[发明专利]一种镁合金的表面改性方法

说明书

本发明提供了一种镁合金的表面改性方法，包括以下步骤：A)将镁合金棒材置于扭转试验机上进行扭转变形，得到镁合金样品；B)将所述镁合金样品进行扩散渗铝。本发明通过对镁合金棒材进行扭转塑性变形加工处理，使其在内部形成表层缺陷密度高而心部缺陷密度少的梯度晶体缺陷，以此提高后续热扩散渗铝原子的在镁合金表层的扩散速率。另外，本发明通过限定扭转处理的扭转方式、扭转速率、扭转温度、扭转角度、热扩散渗温度和时间，进一步提高镁合金表层晶体缺陷密度，提高热扩散渗铝原子的扩散通道，降低传统热扩散渗铝涂层的加热温度，提高铝涂层镁合金材料的整体性能。

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种镁合金的表面改性方法。

背景技术

镁及镁合金具有很强的化学活泼性、自然氧化膜不致密、稳定性差、易发生腐蚀以及不能适应大多数的使用环境的特点；即使在室温下，镁及镁合金也会在空气中发生氧化，氧化膜pH值为10.5左右，不利于涂装；另外，其电负性极强，易发生电化学腐蚀，较差的耐腐蚀性能不利于设备维护和零部件产品长寿命，导致镁合金在汽车和航空工业中的应用还远远落后于铝合金和钢铁。改善镁合金耐腐蚀性能，降低镁产品维护成本、提高使用寿命，对镁合金的发展及推广应用具有重要意义。

由于镁合金基体的高固有溶解倾向，再加上电极电位高的杂质元素和第二相颗粒等作为局部阴极加剧镁合金的电化学腐蚀，使得微合金、细化晶粒以及调控织构等只能略微改善其腐蚀性能，而不能从根本上加以解决。因此对镁及镁合金进行表面处理，制备与基体界面结合良好的耐腐蚀涂层成为提高镁合金腐蚀性能的最有效的方法之一。

目前镁及镁合金涂层方法主要分为转化膜(Conversion coating)和沉积(Deposit coating)涂层两大类。常用的转化膜涂层技术包括：化学转化膜(Chemicalconversion)、微弧氧化(Micro-arc oxidation)、电镀(Plating，包括热电镀和刷镀等)、阳极氧化(Anodization)、离子注入溅射镀(Ion implantation)以及扩渗处理(Thermaldiffusion coating)等。沉积涂层主要包括气相沉积技术(Vapor deposition,包括PVD和CVD)、等离子喷镀(Plasma spraying)、涂装(Painting)以及旋转镀膜(Spin-coating)。这些技术制备的涂层一方面厚度较薄，另一方面与基体结合力不够，使得涂层在工作状态下极易剥落。

固态扩散渗(简称扩渗)将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入基体金属表面，进而在基体表面形成一种具有特殊性能渗层的技术，在镁及其合金表面通过扩渗渗入Al、Zn或者Al-Zn，可以有效地改变工件表面的化学成分和组织，从而改变原有镁及其合金的表面性能。扩渗厚度一般可根据工件的技术要求来调节，而且渗层的成分、组织和性能由表及里是逐渐变化的，渗层与基体属于冶金结合，表层不易剥落。该方法不仅不受工件几何形状的限制，而且具有工件变形小、精度高、尺寸稳定性好等特点。另外，扩渗在提高表面力学性能的同时，还能提高工件表面硬度及耐腐蚀性能，实现镁及其合金表面的多功能改性。

研究表明扩渗温度是影响扩渗渗层性能的首要因素，温度越高，渗剂原子获得的能量越大，形成活性原子的几率越大，越有利于金属间化合物的形成；温度过低无法克服原子激活能，扩渗无法进行。但是扩渗温度过高则会引起渗层金属晶粒粗大等不利影响，对钢等相变金属可以通过热处理消除，而对于镁及镁合金，如何降低镁合金扩渗温度，在低温下获得冶金结合扩散层成为主要挑战。