[发明专利]一种镁合金表面铝复合防护层的制备方法

说明书

一种镁合金表面铝复合防护层的制备方法，由镁合金表面清洗、表面沉积铝过渡层、铝过渡层上沉积铝面层和化学转化步骤组成，采用磁控溅射技术或热蒸发技术，在铝过渡层上沉积铝面层，再对铝面层喷丸处理，重复沉积铝面层和喷丸处理步骤1次以上。本发明提供一种结合力好、涂层致密、较厚、耐腐蚀性好的镁合金表面铝复合防护层，以解决一般物理气相沉积的镁合金防护层厚度薄、致密性差、结合性不佳的主要技术瓶颈，满足镁合金表面耐腐蚀的应用需求。

技术领域

本发明涉及一种在镁合金表面耐腐蚀的铝复合防护层的制备方法，属于金属表面处理领域。

背景技术

镁合金是目前最轻的结构材料，具有优异的力学性能，是21世纪最具开发潜力和应用价值的“绿色材料”。在交通运输、航空航天、能源、3C产品、生物医学等领域有广阔的应用前景。但是它的化学性质非常活泼，标准电极电位只有-2.36V，且表面氧化膜（MgO）的PBR值为0.81，以致氧化物疏松多孔，耐腐蚀性能非常差，从而影响它的工业应用规模。因此提高镁合金材料的耐腐蚀性能，具有很广阔的前景和应用、经济价值。

提高镁合金耐腐蚀性能的主要途径有两种：选择合适的添加合金元素开发新型耐蚀的镁合金材料和通过表面处理技术在镁合金表面制备一层耐蚀防护涂层。其中表面处理技术是利用喷涂、电镀、化学镀、物理气相沉积等技术手段在镁合金表面制备一层防护层，阻碍腐蚀介质与基体之间相互接触从而减缓基体的腐蚀。在防护层材料的选择方面，铝由于电极电位低、耐蚀性好，且容易作进一步后续处理而被视为理想的镁合金防护材料。

物理气相沉积（PVD）技术包括磁控溅射、热蒸发、电弧离子镀等是一类绿色无污染的环境友好技术，适合在体积小、形状不规则的工件做表面防护，可以通过控制工艺参数得到晶粒细小、厚度均匀、膜/基结合力优异的防护层。然而目前在镁合金表面的PVD技术进展还比较缓慢，主要由于技术的限制。一般而言，PVD技术制备的涂层主要以柱状晶形态生长，晶粒之间难免存在孔隙。对于镁合金基体而言，由于其电位低于铝防护层，两种材料如果都接触腐蚀介质，镁合金将作为阳极被优先腐蚀。因此，铝涂层中的任何孔隙都是腐蚀介质渗透到镁合金基体的通道，反而加速基体的腐蚀。如韦春贝等（AZ91D 镁合金磁控溅射镀铝膜及其化学转化后的耐蚀性，《电镀与涂饰》，2012，p30-33）采用磁控溅射法在镁合金上镀铝防护层后耐盐雾腐蚀寿命仅为4小时，其主要原因是防护层较薄，且防护层内存在一定的孔隙。由此可见，普通PVD技术制备的镁合金表面铝防护层其耐盐雾腐蚀寿命很难超过96h，无法满足工业的应用需求。如前所述，PVD涂层主要以柱状晶形态生长，膜层越厚，柱状晶越粗大，其晶粒间的孔隙越明显。因此，单纯增加铝防护层的厚度并不能明显改善其耐腐蚀效果，同时还存在结合力变差的风险。通常在物理气相沉积过程中为了打断柱状晶的生长，增加膜层致密性，会采用沉积过程中施加偏压轰击的形式。如中国专利201310556568.7（一种钕铁硼材料表面防护层及其制备方法）采用了高偏压轰击的方法提高致密性，从而改善基体的耐腐蚀性。即使在镀膜过程中的使用高偏压，也只能延缓晶粒长大但无法避免孔隙的存在，这对于镁合金基体的耐腐蚀防护是远远不够的。因此如何在保证厚度的同时获取致密的铝防护涂层是技术实现的关键。

发明内容

本发明针对现有技术对镁合金表面耐腐蚀防护层处理的不足，提供一种结合力好、涂层致密、较厚、耐腐蚀性好的镁合金表面铝复合防护层，以解决一般物理气相沉积的镁合金防护层厚度薄、致密性差、结合性不佳的主要技术瓶颈，满足镁合金表面耐腐蚀的应用需求。

为解决上述问题，本发明技术方案为一种镁合金表面铝复合防护层的制备方法，由镁合金表面清洗、表面沉积铝过渡层、铝过渡层上沉积铝面层和化学转化步骤组成，其特征在于采用磁控溅射技术或热蒸发技术，在铝过渡层上沉积铝面层，再对铝面层喷丸处理，重复沉积铝面层和喷丸处理步骤1次以上。

采用磁控溅射技术，在靶电流10~25A，负偏压50~150V条件下制备，或采用热蒸发技术，在10~18kW，负偏压1000~1800V条件下制备铝面层。