一種耐磨耐腐蝕梯度塗層鎂合金及其製備方法與流程
2023-10-19 09:39:57
本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種耐磨耐腐蝕梯度塗層鎂合金及其製備方法。
背景技術：
由於鎂合金具有比強度、比剛度高，導熱性、切削加工性好，電磁屏蔽能力強等特點，使得鎂合金在汽車、電子、電器、交通、航天、航空和國防軍事工業領域具有重要的應用價值和應用前景。
近年，鎂合金應用逐年提高，但一些尚待解決的問題使得鎂合金的應用成本仍然很高。因為鎂的化學性質十分活潑，極易與氧氣、氮氣、水、CO2、SO2等發生反應而生成緻密度係數較低的一層非金屬膜，這層膜不能對金屬基體起到有效的保護作用。另外，鎂的標準電極電位為-2.34eV，是常用金屬結構材料中最低的，當與其它金屬接觸時，易發生電偶腐蝕而加速溶解。還有，鎂合金的燃點低，在熔煉過程中極易燃燒，因此必須採取保護措施，工業生產中主要採用鹽類熔劑或氣體保護，前者易造成鑄件夾雜，影響產品質量，釋放的HCl等氣體汙染環境；或者多採用SF6氣體，對人體無害，但由於SF6是使地球氣候變暖的溫室氣體，其溫室作用是CO2的23900倍。而且鎂合的硬度較低，這就導致其耐磨性差。這些都成為限制鎂合金應用的關鍵問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出一種耐磨耐腐蝕梯度塗層鎂合金，能夠在鎂合金表面製得結合強度高，耐蝕、耐磨性好的塗層。同時又能儘量降低成本，減小對環境的汙染。
為達此目的，本發明採用以下技術方案：
一種耐磨耐腐蝕梯度塗層鎂合金，其包括附著在鎂合金表面的NiCrBSi粘結底層，以及附著在該NiCrBSi粘結底層上的Al2O3/TiN陶瓷塗層，其中NiCrBSi粘結底層厚度為150-200μm，Al2O3/TiN陶瓷塗層厚度為350-700μm。
本發明還提供所述一種耐磨耐腐蝕梯度塗層鎂合金的製備方法，所述方法包括：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化後的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌並乾燥；
(3)在乾燥的鎂合金基體表面用火焰噴塗NiCrBSi粘結底層，噴塗距離為100mm～150mm，噴塗角度為60°～90°之間，送粉氣流量為0.6～0.8m3/h，塗層厚度為150-200μm；
(4)在NiCrBSi粘結底層上等離子噴塗Al2O3/TiN陶瓷塗層，噴塗距離為100mm～150mm，等離子焰流軸線與被噴塗試樣表面的角度不應小於45°，噴塗角度在45°～90°之間，送粉氣流量為0.6～0.8m3/h，塗層厚度為350-700μm。
相較於其他的粘結底層，本發明採用NiCrBSi作為粘結底層，其起到了降低熱處理溫度、改善基體與工作層連接性質的作用，實現良好的結合。
本發明所述的NiCrBSi，其各成分之間比例不做特定限定，各個成分只要達到有效量即可。例如，其含量為Cr 14-18wt％、B 3-4.5wt％、Si 3.5-5.5wt％，Ni餘量。
所述Al2O3/TiN陶瓷塗層中，Al2O3與TiN的比例，同樣是各成分在有效量範圍內即可，例如Al2O3:TiN摩爾比為7-3:1。
TiN由於化學性能穩定、導熱係數高、熱膨脹係數小、耐磨性能好，把碳化矽粉末塗布於水輪機葉輪或汽缸體的內壁，可提高其耐磨性而延長使用壽命2～4倍；同時其耐熱，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節能效果好。TiN具有高硬度、低摩擦係數、高粘著強度、化學穩定性好、良好的導電性和與鋼鐵材料的熱膨脹係數相近等優點，從而被廣泛應用於機械、材料、化工、電子、冶金等領域。
優選的，本發明在鎂合金基體表面噴砂粗化處理之前，將鎂合金基體加熱到80-100℃。噴塗前對基體材料進行適當預熱，可以消除試樣表面的水分和溼氣，提高噴塗粒子與基底接觸時的界面溫度，減少因基體材料與塗層材料的熱膨脹差異造成的應力導致的塗層開裂，從而提高塗層與基體的結合強度。
本發明選用NiCrBSi合金粉末作為梯度陶瓷塗層中間層。NiCrBSi合金粉末是使用溫度較高、高溫綜合性能優異的合金粉末。Cr的硬度高，生成的Cr2O3氧化膜不僅能阻止氣體對塗層的進一步氧化，同時還可以增強塗層的耐磨性。。
本發明的塗層顯微硬度大於1020HV，遠遠高於鎂合金基體的顯微硬度(不到100HV)，大大提高了其耐磨性能。
採用鹽水浸泡試驗，也稱全浸腐蝕試驗。24h後結果如下，未噴塗試樣腐蝕劇烈，腐蝕嚴重，表面形成大量黑色點蝕坑，表面變的凹凸不平，有大量腐蝕產物產生。而噴塗試樣腐蝕緩慢，基本未受到腐蝕。
本發明的製備方法製備得到的鎂合金，其硬度高，耐磨並耐腐蝕，性能優異。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
實施例1
按照下述工藝步驟製備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化後的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌並乾燥；
(3)在乾燥的鎂合金基體表面用火焰噴塗NiCrBSi粘結底層，噴塗距離為100mm，噴塗角度為60°之間，送粉氣流量為0.6m3/h，塗層厚度為150μm；
(4)在NiCrBSi粘結底層上等離子噴塗Al2O3/TiN陶瓷塗層，噴塗距離為100mm，等離子焰流軸線與被噴塗試樣表面的角度不應小於45°，噴塗角度在45°，送粉氣流量為0.6m3/h，塗層厚度為350μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的NiCrBSi粘結底層，以及附著在該NiCrBSi粘結底層上的Al2O3/TiN陶瓷塗層。
實施例2
按照下述工藝步驟製備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化後的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌並乾燥；
(3)在乾燥的鎂合金基體表面用火焰噴塗NiCrBSi粘結底層，噴塗距離為150mm，噴塗角度為90°，送粉氣流量為0.8m3/h，塗層厚度為200μm；
(4)在NiCrBSi粘結底層上等離子噴塗Al2O3/TiN陶瓷塗層，噴塗距離為150mm，等離子焰流軸線與被噴塗試樣表面的角度不應小於45°，噴塗角度在90°，送粉氣流量為0.8m3/h，塗層厚度為700μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的NiCrBSi粘結底層，以及附著在該NiCrBSi粘結底層上的Al2O3/TiN陶瓷塗層。
實施例3
按照下述工藝步驟製備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化後的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌並乾燥；
(3)在乾燥的鎂合金基體表面用火焰噴塗NiCrBSi粘結底層，噴塗距離為130mm，噴塗角度為70°，送粉氣流量為0.7m3/h，塗層厚度為170μm；
(4)在NiCrBSi粘結底層上等離子噴塗Al2O3/TiN陶瓷塗層，噴塗距離為170mm，等離子焰流軸線與被噴塗試樣表面的角度不應小於45°，噴塗角度在60°，送粉氣流量為0.7m3/h，塗層厚度為500μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的NiCrBSi粘結底層，以及附著在該NiCrBSi粘結底層上的Al2O3/TiN陶瓷塗層。