【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面涂层领域，具体涉及一种镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法。
技术介绍
1、对于汽车工业而言，轻量化是有效改善燃油经济性、减少污染物和降低汽车碳排放，同时提升汽车机动性能和续航能力的重要举措。汽车轻量化主要有三大途径，即轻量化材料应用、结构优化设计和先进制造工艺，其中轻质材料的应用是轻量化发展最有效的手段之一。镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有较高的比强度和比刚度以及优良的阻尼性、切削加工性、导热性、电磁屏蔽性和减振性等，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。上述性能优势使其作为首选轻量化迭代材料，受到汽车轻量化领域备的普遍关注。
2、汽车零部件用镁合金通常由mg-al-zn、mg-al-mn、mg-al-si和mg-al-re等系列组成，其中az系列镁合金(mg-al-zn)因具有较平衡的力学性能和铸造性能，应用最为广泛。但是，抗摩擦磨损性能和耐腐蚀性能差是制约az系列镁合金大规模应用的重要因素。一方面，镁合金零部件工作时要和其他材料发生接触，在材料加工、装配和服役过程中均易造成摩擦磨损，az系列镁合金表面形成的mgo和al2o3氧化薄膜在连续接触切应力的往复作用下极易脱落，裸露的表面又继续生成新的氧化薄膜而产生氧化磨损；另一方面，az系列镁合金的显微组织由α-mg和mg17al12组成，在二者组成原电池时，α-mg是阳极而mg17al12是阴极，即mg17al12促进α-mg的腐蚀。同时，暴露在空气中的镁合金表面生成的氧化膜疏松多孔，不能起到良好的腐蚀防护作用。因此，如何在确保镁合金良好结构
3、大量研究表明，通过添加稀土元素来提高az系列镁合金的强度和耐腐蚀性能是行之有效的方法。在众多稀土元素中，钆gd具有与mg相同的密排六方结构，原子尺寸与mg接近，在镁合金中可实现固溶强化、沉淀强化作用；随着镁基体中gd含量的增多，抗蠕变性能、室温强度和硬度不断提高，例如mg-22gd的室温强度可达400mpa以上，耐热温度可达350℃；同时，gd的添加能够净化熔体，并导致固液界面前沿成分过冷，使形核率提高且高于晶粒长大速度，从而起到细化晶粒的作用，提高合金耐腐蚀性能。然而，gd是重稀土元素，作为合金元素大量添加会增加镁合金密度并提高成本，不利于商业化应用推广。一些研究者通过适当添加zn、y等其他合金元素来替代一部分gd，从而在一定程度上减少gd的用量，但该方法需结合后续热处理及热加工变形等，才能使合金性能满足要求，存在工艺复杂、成分难以控制、易引入杂质元素等问题。因此，通过合金化手段添加gd元素改善az系列镁合金性能并非最佳方法，难以满足汽车零部件对镁合金费效比提升的要求。
4、在az系列镁合金表面制备含gd涂层，可有效避免镁合金密度和成本提升问题，并能够提高镁合金基体的耐磨性能和耐腐蚀性能。提高耐腐蚀性能主要通过以下三个途径：1)涂层中的gd可使镁合金近表层晶粒得到细化；2)涂层中的gd优先与az系列镁合金中的al反应生成al2gd化合物，消耗合金表层的al，减少镁合金近表面mg17al12第二相的数量及尺寸，避免电偶腐蚀的发生；3)gd与合金近表层中的o、h、cl等元素形成氧化物、氢化物及氯化物，有效抑制这些杂质元素对镁合金耐腐蚀性能的有害影响，且生成的化合物可在表面成膜，使原本疏松多孔的氧化膜层变得致密，提高耐蚀保护。在耐磨性能提升方面，在材料摩擦过程中，磨损表面不可避免会温度升高。当载荷较高时，这些热不能及时散失会使摩擦表面局部温度持续升高，az系列镁合金表面的mg和al很容易形成mgo和al2o3氧化薄膜。mgo和al2o3薄膜耐磨性较差，在连续接触切应力的往复作用下极易脱落，裸露的表面又继续生成新的氧化薄膜而产生氧化磨损，剥落的mgo和al2o3磨屑来不及及时排除将导致磨粒磨损。涂层中的gd在氧化物膜与基体界面偏聚，可提高氧化物膜的粘着力，细化氧化膜的组织，有助于提高膜的耐磨性和抗剥离能力，从而增强az系列镁合金的承载能力。同时，采用高强高硬mg-gd中间合金作为膜层表层，提升耐磨性；此外，膜层中形成的al2gd具有很高的硬度(513～626hv)，使得镁合金的硬度显著提高，这也可以在一定程度上改善镁合金的耐磨性能。
5、目前，有关在镁合金表面制备含gd防腐耐磨涂层的研究较少，查询到的镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法主要有旋涂法、涂膜和化学镀、水热处理、微弧氧化等方法，但上述方法均是在大气环境下、通过溶液介质进行制备，易造成镁基体与涂层材料的污染和氧化，在镁基体表面引入其他不需要元素，且随着绿色环保要求的不断提升，废液的处理成本高。因此，研究一种环保无污染、简单易行、成分可控的镁合金表面含gd防腐耐磨涂层制备技术对镁合金在汽车轻量化领域的应用具有重要意义。
