一种镁合金的表面改性方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金的表面改性方法
本专利技术涉及金属表面处理
，尤其涉及一种镁合金的表面改性方法。
技术介绍
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(Conversioncoating)和沉积(Depositcoating)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-arcoxidation)、电镀(Plating，包括热电镀和刷镀等)、阳极氧化(Anodization)、离子注入溅射镀(Ionimplantation)以及扩渗处理(Thermaldiffusioncoating)等。沉积涂层主要包括气相沉积技术(Vapordeposition,包括PVD和CVD)、等离子喷镀(Plasmaspraying)、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。研究结果表明，450℃下镁合金表面扩渗入Zn、Al等元素后，可以显著提高镁合金的表面耐蚀性和耐磨性能。然而由于加热温度过高，镁基体组织粗化甚至氧化，导致材料整体性能下降。目前，降低扩渗温度提高扩渗件整体性能的方法主要有四种：一是，引入离子场、电场或者超声波等物理场，加速渗层中原子的扩散速度，目前该方法主要用于铁/钢基体材料的扩渗；二是，引入催渗剂等化学触媒，改变反应过程的机制及热力学、动力学条件，提高扩渗金属活性原子的浓度，如在固体渗Al/Zn中加入NH4Cl或ZnCl2等作催渗剂。研究结果表明在同样扩渗温度下，机械研磨(SMAT)处理纳米晶镁合金形成的铝渗层厚度和耐磨性能显著优于粗晶镁。然而表面机械研磨处理存在处理样品较小、加工效率低等确定，距离工业化应用有一定的距离。而镁合金塑性变形能力差，采用传统变形方式较难向其内部引入高密度晶体缺陷。因此，现有技术中镁合金表面改性存在各种问题，急需提供一种新的镁合金表面改性方法，以在降低扩渗温度、提高扩渗效率、增大渗层厚度、提高扩渗条件的基础上提高渗铝层镁合金的表面性能。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种镁合金的表面改性方法，本申请提供的镁合金的表面改性方法可降低扩散温度、提高扩散效率、增大渗层厚度，最终提高镁合金的表面性能。有鉴于此，本申请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。优选的，所述扭转变形的方式为单向扭转或往复扭转。优选的，所述单向扭转的扭转速度为3～8°/min，所述扭转角度为100°～300°。优选的，所述往复扭转的方式为顺时针扭转90°和逆时针扭转90°作为一次循环，扭转速度为3～8°/min，循环次数为10次以下。优选的，所述扭转变形的变形温度为室温至镁合金的再结晶温度以下。优选的，所述扩散渗铝的扩散原料为纯铝粉，填充剂为氧化铝粉，催渗剂为氯化铵或氯化锌。优选的，所述扩散渗铝的加热温度为300～430℃，扩散时间小于24h。优选的，所述镁合金棒材的横截面为圆形。本申请提供了一种镁合金的表面改性方法，其首先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，然后将得到的镁合金样品进行扩散渗铝。本申请采用感应加热扩散渗的方式对扭转变形后的梯度组织镁合金金进行表面铝涂层的制备，经过扭转变形处理后，镁合金内形成了由内向外逐渐增高、心部缺陷密度少而表层梯度缺陷密度高的晶体缺陷，高密度的晶体缺陷作为原子的快速扩散通道，从而可以提高扩散渗铝的效率，并且能够降低扩散渗的加热温度，提高了铝涂层的表面性能。附图说明图1为本专利技术铝合金表面改性的流程示意图；图2为本专利技术实施例1扭转制备的梯度缺陷镁合金棒材；图3为本专利技术实施例1的扭转144°镁合金心部和表层EBSD局部取向差角分布图；图4为本专利技术实施例1在380℃下扩散渗制备的铝涂层显微组织照片。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。申请人通过研究发现：扭转剪切变形可以在同样条件下实现材料的大变形，进而可以在镁合金表面引入高密度位错、降低挤压态镁合金基面织构、降低镁合金拉压不对称性、提高镁合金强度。研究结果表明，室温扭转变形可以在镁合金内引入呈梯度分布的位错，且位错密度从心部到边部逐渐增高。此外，扭转变形加工后棒材表层孪晶界数量增高，表层晶体取向转动剧烈，这些组织演化同样有益于提高扩渗速率、降低扩渗温度。因此，申请人提出首先对镁合金材料进行室温扭转塑性变形加工在材料表层引入高密度缺陷，然后再利用感应加热对镁合金材料进行表面加热扩渗铝，从而降低扩渗温度、提高扩渗效率、增大渗层厚度、提高扩渗件整体性能。由此，本专利技术实施例公开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。在上述镁合金的表面改性过程中，首先将镁合金棒材置于扭转试验机上进行扭转变形，以得到初始变形的镁合金样品。在此过程中，所述镁合金棒材为圆柱状的镁合金样品，以利于扭转变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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。

【技术特征摘要】
1.一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。2.根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于，所述扭转变形的方式为单向扭转或往复扭转。3.根据权利要求2所述的表面改性方法，其特征在于，所述单向扭转的扭转速度为3～8°/min，所述扭转角度为100°～300°。4.根据权利要求2所述的表面改性方法，其特征在于，所述往复扭转的方式为顺时针扭转90°和逆时针扭转90°作为一次循环，扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宁，胡建军，许洪斌，宋波，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50