[发明专利]一种镁合金表面复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金表面处理技术领域，特别涉及一种镁合金磷酸盐基层/二氧化硅/氮化硅复合膜的制备方法。

背景技术

镁合金的密度大约是铝合金密度的三分之二，是钢铁密度的四分之一，然而它的强度却明显高于铝合金和钢，刚度也远远高于工程塑料而与铝合金和钢相当。当前，资源与环境已成为人类可持续发展的首要问题，而镁合金作为最轻的金属结构材料，在节能减排方面具有独特的优势；而且有很好的导热、减震、电磁屏蔽等优异性能，在交通、电子通讯、航空航天、国防军工等领域具有极其广阔的应用前景，而且还能回收再利用，因此被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而，由于镁的化学性质活泼，电极电位很低（-2.73V），且形成的氧化膜较薄，尤其是在潮湿的环境下，导致镁合金在应用时极易遭到腐蚀破坏，腐蚀问题严重制约着镁合金的开发和推广应用。

镁合金的腐蚀大多数情况下属于局部腐蚀，实验证明，一般情况下，纯镁属于穿晶腐蚀，而镁合金却是均匀腐蚀。其腐蚀类型主要有：点蚀，电偶腐蚀，应力腐蚀开裂和高温腐蚀。

镁合金在空气中表面会生成氧化膜，但这种氧化膜不能有效的防护基体免于腐蚀，需要通过对表面转化处理形成一层致密的保护膜或涂层，以达到提高耐腐蚀性的目的。目前，镁合金抗腐蚀处理主要分为表面改性和表面转化处理。表面改性处理是在金属表面与外界环境之间制备耐蚀膜增强耐腐蚀性，目前较普遍的表面改性有：离子注入技术，激光处理技术，物理气相沉积技术和化学气相沉积技术。化学转化处理技术是提高镁合金耐蚀性能的有效方法；然而，至今该技术并未得到广泛应用，主要有原因是：1，单一转化膜层的抗腐蚀性无法达到工程使用要求。2，转化膜层表面和内部存在较多的微裂纹，为腐蚀性的介质提供了通道，抗腐蚀能力下降。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种镁合金表面复合膜的制备方法，其通过复合的处理方法，弥补单一处理工艺的不足，增强镁合金的使用性能，尤其是抗腐蚀能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种镁合金表面复合膜的制备方法，包括按顺序进行的如下步骤：

步骤[1]将镁合金表面进行磷酸盐转化处理，在镁合金表面形成一层磷酸盐转化膜；

步骤[2]采用等离子体增强化学气相沉积方法在经过步骤[1]处理后镁合金的磷酸盐转化膜表面沉积一层二氧化硅层；

步骤[3]采用等离子体增强化学气相沉积方法在经过步骤[2]处理后镁合金的二氧化硅层表面沉积一层氮化硅层。

进一步的，步骤[1]所述磷酸盐转化处理步骤为：首先将镁合金试样用600目到1000目的水砂纸粗磨，然后用1500目到2000目的水砂纸细磨，用w1.0的金刚石研磨膏加无水乙醇的辅助在抛光绒布上进行抛光至表面光亮无划痕，然后依次用丙酮，无水乙醇，去离子水超声波清洗10～20分钟，之后用热风吹干，再进行喷砂处理3分钟以去除表面氧化膜、增加表面粗糙度，最后在由磷酸盐、锰盐、磷酸组成的水溶液中进行所述磷酸盐转化处理。

进一步的，所述磷酸盐是由质量比为1:1:1的磷酸二氢钾、磷酸钙和磷酸钡组成的混合物，所述锰盐是由质量比为1:1的碳酸锰和高锰酸钾组成的混合物。

进一步的，所述磷酸盐转化处理所用的转化处理液中所述磷酸盐浓度为80～200g/L，所述锰盐的浓度为30～50g/L，转化处理液的pH为3～5。

进一步的，所述磷酸盐转化处理过程中，转化处理温度是40～50℃，转化处理时间是15～40分钟，转化处理过程采用恒温磁力搅拌器进行辅助处理。

进一步的，所述步骤[2]的具体操作步骤为：将经过磷酸盐转化处理后的镁合金试样放入等离子增强化学气相沉积设备的沉积室中，系统抽真空至5×10^-4～1×10^-5Pa，以SiH₄、CO₂和N₂O的混合气为反应气源，SiH₄的流量为30～60sccm，CO₂的流量为20～30sccm，N₂O的流量为20～30sccm，沉积温度为150～300℃，射频功率为80～120W，沉积时间是20～40分钟，冷却后即在磷酸盐转化膜的表面制得所述二氧化硅层。