化是装备技术性能优化和减轻对环境(排放)影响的必然要求与发展趋势。镁合金由于具有高的比强度、比刚度，良好的阻尼特性，是满足轻质化、环保化发展的最具潜力的金属结构材料。与铝合金相比，镁合金可提高减重潜力20～25％。但是，镁合金的耐磨性和热力学稳定性较差，且由于氧化物(膜)疏松(PBR＜1)，不能像铝合金那样在环境中形成自钝化性的致密氧化膜。同时镁合金对防护层的完整性、抗机械损伤能力均要求较高，而常规的涂/镀层技术难以满足(如汽车轮毂、枪械、航天器作动部件等)实际要求，因此发展有效的耐磨防护涂层新技术是推动镁合金应用的关键所在。

近年来，旨在提高镁合金表面防护性和耐磨性的表面技术探索已成为国内外研究的热点。如为消除基体与陶瓷涂层之间的残余应力，发展了热喷涂Al-Al₂O₃/TiO₂梯度涂层，使涂层的抗热震性能有所改善，但镁合金基体性能难免不受喷涂的热效应影响。通过高速火焰喷涂(HVOF)在镁合金表面制备WC-Co涂层，由于喷涂粒子的“自粗化”作用，所获得的涂层具有较高的结合强度(＞40MPa)，但由于涂层的阴极特性和较大的孔隙率，致使基体镁合金的腐蚀性能恶化；当在该涂层与基体之间增加Al过渡涂层时，虽防护性能得到改善，但过渡层与基体之间的结合较差。用激光熔覆技术制备的Al-Al₂O₃涂层，使镁合金表面硬度和耐磨性均得到一定提高，且具有热影响小的优点，但难以对形状复杂的表面进行处理，涂覆效率也较低。气相沉积、离子注入等也被探讨用于镁合金表面的改性，但迄今的研究结果表明其防护能力和耐磨性均难以达到较高水平，且涂层的结合性能也往往成为一个制约因素。

很显然，上述镁合金表面处理技术的发展均在一定层面取得了很有意义的结果，但在满足实际镁合金较高的耐磨防护需要上，仍未达到实质性的要求。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，提供一种在镁合金表面制备Al-Al₂O₃复合涂层的方法，通过涂覆铝涂层对镁合金表面实施铝化处理后再进行电化学阳极氧化，以制备较高耐蚀耐磨性的Al/Al₂O₃复合涂层，以增强镁合金表面的综合防护性能。

本发明是通过下列技术方案来实施的：

(一)涂覆铝涂层

1)冷喷涂法

将经过打磨、抛光、除油等预处理后的镁合金试样进行喷砂处理，以去除表面氧化皮和增加表面粗糙度。进行喷砂处理有利于增强涂层与镁合金基体的结合力，防止涂层的脱落。

喷砂处理后的镁合金迅速转入冷喷涂设备真空室中进行喷涂铝涂层，喷涂铝粉的粉末粒度为400目以上，喷涂气体温度定为150-300℃，压力为1.5-2.5MPa，喷涂距离为20-40mm，铝涂层的厚度在0.5mm以上，优选范围为1-3mm。将喷涂有铝涂层的镁合金表面进行适当打磨抛光以减少表面粗糙度，以备后续处理。

2)熔盐电镀铝法

将镁合金经过打磨、抛光、除油等预处理后进行预镀锌处理，镀锌层厚度在2-20μm。预镀锌的主要目的为增强铝镀层与镁合金基体的结合力。

将预镀锌的镁合金在无机熔盐进行铝的电镀以获取铝涂层。无机熔盐由无水氯化铝、氯化钠和氯化钾所组成，它们的成分重量比为：无水氯化铝，占65～90％；氯化钠、氯化钾或二者的混合物，占10～35％；电镀工艺参数为：操作温度为120～200℃，电镀时间为30～180分钟，电流密度0.5～5A/dm²，获得的电镀铝层厚度为20-50μm。

(二)铝涂层的氧化

1)草酸阳极氧化

将涂覆有铝喷涂层或电镀铝层的镁合金试样放入电解液中进行草酸阳极氧化处理。电解液中草酸浓度为40-80g/L，其余为水；电解液温度为10-30℃，阳极电流密度为0.5-2A/dm²，氧化时间为20-60分钟，氧化膜厚度为5-30μm。

2)等离子阳极氧化法