一种在镁合金表面制备耐腐蚀耐磨涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种在镁合金表面制备耐腐蚀耐磨涂层的方法，包括以下步骤：(1) 对预处理后的镁合金表面进行微弧氧化处理，在镁合金表面生成20‑50μm的陶瓷层；(2) 对陶瓷层进行机械抛光处理后，以CH4为碳源采用微波等离子气相沉积法在陶瓷层上沉积10nm~10μm金刚石膜层。本发明专利技术通过微弧氧化法在镁合金表面生成一层致密的氧化物陶瓷层，进而结合微波等离子气相沉积法沉积一层致密的金刚石薄膜，可以有效地防止腐蚀，结合牢固，耐磨性大大地提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在镁合金表面制备耐腐蚀耐磨涂层的方法，属于镁合金表面处理

技术介绍
镁合金是最轻的可用金属结构材料，具有低密度、高比强度、导热性好、减震能力强、易切削、可回收以及尺寸稳定等优点，在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。 镁合金的化学性质活泼，在潮湿和海洋气候等环境中都会遭受严重的腐蚀。此外，镁合金表面生成的氧化膜层疏松多孔，对基体的保护效果极其微弱，不能适应大多数恶劣环境的要求，因此也阻碍了镁合金的推广应用。对镁合金进行防护处理是改善其耐蚀性能的有效途径，目前研究较多且防护效果较好的有电镀、表面陶瓷化改性、涂覆等方法。其中电化学镀生产成本低，操作简易，但对环境的危害较大，废弃物处理成本高，而且电化学涂层与基体的结合力差，容易剥落；表面陶瓷化相对电镀陶瓷层与基体结合力强，但防护效果差；通过在陶瓷层喷涂防护层的方法可大大提高防护效果，但其耐磨性较差，容易脱落。因此目前缺少一种兼具高耐蚀性、耐磨性能的镁合金防护处理方法。
技术实现思路
本专利技术所要针对镁合金易腐蚀的缺点，提供一种高耐蚀的镁合金表面复合膜层制备方法，该复合膜层经1000h盐雾试验后表面未出腐蚀斑，且该膜层与基体结合力好，具有很高的耐磨性，能显著提高镁合金的抗腐蚀和抗磨损性能。本专利技术提供一种在镁合金表面制备耐腐蚀耐磨涂层的方法，包括以下步骤：(1) 对预处理后的镁合金表面进行微弧氧化处理，在镁合金表面生成20-50μm的陶瓷层；(2) 对陶瓷层进行机械抛光处理后，以CH4为碳源采用微波等离子气相沉积法在陶瓷层上沉积10nm~10μm金刚石膜层。进一步地，所述预处理为表面喷沙后在乙醇溶液中进行超声清洗5-10分钟。进一步地，微弧氧化处理过程中，电解液成分为Na2SiO3 10~12g/L、KOH 1.5~2.0g/L、NaF 0.5~1.0g/L、Na3PO4 1.0~1.5g/L。进一步地，微弧氧化处理的参数为：基体脉冲偏压为-100~500V、脉冲频率200~250Hz、正向脉宽20~25μs、负向脉宽度10~15μs、控制处理时间20~120分钟。进一步地，步骤(2)中利用≥4000目的水磨砂纸或抛光布对陶瓷层进行机械抛光。进一步地，微波等离子气相沉积以纯度>99.9%的CH4为碳源，并通入H2与N2气体，CH4气流量30-50mL/min、H2气流量150-200mL/min、N2气流量20-30mL/min。进一步地，用2.45GHz的微波源，微波功率3-10kW、工作气压3-5KPa、阳极电流130-160mA、镁合金温度150-200℃、沉积时间1-3小时。本专利技术进一步地提供上述方法制备的耐腐蚀耐磨镁合金。该方法的整体设计思路通过微弧氧化对镁合金进行表面陶瓷化改性，然后利用微波等离子体气相沉积（MPCVD）法在陶瓷底层上沉积金刚石薄膜。通过不同步骤工艺参数的调控，制备出具有高耐蚀性的复合防护膜层。镁合金工件在加工过程中难免会发生表面氧化或残留大量的油污，这些表面氧化皮和油污会严重影响镁合金表面处理后的效果，因此首次对工件喷沙处理，然后进行清洗。清洗在乙醇溶液中进行，超声震荡5-10分钟。微弧氧化方法在工件表面生成厚度20~50μm的复合陶瓷层。其中微弧氧化电解液成分为：Na2SiO3 10~12g/L、KOH 1.5~2.0g/L、NaF0.5~1.0g/L、Na3PO4 1.0~1.5g/L，工艺参数为：基体脉冲偏压为-100~500V、脉冲频率200~250Hz、正向脉宽20~25μs、负向脉宽度10~15μs、控制处理时间20~120分钟。微弧氧化法生成的表面陶瓷层较为粗糙，最高峰与最低谷之间可相差几微米，如果直接在这种粗糙表面上进行MPCVD法沉积金刚石膜层，会直接影响沉积层的均匀性，进而在金刚石膜层内部产生较大的应力，最终导致金刚石膜层的开裂。因此，在沉积金刚石膜层前利用≥4000目的水磨砂纸或抛光布对陶瓷层进行机械抛光处理。MPCVD法沉积金刚石膜层过程，用2.45GHz的微波源，以纯度>99.9%的CH4为碳源，并通入H2与N2气体，控制CH4气流量30-50 mL/min、H2气流量150-200mL /min、N2气流量20-30mL/min，控制微波功率3~10kW，工作气压3-5KPa、阳极电流130-160mA、镁合金工件温度150-200℃、沉积时间1-3小时。