一种镁合金表面制备改性层的方法及镁合金技术

本发明专利技术提供了一种镁合金表面制备改性层的方法，方法包括：制备铸态的高熵合金片；将高熵合金片的一面和镁合金基材的表面紧密贴合，并采用搅拌摩擦焊机的夹持工具固定到搅拌摩擦焊机上；搅拌头为无针搅拌头，采用无针搅拌头沿高熵合金片的表面进行多道次搅拌摩擦加工，使高熵合金片和镁合金基材连接；其中无针搅拌头的轴肩下压量小于高熵合金片的厚度，且无针搅拌头的转速为5000～10000rpm，行进速度为500～1000mm/min。本发明专利技术获得的改性层厚度、均匀性更容易控制，可以实现改性层厚度可控。本发明专利技术还提供具有表面改性层的镁合金。本发明专利技术还提供具有表面改性层的镁合金。本发明专利技术还提供具有表面改性层的镁合金。

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金表面制备改性层的方法及镁合金


[0001]本专利技术涉及金属材料表面改性领域，特别涉及一种在镁合金表面制备改性层的方法，及采用该方法获得的具有表面改性层的镁合金。

技术介绍

[0002]镁合金因密度小、电磁屏蔽性好、比强度高及力学性能良好等性能，被广泛应用于轨道交通、汽车、航空航天设备、电子元器件壳体和医疗器械等领域。然而，镁合金的电负性强，化学活性高，其表面极易在潮湿的环境下发生氧化而形成一层疏松多孔的氧化膜。在碱性或中性环境下，氧化膜对镁合金基体具有一定的耐腐蚀保护作用，但是在含有氯离子的潮湿环境中，氧化膜很快就被破坏而形成氯化钠，而氯化钠对镁合金基体没有保护作用，基体材料会继续腐蚀；较差的耐蚀性严重制约了镁合金作为结构材料在各领域中的应用。
[0003]与传统的合金相比，高熵合金具有高热稳定性、优异的冲击韧性和高温耐腐蚀、耐磨损等性能。在镁合金表面制备高熵合金表面改性层，既可发挥镁合金基体轻量化的优点，又可以解决镁合金基体耐磨耐腐蚀性差的问题。现有技术中，常用的高熵合金表面改性层的制备方法有热成形和冷成形两种；热成形工艺主要有激光熔覆、热喷涂等。采用热成形工艺，会使基体和涂层材料熔化，过程热源集中，温度较高，激冷激热容易导致熔覆层中出现气孔、裂纹、脆性金属间化合物等，不仅对基体热影响大，而且容易生成脆性金属间化合物。冷成形工艺是在常温下，由超音速气、固两相气流等将高熵合金粉末击射到基板形成致密涂层，如果采用大片状或块状的涂层材料就无法快速激射，使得高熵合金表面改性层与基体结合不牢固。
[0004]中国专利CN113445041B公开了一种镁合金表面低成本轻质高熵合金/氧化铝复合涂层的制备方法，将氧化铝颗粒与高熵合金粉末混合，通过混料机混合获得高熵合金/氧化铝复合粉体，利用超音速冷喷涂技术在镁合金表面喷涂高熵合金/氧化铝复合涂层，最终制备的涂层厚度为0.05～1mm。但是表面冷喷涂工艺存在与基体界面结合较差，且存在大厚度涂层难以实现等问题。进一步，现有技术多采用粉末状高熵合金材料，制备的涂层厚度、平整度、均匀性都难以控制。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于解决现有技术在镁合金表面制备高熵合金涂层，表面冷喷涂法不能形成大厚度涂层，激光熔覆法涂层厚度、平整度、均匀性都难以控制的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种镁合金表面制备厚度可控改性层的方法，方法包括如下步骤。
[0007]S1：制备铸态的高熵合金片，高熵合金片的厚度为0.2～1.5mm。
[0008]S2：将高熵合金片的一面和镁合金基材的表面紧密贴合，并采用搅拌摩擦焊机的夹持工具固定到搅拌摩擦焊机上。
[0009]S3：搅拌头为无针搅拌头，采用无针搅拌头沿高熵合金片的表面进行多道次搅拌
摩擦加工，使高熵合金片和镁合金基材连接；其中无针搅拌头的轴肩下压量小于高熵合金片的厚度，且无针搅拌头的转速为5000～10000rpm，行进速度为500～1000mm/min。
[0010]本专利技术利用高熵合金片通过搅拌摩擦加工的方式制备镁合金表面改性层，通过摩擦热和塑性变形热使材料局部塑化，使高熵合金片形成镁合金基材上的改性层，可有效控制加工过程的材料流动，避免采用热成形方式造成的加工缺陷，而且使得改性层厚度、均匀性更容易控制。进一步，本专利技术采用无针搅拌头，配合高转速、高焊速的工艺加快制备效率的同时，降低热输入，避免发生脆性金属间化合物增多的问题，避免制备的改性层产生质量问题，且制备所得改性层更为平整且均匀。并且，在制备过程中，通过控制高熵合金片的厚度，配合搅拌头的轴肩下压量可以实现改性层厚度可控。
[0011]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的镁合金表面制备改性层的方法，无针搅拌头的轴肩的表面均匀设置有多个自边缘向中心延伸的螺旋槽。
