一种泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩散合金化方法技术

本发明专利技术公开了一种泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩渗合金化方法，将泡沫镁或泡沫镁合金埋入盛有待扩渗金属粉的容器中震实，再放入真空气氛炉中升温扩渗并保温一定时间，使金属粉泡沫镁或泡沫镁合金骨架的表面自生生成合金化层，即得到具有表层合金化的泡沫镁或泡沫镁合金。该热扩渗合金化方法降低了扩渗温度，避免基体组织长大，提高了泡沫镁或泡沫镁合金的力学性能和耐蚀性能；另外，本发明专利技术的合金化层成分、厚度可控，操作简单，成本低，能够进行大规模的工业生产。

A method of heat diffusion alloying on the surface of foam magnesium or foam magnesium alloy

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩散合金化方法
本专利技术属于泡沫镁合金表面腐蚀与防护
，涉及一种泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩散合金化方法。
技术介绍
泡沫镁或泡沫镁合金(以下简称泡沫镁/镁合金)是由金属相和气孔组成的复合材料，既具有连续相镁的金属特点，又具有分散相气孔的特征。泡沫镁材料在航空工业中具有十分广阔的应用前景，可用于民航飞机机翼的填充、发动机与机舱间的隔音材料、客机壳体材料、隔热材料、减振材料、冲击能量吸收材料、电磁屏蔽材料等。然而，由于镁的电负性极强，化学稳定性差，极易被腐蚀，尤其是制成多孔材料后，其表面积骤增，更易被腐蚀和氧化。因此，对泡沫镁/镁合金内部骨架表面进行处理对于其实际应用尤为重要。泡沫镁/镁合金表面改性是改善其耐蚀性、提高使用寿命、扩大应用领域的重要技术手段。目前，常用镁合金的表面改性技术主要有以下几种：(1)离子注入，是将高能离子在真空条件下加速注入镁合金表面以改善镁合金表面的强度及耐蚀性能的方法。然而，离子注入获得的改性层非常薄，往往无法满足材料所需的表面性能，对于泡沫镁合金而言，离子注入无法进入结构内部。(2)气相沉积，是通过将气化后的材料沉积于材料表面形成薄膜，从而使材料获得特殊表面性能的一种新技术。对于镁合金只能采用真空蒸镀法，但镁合金的蒸汽压很低，很难选择，同时蒸镀层一般较薄，蒸镀效率较低。(3)电镀或化学镀，由于镁合金化学活性高，表面接触空气会迅速氧化，生成疏松的膜层，将阻碍沉积金属与基体形成有效金属键。因此，在泡沫镁合金表面电镀或化学镀存在一定难度，工艺复杂、环境危害大、电化学涂层与基体结合力差。(4)热喷涂，对于镁合金表面处理而言是一种有效方法，但对于泡沫镁合金而言，很难实现多孔结构材料内部获得均匀致密涂层。(5)阳极氧化，是镁合金最常用的有效表面处理方法，并且膜层厚，耐磨性相对较好。但是对于泡沫镁合金工件而言，由于电场分布不均匀，难以获得结构均匀一致的氧化膜。(6)微弧氧化，对于泡沫镁合金工件而言是一种有效的表面处理方法，但是生成的是多孔结构陶瓷薄膜，对材料自身的力学性能没有提高作用，如欲获得较高耐蚀性能，还要进行封孔处理，工艺复杂，对设备要求较高。(7)有机涂层，由于有机涂层与金属基体的结合力比较差，涂层容易脱落，耐磨性也较差，因此，不适于泡沫镁合金的表面防护。另外，中国专利技术专利《一种生物多孔镁表面生长锌合金镀层的制备方法》(申请号：201610871704.5，公开号：106399945，公开日：2017.2.15)公开了一种生物多孔镁表面生长锌合金镀层的制备方法，该方法加热温度较高(600℃)，会导致镁合金基体长大、力学性能降低，甚至有可能使得某些合金出现过烧现象。沈剑在《多孔生物镁的制备及其表面改性》(中国机械工程2007年第18卷第10期)一文中通过碱热处理法对孔隙率为35％的多孔镁进行了表面改性处理，以提高多孔镁在仿生体液中的耐腐蚀能力。但在处理过程中发现，碱处理溶液不可避免的会对镁合金基体造成腐蚀，因此该方法不适合工业实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种泡沫镁/镁合金表面热扩渗合金化方法，该方法所制备的合金层与泡沫镁/镁合金基体实现冶金结合，解决了现有泡沫镁合金工件耐蚀性差、强度较低问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种泡沫镁/镁合金表面热扩渗合金化方法，包括以下步骤：S1，将泡沫镁或泡沫镁合金埋入盛有待扩渗金属粉的容器中高频震实，以促使待扩渗金属粉能够进入泡沫镁合金结构内部，并使金属粉与泡沫镁/镁合金的骨架紧密充分的接触，有利于后续热扩渗的顺利进行。S2，将震实后的泡沫镁或泡沫镁合金整体放入真空气氛炉中升温扩渗并保温一定时间，以促使金属粉能够渗入泡沫镁/镁合金的骨架，在泡沫镁/镁合金骨架的表面自生生成合金化层；其中，扩渗温度T＝(0.85-0.95)Tm，Tm为待扩渗金属粉的熔点，保温时间为4-24h，这样充分发挥了扩渗金属粉的活度，有利于金属粉原子向泡沫镁/镁合金骨架上的热扩散，并有效避免了扩渗金属粉的熔化而烧结或固结，有利于后续的清理。S3，待炉内温度下降至100℃以下后，取出泡沫镁/镁合金，并清理剩余金属粉，即得到具有表层合金化的泡沫镁/镁合金。本专利技术的特点还在于：进一步地，本专利技术采用的待扩渗金属粉为名义粒度2-20μm的纯Al粉、纯Zn粉、纯Sn粉或纯Bi粉。