[发明专利]镁合金结构件表面复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金领域，涉及镁合金涂层，特别涉及一种在3D打印镁合金器件表面制备复合涂层的方法。

背景技术

镁合金综合性能优异，用途广泛，但是镁合金化学性质活泼，在潮湿环境中极易发生腐蚀失效，另外镁合金硬度低，在摩擦过程中易产生表面磨损损伤；这导致镁合金零部件只能在低腐蚀非运动环境使用，而无法适用于高腐蚀高磨损的工作环境。因此，如何解决镁合金结构件表面的磨蚀和磨损失效问题成为目前工业应用中面临的关键技术难题。

针对镁合金结构件的“腐蚀失效”问题，国内外开展了大量研究工作。激光表面处理技术是近30年来迅速发展起来的一种表面改性技术，主要包括激光相变硬化和激光表面合金化等方法。激光相变硬化和激光表面合金化方法可改变镁合金表面层的层组织结构，但对其表面耐腐蚀性能的改善效果有限。针对镁合金的“磨损损伤”问题，目前普遍采用微弧氧化和气相沉积技术在镁合金表面制备硬质合金层或者陶瓷层，这种方法虽然可以显著提高镁合金表面的承载能力和抗磨损能力，但由于陶瓷强化层的力学性能与基体差异较大，界面处存在应变-应变梯度，承受载荷时，基体会发生塑性变形，而硬质强化层的高摩擦系数会在膜基界面处产生高的剪切应-应变，当界面处的塑性剪切应变高于临界值时，将会在界面处生成裂纹或产生粘着磨损失效。

综上所述，当前镁合金表面防护涂层多集中在单一腐蚀或磨损性能研究，从镁合金零部件的实际工程应用角度考虑，单一表面防护涂层不能满足磨损-腐蚀交互作用下镁合金零部件的耐磨与耐腐蚀功能需求。因此，需要发展一种镁合金结构件表面耐磨与耐蚀功能一体化涂层制备的创新方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁合金结构件表面复合涂层。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

镁合金结构件表面复合涂层，包括基体结合层和表面耐磨层，所述基体结合层为氮离子注入层或氧离子注入层，所述表面耐磨层为激光熔敷SiC层、激光熔敷SiO₂层或激光熔敷SiC、SiO₂复合层，所述离子注入结合层与镁合金基体结合，所述表面耐磨层与离子注入结合层结合。

优选的，所述氮离子注入层或氧离子注入层的厚度为10～50μm，所述表面耐磨层厚度为0.1～2mm。

优选的，所述镁合金基体采用3D打印方法制得。

本发明还提供一种制备所述镁合金结构件表面复合涂层的方法，首先在镁合金基体表面原位制备基体结合层，然后在基体结合层上激光熔敷制备表面耐磨层，其中基体结合层制备步骤如下：

1)镁合金预处理：对镁合金表面喷砂处理并清洗干燥后备用；

2)离子注入：采用等离子体浸没离子注入技术向步骤1)的镁合金注入氧离子或氮离子，形成基体结合层。

作为本发明制备镁合金结构件表面复合涂层方法的优选，离子注入时离子注入能量40～50Kev，注入剂量0.5×10¹⁶cm^-2～2×10¹⁶cm^-2。

作为本发明制备镁合金结构件表面复合涂层方法的另一种优选，激光熔敷制备表面耐磨层时所用熔敷材料为SiC粉末、SiO₂粉末或者SiC粉末与SiO₂粉末的任意混合，所述粉末粒径为10～50μm。

作为本发明制备镁合金结构件表面复合涂层方法的另一种优选，激光熔敷制备表面耐磨层时所用激光波长为300nm～10.6μm。

作为本发明制备镁合金结构件表面复合涂层方法的进一步优选，激光熔敷制备表面耐磨层时激光器的功率为500W～1000W，扫描速度为1000mm/min～1500mm/min，光斑直径为0.6mm～1mm，样品离焦量为10～60mm或-60～-10mm。

本发明的有益效果在于：

本发明首先采用等离子体浸没离子注入的方法向镁合金基体注入氮离子或氧离子，得到与基体紧密结合的基体结合层，然后在基体结合层表面激光熔敷SiC层或SiO₂层或SiC、SiO₂复合层，可以同时提高镁合金的硬度、抗腐蚀和耐磨损性能；