鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜及其制備方法技術

本發明專利技術公開了鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜的制備方法；該制備方法鎂合金依次經有機溶劑超聲除脂、吹干、堿蝕、去離子水漂洗、防銹處理、預鍍、施鍍、水洗、烘干，在鎂合金表面獲得預處理的Ni‐P合金層；將處理后所得鎂合金進行熱處理，鎂合金表面的Ni?P合金層硬度達到HV600‐800；將處理后的鎂合金送入真空室，調節真空室爐溫在200℃以上進行離子刻蝕，然后采用離子鍍或磁控濺射技術制備硬質PVD涂層，冷卻到150℃以下后取出，制得帶有硬質金屬陶瓷涂層的鎂合金。本發明專利技術得到一種具裝飾性、高耐磨性和高抗腐蝕性的金屬陶瓷涂層。

Magnesium alloy surface abrasion resistant corrosion resisting film and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method of the wear surface of magnesium alloy corrosion film; the preparation method of magnesium alloy by using organic solvent ultrasonic degreasing, drying, alkali corrosion, deionized water rinsing, anti rust treatment, pre plating, plating, washing, drying, Ni - P alloy layer in the pretreatment process of magnesium alloy the surface will be obtained after treatment; magnesium alloy heat treatment, the surface of the magnesium alloy Ni alloy layer P hardness of HV600 - 800; magnesium alloy processed into the vacuum chamber, the vacuum chamber temperature regulating ion etching at 200 DEG C, and then used or prepared by magnetron sputtering ion plating hard PVD coatings, cooling to 150 DEG C after removing magnesium alloy prepared with hard metal ceramic coating. The invention provides a metallic ceramic coating with high decorative, high wear resistance and high corrosion resistance.

【技術實現步驟摘要】
鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜及其制備方法
本專利技術涉及金屬表面處理，特別是涉及鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜及其制備方法，具體涉及鎂合金表面硬化處理及通過物理氣相沉積從而獲得兼顧裝飾性、耐磨耐蝕薄膜涂層的復合處理技術。
技術介紹
鎂合金具有比強度和比剛度高、鑄造性能好、電屏蔽和阻尼性能優異及可回收利用等特點，廣泛地應用于電子產品、航空航天、汽車摩托車、運動器材等領域。但鎂合金自身硬度極低，通常布氏硬度HB不足40，表面極易被刮傷、不耐磨；鎂的平衡還原電極電位為-2.36V，化學活性高，容易被氧化、腐蝕，且鎂合金表面生長的氧化膜疏松多孔。因此，通過合理的表面處理來提高鎂合金的表面硬度、提高鎂合金的抗腐蝕能力成為鎂合金在各個領域獲得廣泛應用的關鍵。考慮鎂合金自身的低硬度和化學活性，很難采用單一處理技術獲得兼具裝飾性、高耐磨性、高抗腐蝕能力的表面。電鍍、化學鍍、化學轉化膜處理所獲得的涂層難以達到較高硬度,因此耐磨性很難滿足電子產品對耐磨度的需求。陽極氧化、微弧氧化處理獲得多孔型涂層，雖然可能達到高硬度要求，但難以獲得高光潔度的表面，且微弧氧化涂層的表面層通常為疏松層。