专利名称：一种镁合金表面耐蚀耐磨涂层及其制备方法
技术领域：
本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，涉及一种镁合金表面沉积新型复合涂层的技术，利用廉价的电弧喷涂技术、廉价的材料以及合适的工艺参数可以在镁合金表面制备耐磨和耐蚀性能较优的涂层，该发明主要应用耐磨、耐蚀等工业领域。
背景技术：
镁合金具有重量轻、易回收、比强度高、电磁屏蔽、易于机械加工等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”，不过由于镁的化学性质活泼，电极电位较低，会与大多数金属产生电偶腐蚀，导致了镁和镁合金的耐腐蚀性能较差。通常采用一些表面防护手段来提高镁合金的耐腐蚀性能，如热喷涂、激光熔覆、电沉积、微弧氧化等方法。如美国道氏化学公司开发了有关镁合金铬化转化膜的处理工艺，但是由于铬酸盐处理工艺中含Cr6+离子，具有毒性，污染环境，且废液的处理成本高，后来人们也探索了无铬化学转化膜处理工艺，如磷酸盐膜等；不过化学转化膜的耐磨性、耐蚀性不太好，它只能减缓腐蚀速度，并不能有效防止腐蚀。激光改性的方法比较环保，但是其设备投资较大，膜层制备成本高。有机物涂层是提高镁合金制品防腐、防潮、耐热和绝缘性能的一个重要方法。但是单独的有机物涂层耐蚀性能有限，结合力也较低，只能用来作为短时间的防护处理，或者在其它转化膜表面涂敷作为复合涂层。近几年来，人们对表面热喷涂技术在镁合金表面防护上的应用研究给予了较多的关注，研究表明这是一种效率高、成本相对较低、环保，并且防护性能好的镁合金表面处理技术，具有很好的应用前景。Fe-Al系金属间化合物成本低廉，其抗高温氧化、耐热腐蚀性与不锈钢相当。而电弧喷涂是热喷涂技术中较低成本的表面防护技术，且喷涂温度相对较低，生产效率高，操作方便，能源利用率高。热喷涂时，采用`Al为过渡层，防止FeAl层的电极电位过正对镁合金表面造成影响，同时改善FeAl层与AZ31基体的结合性能。
发明内容
本发明旨在提高镁合金表面耐蚀耐磨性能的基础上，降低制备防护层的成本。利用廉价的电弧喷涂技术和材料，制备Al打底涂层的Al-FeAl复合涂层。—种镁合金表面耐蚀耐磨涂层，其特征在于，是Al打底涂层上复合有FeAl涂层所形成的Al-FeAl复合涂层。上述一种镁合金表面耐蚀耐磨涂层的制备方法，采用电弧喷涂方法，首先在镁合金表面沉积Al涂层，然后再沉积FeAl涂层。上述一种镁合金表面耐蚀耐磨涂层的制备方法，采用电弧喷涂技术，其特征在于，包括如下步骤:步骤I，对镁合金基体表面进行预处理:基体表面经丙酮清洗后，对基体表面喷砂粗化，气压0.2-0.4MPa，棕刚玉粒度为60目；
步骤2，采用电弧喷涂工艺制备Al打底涂层，使用纯度大于99wt%的市售纯铝丝材，喷涂Al涂层厚度不小于200 μ m (优选为200 μ m);喷涂工艺参数为:电压28-30V ；电流100-120A ;喷涂距离:200-250mm ;压缩空气压力:0.5-0.6MPa。步骤3，采用电弧工艺在Al打底涂层表面制备FeAl涂层，使用FeAl粉芯丝材；喷涂FeAl层厚度不小于800 μ m (优选为800 μ m);喷涂工艺参数设定为:电压30-32V ；电流180-200A ;喷涂距离:200-250mm ;压缩空气压力:0.6-0.65MPa。步骤2中铝丝材直径优选为2.0mm。步骤3中FeAl粉芯丝材，采用纯度大于99%、粒度100-200目的Al粉末为芯层，以低碳钢带为外皮，FeAl粉芯丝材直径为优选2.0Omm ;填充率不小于17%。本发明所制备复合涂层能够在镁合金表面提供一层耐蚀耐磨性能好的涂层，同时成本低廉，环境影响小，能达到资源节约、实用可行、环境影响小，同时拓展镁合金实用范围的目的。
图1实施例1表面XRD图谱；图2实施例1截面SEM照片；I为AZ31基体，2为Al涂层、3为FeAl涂层。图3实施例1、AZ31以及AZ31喷Al试样的电化学腐蚀阳极极化曲线；
具体实施例方式下面通过实施例·进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明的保护范围不局限于所陈述的实施例。实施例11.喷涂采用Al丝材为市售纯度大于99%的直径2.0mm的实心丝材；2.实施例中FeAl粉芯丝材的制备:外皮选用规格为12X0.3mm (宽度为12mm，厚度为0.3mm)的低碳钢带，丝材药芯成分为纯度大于99%的Al粉末，粒度为100-200目，拉拔并逐道减径至2.0mm ;填充率为20%。3.选用镁合金AZ31作为基体，经丙酮清洗后，进行喷砂粗化，气压为0.4MPa，棕刚玉粒度为60目；4.在AZ31表面电弧喷涂Al层，工艺参数设定为:电压28V，电流100A，雾化气压
