[发明专利]一种镁合金的高强高韧膜层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁合金的高强高韧膜层及其制备方法，属于微弧氧化领域。本发明的镁合金的高强高韧膜层的制备方法，采用微弧放电在镁合金表面进行原位生长生成具有微孔结构的膜层，在微弧放电的过程中钇盐‑锆盐体系电解液将在镁合金上生成Y₂O₃，Y₂O₃作为晶型稳定剂，促使生成t‑ZrO₂和c‑ZrO₂不易发生晶型转变，降低了晶型转变过程中微裂纹的出现，改善了表面强韧条件，进而提高微弧氧化膜层的表面致密性，起到了增强增韧的效果，微孔结构的膜层与基体结合方式为冶金结合，微孔结构为原位生长，因此界面的结合力较好。

技术领域

本发明属于微弧氧化领域，尤其是一种镁合金的高强高韧膜层及其制备方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度等优点，在汽车轮毂领域具有广泛的应用前景，而且镁是自然界中分布最广的元素之一，金属中仅次于Al和Fe而占第三位，被人们誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”。然而，镁及镁合金化学活性高极易发生腐蚀失效，限制了其作为汽车轮毂的应用寿命。近年来，投入应用的镁合金轮毂表面都进行表面防护处理，以此提高镁合金轮毂的使用寿命。

微弧氧化工艺是20世纪发展起来的一种有色金属(如铝、镁、钛等)表面处理工艺，具有环境友好、处理速度快、效率高等优势，作为轻金属(铝、镁、钛)的表面常用处理手段。特别是镁合金表面微弧氧化处理，由于微弧氧化可以在基体上生成高硬度、致密的陶瓷膜，可以有效的提高镁合金的耐蚀性，使该技术广泛地应用于镁合金轮毂的表面处理。但由于微弧氧化膜层外层为疏松孔的氧化陶瓷层，膜层表面脆性较大，表面的疏松孔周围极易出现裂纹，导致镁合金表面防护处理效率大大折扣，因此膜层的强韧性问题需要进一步改善和优化以提高镁合金表面防护处理效率。

目前提高镁合金微弧氧化膜层强韧性的主要通过调节电参数和电解液，使得膜层强韧性提升。但是，采用上述方法来提高镁合金强韧性的能力非常有限，很难制备出高强高韧性膜层的镁合金材料来满足工业生产的需要，因此，迫切需要寻求一种新方法，来修复微弧氧化复合陶瓷膜层脆性大易开裂的缺陷，来大幅提高镁合金轮毂的强韧性。

发明内容

本发明的目的在于克服微弧氧化复合陶瓷膜层脆性大易开裂的缺点，提供一种镁合金的高强高韧膜层及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种镁合金的高强高韧膜层的制备方法：

将镁合金作为阳极，不锈钢板作为阴极，在钇盐-锆盐电解液中进行微弧氧化，微弧氧化过程中阳极上生成Y₂O₃，Y₂O₃作为氧化锆的晶型稳定剂促使生成稳定的t-ZrO₂和c-ZrO₂，微弧氧化完成后得到镁合金的高强高韧膜层。

进一步的，所述钇盐-锆盐体系电解液的组分为：

2g/L氟化氢铵、4g/L磷酸二氢钠、1-3g/L硝酸钇、3-4g/L氟锆酸钾和2.5g/L氢氧化钾，溶剂为水。

进一步的，微弧氧化工艺为：

将微弧氧化电压由180V循环加压至400V，每次临近熄弧状态时加压5-10V，起弧后反应持续5-20min，之后将电压降到零，关闭电源。

进一步的，所述镁合金为AZ91。

进一步的，所述镁合金为AZ31。

进一步的，所述镁合金为表面清洁的镁合金。

一种镁合金的高强高韧膜层，根据本发明所述的制备方法制备得到。

进一步的，膜层表面硬度为535HV。