[发明专利]Mg-Li合金表面微弧氧化/化学转化复合涂层的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种合金的表面处理方法，具体地说是一种Mg-Li合金的表面复合涂层的制备方法。

(二)背景技术

Mg-Li合金是目前最轻的金属结构材料(密度：1.30～1.65g/cm³)，具有较高的比强度、比刚度，较好的塑性变性能力、优良的抗振性能及抗高能粒子穿透能力，在航空、航天、汽车和电子等领域具有广阔的应用前景。Mg-Li合金的广泛应用可以满足航空、航天、汽车和电子工业对轻质材料的迫切需求，提高能源的利用率，降低环境污染，为国家的可持续发展提供有力的保障。对于提高国家的航空航天技术水平，国防能力及汽车电子等基础工业的水平具有长远的战略意义。目前耐蚀性差是限制镁锂合金应用的关键因素之一。耐蚀性差的主要原因在于其热力学上的不稳定和动力学阻力小，通过改进制备技术提高合金的自身性能以及合金表面处理是解决这一问题的两个主要途径。其中合金表面处理的本质是通过各种方法改变合金与环境介质间的界面，通过降低合金与界面反应活性来提高合金的热力学稳定性，并从动力学上提高界面反应所需的活化能。几种表面处理技术如化学转化、化学镀镍、阳极氧化、等离子体气相沉积和激光粒子注入等已被应用于镁锂合金的表面处理。其中化学转化、化学镀镍以及阳极氧化所得到的膜层的致密性、耐蚀性及与基体结合能力均较差，仅适用于短期防护，一般为后续涂层打底。等离子体气相沉积法和激光粒子注入法能够显著提高合金耐蚀和耐磨能力。但由于其成本过高和一次性处理工件面积有限，不适合大表面积镁锂合金工件的表面处理。

微弧氧化是将铝、镁、钛等阀金属或其合金置于电解质溶液中，利用电化学方法使材料表面产生微火花放电，在热化学、电化学和等离子体化学的共同作用下在材料表面原位生长陶瓷膜层的方法。鉴于其独特的制备方法，所生长的陶瓷膜层具有防腐、绝缘、耐热、耐冲击、耐磨损以及与基体结合牢固等优异性能。与其它表面处理技术相比，其独具的工序简单、效率高、对环境无污染等特点使其成为镁合金表面处理的重点发展方向。美国、德国和俄罗斯等国家的设备及工艺相对成熟，已获得大量相关专利。国内哈尔滨环亚微弧技术有限公司、北京师范大学、西安理工大学、中科院兰化所、中科院腐蚀与防护研究所和哈尔滨工业大学的同仁从事过微弧氧化设备研发、工艺过程、能量转化及膜层性能等方面的研究，并取得了很好的结果。研究对象主要为镁合金、钛合金和铝合金及其复合材料。研究内容主要集中于电参数、电解液组分的优化以及微弧氧化膜层性能表征与测试等方面，关于微弧氧化膜的生长过程和形成机理等方面的研究很少。

2007年我们开展了镁锂合金表面微弧氧化的研究。针对镁锂合金的特点成功研制出直流脉冲/交流脉冲复用微弧氧化电源，首次在镁锂合金表面成功制备了具有一定耐蚀能力的微弧氧化膜。并通过对不同锂含量的镁锂合金在纳米粒子掺杂的电解液中微弧氧化过程的深入分析初步探讨了微弧氧化膜的形成机理并建立了微弧氧化过程中锂的迁移模型。基于前期的研究工作，我们发现微弧氧化膜表面因火花放电本质所决定的固有多微孔结构缺陷(微孔及微裂纹)导致了腐蚀介质在膜层微孔及裂纹中的传递，进而大幅度降低了镁锂合金的耐蚀性能。因此，开发基于微弧氧化膜的复合处理技术成为解决这一问题的必然途径。郝京诚和王福会等分别开发了微弧氧化/气相沉积(J.Liang，P.Wang，L.T.Hu，J.C.Hao，Tribological properties of duplex MAO/DLC coatings on magnesium alloy usingcombined microarc oxidation and filtered cathodic arc deposition.Materials ScienceEngineering A.2007，454-455：164-169.)和微弧氧化/低压多次浸入复合处理技术，(H.P.Duan，K.Q.Du，C.W.Yan，F.H.Wang，Electrochemical corrosion behaviorof composite coatings of sealed MAO film on magnesium alloy AZ91D，Electrochimica Acta，2006，51：2898-2908)所得到的陶瓷基复合涂层大幅度提高了镁合金的耐蚀性能和摩擦磨损性能。