[0012]采用上述方案，轴肩的表面设计螺旋槽结构，可以降低热输入，促进材料流动，减少孔洞和化合物的形成，增强改性层的致密性。并且，螺旋槽形设计为自边缘向中心延伸，具有回料的作用，将搅拌头边缘的金属收到焊缝中心，可有效减少高速搅拌过程中塑性变形金属材料逸出，避免由于无针而引起的材料混合不均的问题。
[0013]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的镁合金表面制备改性层的方法，螺旋槽为3个；3个螺旋槽均匀设置于轴肩，且向中心延伸的一端不相连，在中心形成空白。
[0014]采用上述方案，保证促进塑性变形金属材料流动的同时，实现尽量低的热输入，以保证获得的改性层均匀且平整。
[0015]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的镁合金表面制备改性层的方法，轴肩的直径为10～14mm；优选地，相对于轴肩直径为12mm的搅拌头。
[0016]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的镁合金表面制备改性层的方法，搅拌摩擦焊机包括至少一组夹持工具，每组夹持工具分别设置在无针搅拌头的两侧，且每组夹持工具之间的距离为14～18mm；优选地，相对于轴肩直径为12mm的搅拌头，每组夹持工具之间的距离为16mm。
[0017]采用上述方案，尽可能减小每组夹持工具之间的距离，以防止在搅拌摩擦焊过程中因高熵合金片变形而使焊接过程不稳定，使高熵合金改性层材料和镁合金基材贴合更紧密，使制备所得的改性层致密性更佳。
[0018]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的镁合金表面制备改性层的方法，镁合金基材为AZ31B牌号的镁合金，由以下质量分数的成分组成：Al：3.2％、Zn：1.4％、Mn：0.7％、Si：0.07％、Ca：0.04％、Cu：0.01％、余量为Mg和不可避免的杂质。
[0019]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的镁合金表面制备改性层的方法，无针搅拌头的材质为钨铼合金。
[0020]采用上述方案，避免加工过程搅拌头的过度磨耗。
[0021]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的镁合金表面制备改性层的方法，高熵合金片为AlCoCrFeNi
2.1
，由以下质量分数的成分组成：Al:12.59％、Co:17.24％、Cr:16.47％、Ni:36.68％、余量为Fe和不可避免的杂质。
[0022]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的镁合金表面制备改性
层的方法，无针搅拌头的轴肩下压量为高熵合金片的厚度的0.4～0.8倍；优选地，轴肩下压量为高熵合金片的厚度的0.6～0.8倍。
[0023]本专利技术还提供一种镁合金，采用本专利技术提供的镁合金表面制备改性层的方法在镁合金表面制备改性层。
[0024]采用上述方案，可以显著提升镁合金表面综合性能，并且高熵合金改性层材料和镁合金基材贴合紧密，制备所得的改性层致密性佳；平整且均匀。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术提供一种镁合金表面制备改性层的方法及采用该方法获得的具有表面改性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金表面制备改性层的方法，其特征在于，所述方法包括：S1：制备铸态的高熵合金片，所述高熵合金片的厚度为0.2～1.5mm；S2：将所述高熵合金片的一面和镁合金基材的表面紧密贴合，并采用搅拌摩擦焊机的夹持工具固定到所述搅拌摩擦焊机上；S3：所述搅拌头为无针搅拌头，采用所述无针搅拌头沿所述高熵合金片的表面进行多道次搅拌摩擦加工，使所述高熵合金片和所述镁合金基材连接；其中所述无针搅拌头的轴肩下压量小于所述高熵合金片的厚度，且所述无针搅拌头的转速为5000～10000rpm，行进速度为500～1000mm/min。2.根据权利要求1所述的镁合金表面制备改性层的方法，其特征在于，所述无针搅拌头的所述轴肩的表面均匀设置有多个自边缘向中心延伸的螺旋槽。3.根据权利要求2所述的镁合金表面制备改性层的方法，其特征在于，所述螺旋槽为3个。4.根据权利要求3所述的镁合金表面制备改性层的方法，其特征在于，所述轴肩的直径为10～14mm。5.根据权利要求4所述的镁合金表面制备改性层的方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊机包括至少一组所述夹持工具，每组所述夹持...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪昱，刘元昊，张鹏贤，黄健康，杨鑫，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：