6、双层辉光等离子表面改性技术(简称双辉技术)是由我国学者徐重专利技术的表面合金化技术，其原理是在真空条件下，利用辉光放电所产生的低温等离子体，实现了由固态金属制做的源极靶来提供渗金属用等离子金属元素气氛，把欲渗金属元素输送到基体表层内,形成较大厚度的致密的均匀合金层，合金层与基体之间属于冶金结合,无性能突变的界面，因此具有较强的结合力，也不会因为其与基体膨胀系数相差大、内外温差大、界面处变形不协调时产生很大应力引发剥落。双辉技术目前已成功地将大量固体金属元素，如镍、铬、钨、钼、钛、铝、铌、锆、钽等，以及它们多种元素的组合渗入钢铁材料、钛及钛合金、铜及铜合金、金属间化合物以及陶瓷表面，形成多种多样具有特殊物理化学功能的合金层，制备的合金层具有结合力良好、界面元素均匀分布等优点，可有效提高上述涂层在腐蚀、磨损等环境条件下的服役寿命。同时，该技术是在氩气环境下进行，仅需纯金属/合金靶材和镁合金基板作为实验材料，无其他元素干扰，实验结果可控性好。根据双辉技术工作原理，源极靶电位可以低于、等于或高于工件电位，因此该技术可实现多种材料表面的纯金属合金层、多元合金层的制备。但是，目前采用该技术在镁合金表面制备gd防腐耐磨涂层的技术及其应用尚属空白。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对上述技术现状提供一种镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，该方法获得的涂层成分稳定可控、耐磨性能和耐蚀性能好。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将靶材安装在双层辉光等离子渗镀设备的靶位，将镁基金属基体固定于双层辉光等离子渗镀设备的试样台上，靶材相对于镁基金属基体平行设置，然后进行渗镀得到渗镀层；所述渗镀层成分沿水平方向均匀分布。
3、渗镀层成分沿水平方向均匀分布，即意味着渗镀层水平方向不存在成分偏析。成分偏析会造成电位起伏，加速局部电偶腐蚀发生，造成点蚀等非均匀腐蚀现象；而非均匀腐蚀现象的发生，又会导致结构沿水平方向的凹凸起伏，突起处易作为磨损起始点，最先被磨损掉，造成耐磨性能下降；突起处磨损后，又会暴露新鲜表面，加速电偶腐蚀；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将靶材安装在双层辉光等离子渗镀设备的靶位，将镁基金属基体固定于双层辉光等离子渗镀设备的试样台上，靶材相对于镁基金属基体平行设置，然后进行渗镀得到渗镀层；所述渗镀层成分沿水平方向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：渗镀层包括表面沉积层和扩散层；所述渗镀层的厚度为8～22μm，扩散层的厚度为5-15μm。
3.根据权利要求1所述的镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述靶材为镁钆中间合金，所述镁钆中间合金记为Mg-xGd，x为Gd：Mg的质量比。
4.根据权利要求3所述的镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述x≤40。
5.根据权利要求3或4所述的镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述镁钆中间合金采用电磁真空熔炼制得。
6.根据权利要求1所述的镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：渗镀参数控制为：靶材的工作电压为600～700V，镁基金属基体的工作电压为300～400V，
...【技术特征摘要】
1.一种镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将靶材安装在双层辉光等离子渗镀设备的靶位，将镁基金属基体固定于双层辉光等离子渗镀设备的试样台上，靶材相对于镁基金属基体平行设置，然后进行渗镀得到渗镀层；所述渗镀层成分沿水平方向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：渗镀层包括表面沉积层和扩散层；所述渗镀层的厚度为8～22μm，扩散层的厚度为5-15μm。
3.根据权利要求1所述的镁合金表面防腐耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述靶材为镁钆中间合金，所述镁钆中间合金记为m...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘辰，徐永东，朱秀荣，王曼丽，李雷，曹召勋，韩俊刚，王荫洋，王宇，陈小虎，付玉，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：
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