[发明专利]镁合金表面梯度复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金表面改性领域，涉及一种镁合金表面防护涂层，特别涉及一种兼具自润滑耐磨与耐蚀性能的镁合金表面梯度复合涂层及其制备方法。

背景技术

镁合金是当今世界公认的最具前途的轻量化金属材料，具有比重小、比强度高、导热、导电性好、优异的减震及电磁屏蔽、容易回收利用等一系列优点，被誉为21世纪最有前途的绿色工程材料，正被逐步应用于汽车制造、电子通讯、航空航天等领域。然而，镁合金的高化学活泼性决定了其耐电化学腐蚀性能较差；镁合金的低硬度决定了其承载能力弱，易造成零部件表面磨损失效。因此，如何解决其表面“磨损损伤”与“腐蚀失效”问题是当前镁合金工业应用中面临的关键技术难题。研究证实，表面防护涂层是目前改善镁合金表面耐磨和耐蚀性能的有效途径。中国专利ZL100336937C、ZL102304745A和ZL101696488B分别采用等离子浸没离子注入（PIII）、微弧氧化（MAO）和低温物理气相沉积（PVD）等技术来改善镁合金表面抗电化学腐蚀和抗磨损性能。然而，镁合金表面改性层仍无法达到长期的镁合金表面防护效果。此外，MAO或PVD硬质陶瓷改性层通常表现较高摩擦系数（～0.6）和极低抗冲击韧性，无法满足民用装备及其机械传动部件所需求的具有耐冲击、自润滑耐磨及耐腐蚀特性的功能防护涂层材料。综上所述，一种轻质镁合金表面具备高承载、自润滑耐磨与耐电化学腐蚀的功能一体化涂层的需求愈发迫切。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁合金表面梯度复合涂层，该涂层兼具耐腐蚀和耐磨损的优点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：镁合金表面梯度复合涂层，包括底部离子注入结合层，中部承载层和顶部自润滑层，所述离子注入结合层位于镁合金基体表面，所述自润滑层为MoS₂-酚醛树脂涂层，其厚度为10-20μm。

作为本发明的优选，所述底部离子注入结合层为氮离子注入层，其厚度为10～90nm。

作为本发明的另一种优选，述中部承载层为AlN层或者AlN/CrAlN复合层，其厚度为400～800nm。

作为本发明的进一步优选，所述MoS₂-酚醛树脂涂层中MoS₂和酚醛树脂的质量比为0.65～0.7。

本发明制备镁合金梯度复合涂层的方法，首先在镁合金表面原位制备氮离子注入层，然后在氮离子注入层上制备AlN或AlN/CrAlN中间承载层，最后在中间承载层上制备MoS₂-酚醛树脂涂层，所述MoS₂-酚醛树脂涂层按如下步骤制备：

a）选材：取18-22份MoS₂粉末、27-33份酚醛树脂和45-55份丙酮；

b）配制涂料：将MoS₂粉末和酚醛树脂分散在丙酮中并研磨使MoS₂粉末平均粒度为2.5μm±0.5μm，即获得自润滑涂料；

c）喷涂：将步骤b）的涂料喷涂于中间承载层表面；

d）固化：固化步骤c）喷涂所得涂层。

作为本发明制备镁合金梯度复合涂层的方法改进，采用N-PIII技术制备氮离子注入层，工艺参数为：基体脉冲偏压为30-35kV，脉冲频率200-250Hz，脉宽20-25μs，工作时压力0.4-0.6Pa，射频功率600-800W，时间3-4h。

作为本发明制备镁合金梯度复合涂层的方法的另一种改进，采用PIIID技术制备AlN或AlN/CrAlN中间承载层，AlN或CrAlN层的制备工艺参数均为：基体脉冲偏压20-25kV，脉冲频率60-75Hz，高压脉宽75-90μs，主弧脉宽2-3ms，工作是压力0.1-0.4Pa，时间2-3h。

作为本发明制备镁合金梯度复合涂层的方法的进一步改进，步骤c）喷涂在0.15-0.30Mpa氮气环境中进行。

作为本发明制备镁合金梯度复合涂层的方法的进一步改进，步骤d）固化时首先将涂层置于180-200℃环境保温90-120min，然后随炉冷却即得到固化的MoS₂-酚醛树脂涂层。

本发明的有益效果在于：