本专利技术的有益效果是，通过微弧氧化法在镁合金表面生成一层致密的氧化物陶瓷层，进而结合微波等离子气相沉积法沉积一层致密的金刚石薄膜，可以有效地防止腐蚀，结合牢固，耐磨性大大地提高。具体实施方式实施例1：首先利用对镁合金工件进行喷砂处理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中进行超声震荡5~10分钟，进一步去除镁合金工件表面油污。然后进行微弧氧化处理，控制基体脉冲偏压为-100~500V、脉冲频率200Hz、正向脉宽20~25μs、负向脉宽度10~15μs、控制处理时间120分钟。采用4000目水磨砂纸对陶瓷层进行轻微机械抛光，然后利用MPCVD法进行气相沉积。选用2.45GHz的微波源，以纯度>99.9%的CH4为碳源，并通入H2与N2气体，控制CH4气流量50 mL/min、H2气流量200mL /min、N2气流量30mL/min，控制微波功率8kW，工作气压4.5KPa、阳极电流160mA、镁合金工件温度200℃、沉积时间2小时，在陶瓷层外表面生成一层致密的金刚石薄膜。最终形成的复合膜层具有较强的耐蚀性能，实测经1200小时盐雾试验后表面未出腐蚀斑。实施例2：首先利用对镁合金工件进行喷砂处理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中进行超声震荡5~10分钟，进一步去除镁合金工件表面油污。然后进行微弧氧化处理，控制基体脉冲偏压为-100~500V、脉冲频率250Hz、正向脉宽20~25μs、负向脉宽度10~15μs、控制处理时间100分钟。采用4000目水磨砂纸对陶瓷层进行轻微机械抛光，然后利用MPCVD法进行气相沉积。选用2.45GHz的微波源，以纯度>99.9%的CH4为碳源，并通入H2与N2气体，控制CH4气流量35 mL/min、H2气流量150mL /min、N2气流量20mL/min，控制微波功率5kW，工作气压4.5KPa、阳极电流160mA、镁合金工件温度150℃、沉积时间3小时，在陶瓷层外表面生成一层致密的金刚石薄膜。最终形成的复合膜层具有较强的耐蚀性能，实测经1400小时盐雾试验后表面未出腐蚀斑。实施例3：首先利用对镁合金工件进行喷砂处理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中进行超声震荡5~10分钟，进一步去除镁合金工件表面油污。然后进行微弧氧化处理，控制基体脉冲偏压为-100~500V、脉冲频率250Hz、正向脉宽20~25μs、负向脉宽度10~15μs、控制处理时间120分钟。采用4000目水磨砂纸对陶瓷层进行轻微机械抛光，然后利用MPCVD法进行气相沉积。选用2.45GHz的微波源，以纯度>99.9%的CH4为碳源，并通入H2与N2气体，控制CH4气流量45 mL/min、H2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在镁合金表面制备耐腐蚀耐磨涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 对预处理后的镁合金表面进行微弧氧化处理，在镁合金表面生成20‑50μm的陶瓷层；(2) 对陶瓷层进行机械抛光处理后，以CH4为碳源采用微波等离子气相沉积法在陶瓷层上沉积10nm~10μm金刚石膜层。

【技术特征摘要】
1.一种在镁合金表面制备耐腐蚀耐磨涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 对预处理后的镁合金表面进行微弧氧化处理，在镁合金表面生成20-50μm的陶瓷层；(2) 对陶瓷层进行机械抛光处理后，以CH4为碳源采用微波等离子气相沉积法在陶瓷层上沉积10nm~10μm金刚石膜层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理为表面喷沙后在乙醇溶液中进行超声清洗5-10分钟。3. 如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，微弧氧化处理过程中，电解液成分为Na2SiO3 10~12g/L、KOH 1.5~2.0g/L、NaF 0.5~1.0g/L、Na3PO4 1.0~1.5g/L。4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，微弧氧化处理的参数为：基体脉冲偏压为-100~500V、脉冲频率200...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄翀，肖宏超，邓吨英，
申请(专利权)人：湖南航天新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43