[发明专利]炉内加热固态扩散镁或镁合金制品表面合金化方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及镁或镁合金表面改性，特别涉及采用炉内加热固态扩散对镁及镁合金进行表面合金化改性技术和工艺方法。

技术背景

镁的比重轻，只有1.8g/cm³，相当于铝的2/3，钢的1/4。镁合金的比强度和比刚度高、导热导电性好、兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能；同时镁合金易于加工成型、废料易回收，环境污染少，可代替塑料作电子装置的壳体及结构件，以满足产品的轻、薄、小型化及高集成度等要求，亦可代替交通运输行业的钢铁和铝合金结构件，减轻重量，提高能源利用效益。虽然镁合金具有许多优点，但由于镁是一种非常活泼的金属，在大气(尤其在潮湿的空气)、酸性物质和盐(尤其氯化物)中有高的溶解度和腐蚀速度，而且形成的腐蚀产物稳定性差且比较疏松，不能起到有效的钝化作用以阻止腐蚀的进一步进行。这种致命缺点严重制约了镁合金的广泛应用。

目前镁合金表面改性主要采用的方法有阳极化处理、电镀涂敷等表面改性工艺。虽然这些工艺可不同程度地减缓镁合金的腐蚀，但仍存在诸多不足，如大多数表面改性均需经有机物封孔的工艺环节，致使涂层含有有机物；有些耐腐蚀涂层与镁合金基底之间存在明显界面，形成的表层组织疏松多孔，常因应力造成表层开裂或剥落是常见的；有些工艺环节还会对环境造成污染等。

鉴于现有工艺方法存在局限性，目前各方均积极致力于镁合金表面改性方面的前沿性研究包括气相沉积涂层、微弧氧化、离子注入金属铬和氮等、激光表面处理等，但以上技术尚不成熟，工艺和成本难为企业所接受，有些技术还正处于探索阶段，无法应用在工业生产中。在某些工作条件下，为防镁合金表面有机物燃烧产生毒性，要求镁合金耐腐蚀层为无机物，如飞机的操纵盘、座椅等部件，而目前大多数镁合金的表面改性层含有有机物，难以满足实际要求。

发明内容

本发明的目的在于克服目前镁合金表面改性工艺的缺陷，提供一种通过炉内加热固态扩散形成镁或镁合金表层区域合金化的表面改性工艺方法。用该方法所制造的合金层不仅与镁合金基体保持冶金结合，而且成分和厚度可控制，处理后零件表面质量好。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明采取的技术方案是将不同的金属粉配制后(如铝、硅、锌等)，用粘结剂涂于制品表面，对制品进行表面感应加热，在镁或镁合金制品表面形成合金改性层。该方法依下列步骤进行：

a、对镁制品进行表面处理，去除污染物，再用酒精冲洗，然后在空气中干燥；

b、用金属粉和粘结剂配制金属涂敷材料，粘结剂占金属粉总量的0.05～0.4％；

c、将配制好的金属涂敷材料均匀涂在镁制品表面上，涂层厚度为0.01～2mm；

d、带有涂层的镁制品放置在空气中自然干燥；然后，

e、将镁制品放置在炉内加热固态扩散，温度一般控制在550～600℃；加热时间一般控制在6～42小时；抽真空或用气体保护，抽真空时真空度为-4.0～-5.5×10⁴Pa；

f、将镁制品出炉，自然冷却至室温，即制成表面合金化的镁制品。

该方法还可依下列步骤进行：

a、对镁合金制品进行表面处理，去除污染物，再用酒精冲洗，然后在空气中干燥；

b、用金属粉和粘结剂配制金属涂敷材料，粘结剂占金属粉总量的0.05～0.4％；

c、将配制好的金属涂敷材料均匀涂在镁合金制品表面上，涂层厚度为0.01～2mm；

d、带有涂层的镁合金制品放置在空气中自然干燥；然后，

e、将镁合金制品放置在炉内加热固态扩散，温度一般控制在470～540℃；加热时间一般控制在6～42小时；抽真空或用气体保护，抽真空时真空度为-4.0～-5.5×10⁴Pa；

f、将镁合金制品出炉，自然冷却至室温，即制成表面合金化的镁合金制品。

上述方案所用的保护气体是指氩气或N₂气。

本发明所用的金属粉，是指铝粉、锌粉、硅粉或铝粉和锌粉的混合粉。其中，铝粉和锌粉的混合比例为：铝粉∶锌粉＝25～27∶73～75或者12～50∶50～88。

本发明配制的金属涂敷材料中，所用金属粉的粒度一般控制在70～400目，其最佳粒度范围为200～320目。

所用的粘结剂是指低温粘结剂，如聚乙烯醇缩丁醛、糊精等。