[发明专利]镁合金表面耐磨耐腐蚀纳米复合镀层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面改性技术，通过在镁合金表面制备纳米复合层，提高镁合金表面的耐磨性和耐蚀性。该技术属于表面复合材料领域。

背景技术

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料。近年来镁合金的产业化发展很快，由于其诸多优点而被冠以“时代金属”和“21世纪金属”的称号，在航空航天、汽车工业和电子通讯等领域已得到广泛应用。镁合金具有比强度高、比刚度高、电磁屏蔽性好、降噪减振、切削加工性好、可回收利用等优异特性，在迫切要求节能降耗、环保和节省地球有限资源的今天，大力推广应用镁合金，具有重要经济意义和长远的社会效益。

镁合金的不足之处是其化学性质极活泼，在空气中极易氧化，生成疏松的氧化膜，这层氧化膜对镁合金基体不具有保护作用，所以其耐蚀性差；另外，镁合金的硬度较低，因而其耐磨性也比较差。这两方面缺点限制了镁合金的使用。

为了提高镁合金的耐蚀性和耐磨性，必须对其进行表面改性。防止其腐蚀、改善其耐磨性最有效、最简便的方法是对其表面进行涂层处理，利用涂层在基体和外界环境之间形成的屏障，抑制镁合金材料的腐蚀和磨损。为了确保涂层能起到良好的保护作用，要求涂层本身必须均匀致密，且与基体结合良好。目前，国内外普遍采用的表面涂层主要包括镁合金表面的电镀、化学镀、转化膜、阳极氧化、氢化膜、有机涂层、气相沉积层等。其中最为简单有效的方法就是通过电化学方法在镁合金基体表面镀一层所需性能的金属或合金，即电镀与化学镀。

随着纳米材料科学的发展，人们对纳米微粒独特的物理及化学性质的认识不断深化。将纳米材料加入到镀层中形成纳米复合镀层，由于纳米材料的优良性能，必将对复合镀层的硬度、耐磨和耐蚀性产生重要影响。

迄今为止，对镁合金表面进行化学镀或电镀的研究很多，也有将化学镀与电镀结合起来对镁合金表面进行复合镀的，如国家发明专利(申请号200410018471.1)提到先以化学镀镍层作底层、电镀锌镍合金层为表层制备镁合金表面复合镀层，获得了较好的耐蚀性。复合镀是在化学镀或电镀基础上发展起来的一种表面处理技术，是指在镀液中加入其它颗粒，在化学镀或电镀过程中与金属共同沉积，形成含有金属和其它颗粒的复合材料镀层，以获得更加优异的综合性能，如国家发明专利(申请号200510046679.9和申请号200510107254.4)提到的镁合金纳米化学复合镀，就是在化学镀液中加入了纳米粉，所得镀层硬度高、耐磨和耐蚀性好。目前采用化学镀镍层作底层、再采用电沉积的方法制备镁合金表面纳米复合镀层技术还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁合金表面耐磨耐腐蚀纳米复合镀层的制备方法，采用化学镀镍层作底层、再采用电沉积复合镀技术在镁合金表面镀上一层含纳米颗粒的复合镀层，以提高镁合金的硬度、耐磨性及耐蚀性等，使其得到更广泛的应用。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种镁合金表面耐磨耐腐蚀纳米复合镀层的制备方法，以碱洗、酸洗、活化为前处理工艺，然后采用以硫酸镍为主盐的镀液进行化学镀，在镁合金基体表面形成一层致密的化学镀层，保证镁合金基体不与电镀溶液发生反应及不发生电偶腐蚀。最后进行电沉积纳米复合镀，具体工艺如下：

a)预处理：

碱洗：将镁合金试样置于加热后的碱洗溶液中浸泡清洗，除去试样表面的油污；

酸洗：在室温下将碱洗后的镁合金试样置于酸洗溶液中浸泡，除去试样表面的氧化物和其它金属污垢；

活化：在室温下将酸洗后的镁合金试样置于采用氢氟酸溶液作为活化剂的溶液中浸泡，洗去试样表面的含铬化合物并在试样表面形成一层氟化物膜；

b)化学镀：将装有以硫酸镍、次亚磷酸钠、醋酸钠、氟化氢氨和氢氟酸配置的化学镀镀液的容器置于恒温水浴锅中加热到75-85℃，在恒温水浴中，将试样浸没于化学镀液中10-30分钟，同时进行缓慢匀速搅拌，在镁合金表面形成致密的化学镀层，化学镀结束后，将试样取出，流水冲洗后吹干；

c)电沉积纳米复合镀：

采用瓦特镀液作为电沉积镀液，并在该镀液中加入粒径为10-30nm的纳米氧化硅或粒径40-60nm的纳米氧化钛的纳米颗粒，构成电沉积纳米复合镀液，混合均匀后，将经过前处理及化学镀的镁合金试样放进该纳米复合镀液，接通电源，进行电沉积纳米复合镀，复合镀采用的工艺参数经正交试验优化获得。

所说的经正交试验优化获得的复合镀工艺参数为：阴极电流密度为30mAcm^-2，镀液的pH值为5.0，水浴温度为50℃。