熱噴涂、真空氣相沉積提供了制備高硬度陶瓷涂層的手段，但前者表面粗糙，容易導致薄壁件變形；后者可以獲得高光潔度表面，但難以在低硬度的基材上獲得高膜基結合力的陶瓷涂層。因此，要獲得兼具裝飾性、高耐磨性、高抗腐蝕能力的鎂合金表面成為現有技術的難題。采用真空氣相沉積及包含物理氣相沉積(PVD)的復合技術獲得功能性、裝飾性涂層是鎂合金表面處理的重要方向。中國專利技術專利申請CN105887159A和CN103668190A分別公布了首先微弧氧化(MAO)，然后采用PVD制備金屬層的鎂合金表面復合處理方法。前者MAO處理后，直接制備PVD金屬層；后者MAO后，通過拋光/拉絲處理微弧氧化涂層的表面，然后再做PVD涂層，并在PVD后進行后處理，即噴涂透明樹脂涂層。上述兩種方法經微弧氧化處理后，改變了產品的原有表面形貌，要回復原有形貌，必須通過拋光/拉絲或者噴砂等后處理。雖然微弧氧化涂層的硬度高，為PVD硬質涂層提供了高強度支撐，但通常微弧氧化層不導電，且MAO的表面層通常是疏松多孔層，不利于后續直接制備PVD涂層。中國專利技術專利申請CN105543919A采用先電鍍，然后PVD的方式，這種方法可以獲得導電的光潔表面，但純金屬或合金電鍍層的硬度較低，難以支撐硬質PVD涂層，導致后者在使用過程中容易剝落。為提高PVD同基體的結合力，中國專利技術專利申請CN104878362A首先采用鈦離子注入改性鎂合金表面，然后利用PVD技術制備涂層，這種方法需要采用數萬伏高壓的離子注入裝置，目前離子注入深度僅幾個納米，且受到陰極鞘層影響，通常只能單件實施離子注入，不適合于批量化生產。
技術實現思路
針對上述現有技術的問題，本專利技術所要解決的技術問題在于，針對低硬度、易銹蝕的鎂合金，提供一種獲得高結合力、高致密度和高連續性的耐蝕、耐磨且兼具裝飾性的鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜及其制備方法。本專利技術針對鎂合金低硬度、低彈性模量，難以支撐高硬度、高模量PVD硬質涂層的特點，采用預處理方式在鎂合金表面獲得導電性良好、硬度高、與鎂合金基體結合力高的表面合金層，同時控制該表面合金層的厚度在5-10微米，不影響基體表面的各種光潔度要求；然后在高硬度層的表面制備高硬度的PVD涂層。現有技術采用陽極化涂層及微弧氧化涂層主要獲得氧化物陶瓷涂層，該氧化物涂層表面為多孔(粗糙)結構外，它們本身是介質涂層，幾乎不導電，因此在其表面制備的PVD涂層結合力較弱，難以滿足高耐磨性的要求。還有現有技術采用電鍍金屬層作為鎂合金基體和表層PVD涂層的過渡層，但發現電鍍過程中金屬電鍍層容易殘留氫，在較高溫度(如高于200℃)PVD鍍膜過程中產生鼓泡現象，導致PVD涂層不連續、涂層剝落等現象。本專利技術根據現有技術存在的問題，選擇化學鍍方式獲得鎂合金表面預處理硬化層。化學鍍層中無殘余氫存在，因此在較高溫度的真空中制備PVD涂層時避免了合金過渡層氣泡、放氣現象，有利于獲得致密的、連續的PVD涂層。本專利技術通過化學鍍Ni‐P合金層并配合合理的熱處理達到強化、硬化的目的，為表面制備硬質PVD涂層奠定支撐基礎。該方法的關鍵是制備合理含磷量的Ni‐P層，該Ni‐P層可在幾乎不影響基體鎂合金組織結構和性能的熱處理溫度下(低于400℃)短時間內實現硬化，表面硬度達到600HV以上。本專利技術采用磁控濺射方法或陰極電弧離子鍍沉積氮化物、碳化物、碳氮化物金屬陶瓷硬質涂層。采用顯微硬度計測試獲得的涂層鎂合金表面硬度超過HV1200；根據鹽霧腐蝕性測試標準GB/T2423.17-2008，測試涂層鎂合金耐5.0wt％中性鹽霧腐蝕，達到96小時后表面無點蝕的耐蝕水平。通過本專利技術技術方案，獲得兼具裝飾性、高耐磨性、高抗腐蝕能力的鎂合金表面。本專利技術目的通過如下技術方案實現：鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜的制備方法，包括以下步驟：1)鎂合金依次經有機溶劑超聲除脂、吹干、堿蝕、去離子水漂洗、防銹處理、預鍍、施鍍、水洗、烘干，在鎂合金表面獲得預處理的Ni‐P合金層；所述預鍍是將鎂合金在預鍍槽中預鍍液中浸泡30‐90秒，在鎂合金表面快速形成Ni催化點；預鍍液組成為：可溶性鎳鹽25‐35g/L、檸檬酸鈉(C6H5Na3O7·2H2O)10‐120g/L和水，預鍍液的pH值為11‐12；預鍍的溫度為室溫；所述施鍍是將預鍍后的鎂合金在預鍍結束后1分鐘內轉移至施鍍槽中制備鎳‐磷合金；高溫鍍槽中沉積P含量為7‐8.5wt％的Ni‐P合金涂層，涂層生長速率6‐8微米/小時；施鍍液的組成為：可溶性鎳鹽25‐40g/L、還原劑次亞磷酸鈉(NaH2PO2·H2O)10‐20g/L、絡合劑檸檬酸鈉(C6H5Na3O7·2H2O)10‐15g/L、促進劑乙酸鈉(C2H3NaO2)10‐15g/L和水；施鍍液的pH值為5.5‐6.5；施鍍的溫度為80‐90℃；2)將步驟1)處理后所得鎂合金進行熱處理，鎂合金表面的Ni-P合金層硬度達到HV600‐800；3)將步驟2)處理后的鎂合金送入真空室，調節真空室爐溫在200℃以上進行離子刻蝕，然后采用離子鍍或磁控濺射技術制備硬質PVD涂層，冷卻到150℃以下后取出，制得帶有硬質金屬陶瓷涂層的鎂合金。