0.55MPa ;每遍喷涂时间15s，喷涂5遍得到涂层厚度约200微米；5.在已沉积Al层的表面电弧喷涂FeAl层，工艺参数设定为:电压32V，电流180A，雾化气压0.6MPa ;每遍喷涂时间15s，喷涂20遍得到涂层厚度约800微米。实施例的表面XRD图谱如图1所示；实施例的微观显微组织如图2所示，从图中可以看出，AZ31基体层和Al层、Al层和FeAl层之间结合良好。实施例所制备涂层性能检测和结果如下所述:1.对实施例所制备涂层进行显微硬度测试试验，测试参数为:采用HXD-1000数字式显微硬度计，载荷100g，持续时间15s，取10点显微硬度平均值，测试结果显示AZ31基体层的显微硬度为65HVai，喷Al层显微硬度为4IHVai，而FeAl层的硬度达到了 250HVai，为AZ31基体层的4倍；2.对实施例所制备涂层进行磨粒磨损实验，测试参数为:采用MLS-225型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机，载荷100N,橡胶轮转速240r/min,磨料为0.2mm 0.4mm的石英砂，预磨lOOOr，在精度为0.1mg的BS224S型电子天平上称量，作为磨前重量，精磨2000r，再次称量为磨后重量，磨损量即为磨损前后重量之差。实验中用AZ31作为对比试样，AZ31磨损失重量为实施例的3倍，即实施例的相对耐磨性为AZ31的3倍。3.对实施例所制备的涂层进行电化学腐蚀试验，测试参数为:采用PARSTAT2273电化学工作站，电解液为3.5wt%的NaCl溶液，以待测试样为工作电极，工作面积2cm2，对电极为钼电极，参比电极为Ag，AgCl/KCl电极。开路电压为测试时间超过2h后的电压的稳定值，阳极极化曲线从开路电压以下500mv开始扫描，扫描速度lmV/St)，AZ31基体、AZ31喷Al以及实施例的阳极极化曲线如图3。表I为AZ31基体、AZ31喷Al以及实施例的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度，实施例的自腐蚀电位相对AZ31基体正移305mV，自腐蚀电流密度降低约I个数量级。表I
权利要求
1.一种镁合金表面耐蚀耐磨涂层，其特征在于，是Al打底涂层上复合有FeAl涂层所形成的Al-FeAl复合涂层。
2.制备权利要求I的一种镁合金表面耐蚀耐磨涂层的方法，其特征在于，采用电弧喷涂方法，首先在镁合金表面沉积Al涂层，然后再沉积FeAl涂层。
3.按照权利要求2所述制备镁合金表面耐蚀耐磨涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1，对镁合金基体表面进行预处理基体表面经丙酮清洗后，对基体表面喷砂粗化，气压O. 2-0. 4MPa，棕刚玉粒度为60目； 步骤2，采用电弧喷涂工艺制备Al打底涂层，使用纯度大于99wt%的市售纯铝丝材，喷涂Al涂层厚度不小于200 μ m ;喷涂工艺参数为电压28-30V ；电流100-120A ;喷涂距离200-250mm ;压缩空气压力0· 5-0. 6MPa ； 步骤3，采用电弧工艺在Al打底涂层表面制备FeAl涂层，使用FeAl粉芯丝材；喷涂FeAl层厚度不小于800 μ m ;喷涂工艺参数设定为电压30-32V ；电流180-200A ;喷涂距离200-250mm ;压缩空气压力0· 6-0. 65Mpa。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，步骤2中铝丝材直径优选为2.0mm。
5.按照权利要求3的方法，其特征在于，步骤3中FeAl粉芯丝材，采用纯度大于99%、粒度100-200目的Al粉末为芯层，以低碳钢带为外皮，FeAl粉芯丝材直径优选为2. 00mm。
6.按照权利要求3的方法，其特征在于，步骤3中FeAl粉芯丝材，填充率不小于17%。
7.按照权利要求3的方法，其特征在于，步骤2中喷涂Al层厚度，优选为200μ m ;步骤3中喷涂FeAl层厚度，优选为800 μ m。
全文摘要
一种镁合金表面耐蚀耐磨涂层及其制备方法，属于材料加工工程中的热喷涂领域。是Al打底涂层上复合有FeAl涂层所形成的Al-FeAl复合涂层；首先对镁合金表面进行清洗、粗化处理，然后采用电弧喷涂方法表面沉积Al-FeAl复合涂层。本发明所制备复合涂层能够在镁合金表面提供一层耐蚀耐磨性能好的涂层，同时成本低廉，环境影响小，能达到资源节约、实用可行、环境影响小，同时拓展镁合金实用范围的目的。
文档编号C23C4/08GK103255365SQ201310192950
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月22日 优先权日2013年5月22日
发明者吴玉锋, 贺定勇, 彭怡刚, 王维, 章启军 申请人:北京工业大学