一種激光束與涂鍍層相結合的鎂合金表面處理方法與流程

本發明屬于金屬表面處理領域，具體涉及一種激光束與涂鍍層相結合的鎂合金表面處理方法。

背景技術：

鎂合金是最輕質的金屬結構材料，具有密度小、比強度高、比剛度高、阻尼性好、導熱導電性好、電磁屏蔽特性優越等特點，在航空航天、汽車和電子通訊等行業得到廣泛的應用。然而，鎂在實用金屬中是電位最負的金屬，標準電位為-2.34V（相對于標準氫電極），當鎂合金中含有某些金屬雜質元素（如Fe、Ni、Cu等）時，極易引起電化學腐蝕；鎂極易氧化，暴露于空氣中其表面即能自發形成一層疏松多孔的氧化膜，這層氧化膜對基體幾乎沒有任何保護作用，所以鎂及其合金在潮濕環境、酸性及中性介質中易受腐蝕。因此，要促使鎂合金在軍事裝備等領域取得重大的應用，亟需提高鎂合金材料的抗腐蝕性能，延長鎂合金零部件在潮濕、鹽霧等惡劣環境下的使用壽命。

表面處理技術是提高鎂合金防腐能力的最常用和有效的方法。目前常用的鎂合金的表面處理技術主要有陽極氧化、熱噴涂及化學轉化膜等，使鎂合金表面形成一層新的保護膜，以提高鎂合金的防腐能力。但是，采用上述防護技術所獲得的鎂合金防護涂層表面完整性差，均具有不同程度的孔隙率，且有些微孔連接在一起，形成裂紋線或大的空洞，使得鎂合金的防腐能力大大降低。而采用激光表面改性技術對鎂合金進行表面處理，由于加工中材料經歷急熱急冷的過程，應力釋放會產生裂紋缺陷，其中穿透至基體的裂紋往往成為鎂合金材料的腐蝕通道。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種采用激光束與涂鍍層相結合的鎂合金表面耐腐蝕層的制備方法，解決了鎂合金表面耐腐蝕能力差的問題，能夠獲得表面完整性好且具有良好附著力的鎂合金抗腐蝕層。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

一種激光束與涂鍍層相結合的鎂合金表面處理方法，包括如下步驟：

（1）采用激光熔覆法，在鎂合金表面上制備一層抗氧化過渡層；

（2）采用熱噴涂法，在抗氧化過渡層上制備一層保護涂層；

（3）采用激光重熔法，對保護涂層進行封孔處理。

優選地，所述抗氧化過渡層為Al與Al₂O₃的混合物。

更優選地，Al與Al₂O₃的的質量比為8:1～4:1。

優選地，所述保護涂層為Al₂O₃。

本發明方法與現有技術相比的有益效果是：

1）本發明方法普遍適用于鎂合金抗腐蝕層的制備，通過抗氧化過渡層、保護涂層及保護涂層的封孔，對鎂合金基材進行多道防護，可以有效切斷單一防腐層存在的貫穿性腐蝕通道缺陷，大幅度提高鎂合金材料的抗腐蝕性能。

2）本發明方法中在噴涂層與基體鎂合金之間制備抗氧化過渡層，解決了熱噴涂過程中鎂合金基底易氧化的問題，且抗氧化過渡層與基體能夠形成良好的冶金結合，克服了噴涂層與基底結合強度較低（主要是因為噴涂層與鎂基底的結合方式為機械結合）的問題，經拉伸試驗測得本發明的Al₂O₃涂層與鎂合金基體的結合強度可達46.5MPa。

3）本發明方法不同于傳統的單一鎂合金表面防腐層制備技術，是一種激光束與涂鍍層相結合的鎂合金表面復合處理新方法。通過激光熔覆技術、熱噴涂技術和激光重熔技術的有效結合，形成優勢互補的鎂合金表面多層抗腐蝕層。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是本發明鎂合金的表面結構示意圖；

圖2是鎂合金樣品（5mm厚）在鹽溶液中浸泡48小時后宏觀形貌照片；

圖3是鎂合金樣品經336h鹽霧腐蝕試驗后照片。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例1

首先對AZ91D鎂合金樣片進行清洗打磨預處理，然后在樣片表面預置厚度1mm的Al+Al₂O₃質量比為6:1的混合粉末，采用500W YAG固體脈沖激光器進行激光熔覆，熔覆過程采用氬氣保護，在鎂合金樣片表面得到抗氧化過渡層。

再采用等離子噴涂（熱噴涂法之一）制備Al₂O₃保護涂層，功率35KW，噴涂距離100mm，送粉速度45g/min，制備的噴涂層厚度約500μm。

最后采用激光重熔對涂層進行封孔處理，封孔之前首先對鎂合金基體進行預熱處理（預熱溫度100℃處理36小時），然后采用功率2500W激光進行重熔。

將制備的鎂合金樣品在鹽溶液中浸泡48小時后的宏觀形貌如圖2所示。再取樣品進行鹽霧腐蝕試驗測試，測試依據標準GJB150.11-86，在溫度35℃、濕度100%條件下，采用5%的氯化鈉溶液連續噴霧336h后的樣品照片如圖3所示。通過實驗可知，采用本發明中的方法制備的鎂合金表面防腐層經336h鹽霧腐蝕試驗后表面完好。連續噴霧641h后，表面防腐層有部分脫落。

實施例2

與實施例1不同在于，抗氧化過渡層采用質量比為4:1的Al與Al₂O₃的混合粉末。采用上述比例混合粉末作為抗氧化過渡層熔覆材料，由于Al₂O₃增強相顆粒的加入，使熔覆后的鎂合金表面硬度、耐磨性得到明顯改善（顯微硬度258HV，熔覆前鎂合金基底硬度為80HV）。若繼續增加混合粉末中Al₂O₃的含量，熔覆層表面硬度提高較少，且由于Al₂O₃與鎂合金之間較大的物理性能差異，過量的Al₂O₃容易導致微裂紋，影響熔覆層質量，嚴重降低抗氧化過渡層的耐腐蝕性能。

實施例3

與實施例1不同在于，抗氧化過渡層采用質量比為8:1的Al與Al₂O₃的混合粉末。此時熔覆材料中的Al含量較高（Al₂O₃的含量相對較少），熔覆后試樣表面硬度達到160HV。

最后應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。