[发明专利]一种在镁合金表面制备导电且耐腐蚀涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料的表面处理，尤其是涉及一种在镁合金表面制备导电且耐腐蚀涂层的方法。

背景技术

镁合金作为最轻的工程金属材料，拥有许多优异特点，例如比强度、比刚度高，导热、导电性能好，并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性和切削加工性。近年来，镁合金被广泛应用于汽车、摩托车、自行车等交通工具、仪器仪表、电子电器、化工冶金、航空航天、国防军工、生物医用材料等领域。但镁的电极电位较负，极易于发生腐蚀，合金中的第二相或杂质相也会加速镁合金的腐蚀，严重阻碍了镁合金产品的工业化应用和推广。所以镁合金工件在使用前必须经过一定的防腐蚀表面处理来提供保护，才能使镁合金在工业中发挥其优良的性能。

防止腐蚀发生最有效的方法是对基底材料进行涂覆。涂覆层阻止了基底和环境之间的接触，防止了腐蚀的发生。为了达到充分的保护性能，涂覆层必须均匀、致密、与基底结合性好。镁合金的表面防腐蚀处理方法包括化学镀、电镀、化学转化膜、微弧阳极氧化、激光表面熔覆、表面渗层处理、气相沉积、有机涂层等(Gray J E,Luan B.Journal of alloys and compounds,2002,336(1):88-113.)。物理气相沉积(PVD)是通过气相材料或使材料汽化后沉积于固体材料表面并形成薄膜，从而使材料获得特殊表面性能的一种新技术。此种表面改性方法，技术上方便可控，环保无污染，特别适合于工业生产的绿色改性工程。

迄今为止，已有多种PVD涂层，包括金属、氧化物、碳化物和氮化物等被用于提高镁合金的耐蚀性。其中金属膜层，有铝、钛、锆、铬和镁等，由于此类金属膜层存在晶界、空隙等缺陷结构，溶液离子可以沿晶界、空隙扩散至镁合金基体；膜层和镁合金存在电位差，一旦存在于腐蚀介质中，镁合金基底和涂层构成腐蚀原电池，导致基体或膜层发生严重局部腐蚀，失去对镁合金基体的保护(Wu G.Materials Letters,2007,61(18):3815-3817)。对于PVD结晶态陶瓷膜层，如TiN、TiC、CrN、NbN等，这些金属氮化物膜层具有典型的柱状晶结构，柱状晶之间存在晶界等缺陷结构，同样可以作为溶液离子快速扩散的通道。随着测试时间的增长，腐蚀介质到达基体，涂层和基体构成腐蚀原电池，从而失去对镁合金基体的保护(Franco C V,Fontana L C,Bechi D,et al.Corrosion Science,1998,40(1):103-112.)。相对而言，PVD非结晶态陶瓷膜层，如Si-N、Al2O3等，由于没有晶界等缺陷结构的存在，溶液离子扩散较为困难，从而使得膜层耐蚀性得到提高。但是，陶瓷膜层的导电性能差，与镁合金基体的结合强度弱，一般需要先沉积过渡层，从而导致工艺较为复杂(Awan S A,Gould R D.Thin Solid Films,2003,423(2):267-272.)。在仪器仪表、电子电器、航空航天、国防军工、生物医用材料等应用领域，镁合金基体在使用过程中一旦产生静电，防腐蚀涂层不能及时将静电导出将造成严重后果(Landis Floyd H.Industry Applications Magazine,IEEE,2012,18(3):57-60.)。镁合金做为广泛使用的金属材料，开发既导电又耐蚀的镁合金涂层对镁合金的实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供利用直流磁控溅射沉积的一种在镁合金表面制备导电且耐腐蚀涂层的方法。

一种在镁合金表面制备导电且耐腐蚀的单层金属铪涂层的方法的具体步骤如下：

将镁合金试样经基体前处理后，放入直流磁控溅射设备的内腔沉积室内，将内腔沉积室抽真空，再通入氩气，预溅射金属铪靶材，预溅射后，转动样品台，使镁合金基底正对铪靶材，打开挡板，溅射沉积后，得到表面镀有单层金属铪涂层的镁合金。

所述基体前处理，包括机械研磨抛光处理、超声波清洗处理、离子源轰击清洗处理；所述抽真空可抽至3.0×10^-4Pa，以除去腔室内残留的空气及水；所述通入氩气的条件可为：调节总流量为65sccm，维持腔体压力为1.5Pa；所述预溅射金属铪靶材的条件可为：时间6min，设置铪靶材的直流电源功率为125W，镁合金基底与铪靶材的距离为75mm，调节溅射腔体内压力为0.4～0.5Pa，设定基体温度为275℃，腔室温度为125℃，将铪靶材的直流电源功率调节至325W；所述溅射沉积的时间可分别为45min、65min、90min。

一种在镁合金表面制备导电且耐腐蚀的多层金属铪涂层的方法的具体步骤如下：