為進一步實現本專利技術目的，優選地，所述熱處理為真空條件下，300‐400℃等溫退火處理1‐2小時。優選地，所述真空條件的真空室的背景真空達到低于5x10‐3Pa，避免處理過程中化學鍍層氧化。優選地，所述離子刻蝕是采用熱絲直流弧離子源獲得的氬等離子體轟擊試樣表面，清潔活化表面。優選地，所述可溶性鎳鹽為硫酸鎳或醋酸鎳中的一種。優選地，所述機溶劑超聲除脂采用環保的二氯甲烷作為有機溶劑。優選地，所述堿蝕是在堿性溶液中去除鎂合金表面的氧化物；所述去離子水漂洗為去除鎂合金表面堿蝕殘留溶液。優選地，所述防銹處理是在清潔鎂合金表面覆蓋一層防銹薄膜，當不能即時實施化學鍍時，避免鎂合金在大氣環境表面被氧化。優選地，所述預鍍的pH值用NaOH調制；所述施鍍的鍍液的pH值用NaOH和乙酸調制。一種鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜，由上述制備方法制得，所述耐磨耐腐蝕薄膜的表面硬度超過HV1200；經過1000周次本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1)鎂合金依次經有機溶劑超聲除脂、吹干、堿蝕、去離子水漂洗、防銹處理、預鍍、施鍍、水洗、烘干，在鎂合金表面獲得預處理的Ni‐P合金層；所述預鍍是將鎂合金在預鍍槽中預鍍液中浸泡30‐90秒，在鎂合金表面快速形成Ni催化點；預鍍液組成為：可溶性鎳鹽25‐35g/L、檸檬酸鈉10‐120g/L和水，預鍍液的pH值為11‐12；預鍍的溫度為室溫；所述施鍍是將預鍍后的鎂合金在預鍍結束后1分鐘內轉移至施鍍槽中制備鎳‐磷合金；高溫鍍槽中沉積P含量為7‐8.5wt％的Ni‐P合金涂層，涂層生長速率6‐8微米/小時；施鍍液的組成為：可溶性鎳鹽25‐40g/L、還原劑次亞磷酸鈉10‐20g/L、絡合劑檸檬酸鈉10‐15g/L、促進劑乙酸鈉10‐15g/L和水；施鍍液的pH值為5.5‐6.5；施鍍的溫度為80‐90℃；2)將步驟1)處理后所得鎂合金進行熱處理，鎂合金表面的Ni?P合金層硬度達到HV600‐800；3)將步驟2)處理后的鎂合金送入真空室，調節真空室爐溫在200℃以上進行離子刻蝕，然后采用離子鍍或磁控濺射技術制備硬質PVD涂層，冷卻到150℃以下后取出，制得帶有硬質金屬陶瓷涂層的鎂合金。...

【技術特征摘要】
1.鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1)鎂合金依次經有機溶劑超聲除脂、吹干、堿蝕、去離子水漂洗、防銹處理、預鍍、施鍍、水洗、烘干，在鎂合金表面獲得預處理的Ni‐P合金層；所述預鍍是將鎂合金在預鍍槽中預鍍液中浸泡30‐90秒，在鎂合金表面快速形成Ni催化點；預鍍液組成為：可溶性鎳鹽25‐35g/L、檸檬酸鈉10‐120g/L和水，預鍍液的pH值為11‐12；預鍍的溫度為室溫；所述施鍍是將預鍍后的鎂合金在預鍍結束后1分鐘內轉移至施鍍槽中制備鎳‐磷合金；高溫鍍槽中沉積P含量為7‐8.5wt％的Ni‐P合金涂層，涂層生長速率6‐8微米/小時；施鍍液的組成為：可溶性鎳鹽25‐40g/L、還原劑次亞磷酸鈉10‐20g/L、絡合劑檸檬酸鈉10‐15g/L、促進劑乙酸鈉10‐15g/L和水；施鍍液的pH值為5.5‐6.5；施鍍的溫度為80‐90℃；2)將步驟1)處理后所得鎂合金進行熱處理，鎂合金表面的Ni-P合金層硬度達到HV600‐800；3)將步驟2)處理后的鎂合金送入真空室，調節真空室爐溫在200℃以上進行離子刻蝕，然后采用離子鍍或磁控濺射技術制備硬質PVD涂層，冷卻到150℃以下后取出，制得帶有硬質金屬陶瓷涂層的鎂合金。2.根據權利要求1所述的鎂合金表面耐磨耐腐蝕薄膜的制備方法，其特征在于，所述熱處理為真空條件下，300‐400℃等溫退火處理1‐2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭繼華，李烈軍，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44