这四种金属粉熔点相对较低，可以降低扩渗温度。更进一步的，待扩渗金属粉优选Bi和Sn，此时扩渗温度可以低于300℃，这样可以有效避免泡沫镁/镁合金骨架镁基体组织的长大。进一步地，对上述待扩渗金属粉进行烘干预处理，有效避免金属粉在向泡沫镁/镁合金骨架表面扩散渗入过程中的金属粉的结块，并可避免因水汽的存在而造成泡沫镁/镁合金骨架的腐蚀和氧化。进一步地，对上述泡沫镁/镁合金进行预处理，包括以下步骤：在温度为50-80℃条件下，将泡沫镁/镁合金工件在浓度为5-10％的醋酸中超声振动清洗2-5min，再在pH为7-8的流动水中超声振动清洗2-5min，然后将泡沫镁/镁合金工件置于去离子水中超声振动清洗5-10min，再依次置于丙酮和无水乙醇中超声振动各清洗5-15min，以去除表面污垢、有机物和水渍；最后，将泡沫镁/镁合金工件置于流动水中再清洗5-10min，并在130-150℃的氩气气氛中烘干处理。清除了泡沫镁合金骨架表面的氧化膜及油污，有利于金属粉的均匀扩散渗入。进一步地，步骤2加热升温前对气氛炉进行抽真空至10-1Pa以下，再充入高纯氩气至0.5-0.8atm；然后再抽真空和充入高纯氩气至0.5-0.8atm，该工艺过程反复三次。通过反复三次抽真空、充氩气后对泡沫镁/镁合金工件进行表面热扩渗，确保了扩渗过程中泡沫镁/镁合金表面不会发生氧化。本专利技术泡沫镁/镁合金表面热扩渗合金化方法的原理是，利用金属粉在扩渗过程中与泡沫镁/镁合金基体实现冶金结合，在泡沫骨架表面形成一层连续均匀连续的合金化层，如Mg17Al12、MgZn、Mg2Sn或Mg3Bi2相，从而将泡沫镁/镁基体骨架与外部环境隔离开，有效阻止了环境对其的腐蚀和氧化。同时，由于这些金属间化合物的存在，强化了泡沫镁/镁合金骨架的表层，提高了泡沫镁/镁合金的整体力学性能，尤其是抗压缩和弯曲性能，具体如表1。表1泡沫镁/镁合金的力学性能本专利技术的有益效果是，该热扩渗合金化方法降低了扩渗温度，避免基体组织长大，提高了泡沫镁/镁合金的力学性能和耐蚀性能；另外，本专利技术的合金化层成分、厚度可控，操作简单，成本低，能够进行大规模的工业生产。所得渗层致密、深度均匀。附图说明图1是本专利技术泡沫镁/镁合金表面热扩渗合金化制备方法的工艺流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术并不限于这些实施方式。本专利技术泡沫镁/镁合金表面热扩渗合金化方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，泡沫镁/镁合金工件的预处理，清除氧化膜及油污。在温度为50-80℃条件下，将泡沫镁/镁合金工件浸泡在浓度为5-10％的醋酸中，并采用超声波振动2-5min；取出后将泡沫镁/镁合金工件浸泡在pH为7-8的流动清水中清洗2-5min，清洗过程采用超声波振动；将泡沫镁/镁合金工件置于去离子水中清洗5-10min，清洗过程采用超声波振动；将泡沫镁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩渗合金化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将泡沫镁或泡沫镁合金埋入盛有待扩渗金属粉的容器中高频震实，使待扩渗金属粉能够进入泡沫镁或泡沫镁合金结构内部，并与泡沫镁或泡沫镁合金的骨架紧密充分的接触；S2，将震实后的泡沫镁或泡沫镁合金放入真空气氛炉中升温扩渗并保温一定时间，在泡沫镁或泡沫镁合金骨架的表面自生生成合金化层；其中，扩渗温度T＝(0.85‑0.95)Tm，Tm为待扩渗金属粉的熔点，保温时间为4‑24h；S3，待炉内温度下降后，取出泡沫镁或泡沫镁合金，并清理剩余金属粉，即得到具有表层合金化的泡沫镁或泡沫镁合金。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩渗合金化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将泡沫镁或泡沫镁合金埋入盛有待扩渗金属粉的容器中高频震实，使待扩渗金属粉能够进入泡沫镁或泡沫镁合金结构内部，并与泡沫镁或泡沫镁合金的骨架紧密充分的接触；S2，将震实后的泡沫镁或泡沫镁合金放入真空气氛炉中升温扩渗并保温一定时间，在泡沫镁或泡沫镁合金骨架的表面自生生成合金化层；其中，扩渗温度T＝(0.85-0.95)Tm，Tm为待扩渗金属粉的熔点，保温时间为4-24h；S3，待炉内温度下降后，取出泡沫镁或泡沫镁合金，并清理剩余金属粉，即得到具有表层合金化的泡沫镁或泡沫镁合金。2.根据权利要求1所述的泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩渗合金化方法，其特征在于，所述待扩渗金属粉为Al粉、Zn粉、Sn粉或Bi粉。3.根据权利要求2所述的泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩渗合金化方法，其特征在于，所述待扩渗金属粉为Bi和Sn。4.根据权利要求1所述的泡沫镁或泡沫镁合金表面热扩渗合金化方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春杰，张浩，郭权芬，冯港雯，华心雨，张忠明，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61