[发明专利]一种镁合金表面复合膜层的制备方法及其溶液配方

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金的表面改性方法。

背景技术

目前国内外的非铁合金材料表面改性的主要方法有：热喷涂、化学镀、电镀、有机物涂覆、热扩散、气相沉积、高能束表面改性、化学转化、阳极氧化、等离子体电解氧化等。表面工程新技术-等离子体电解沉积技术可分为等离子体电解渗透技术和等离子体电解氧化技术两个分支，其中等离子体电解氧化是在阳极氧化的基础上发展起来的一种先进的表面处理技术，主要应用于铝、镁、钛等非铁合金上，能直接在其表面原位生长一层陶瓷质氧化膜，与同类技术相比，处理所得工件表面的性能有很大的提高。而等离子体电解渗透是在工件表面实现氮、碳以及金属等元素的离子注入，从而进行表面改性的新技术，但主要应用在黑色金属的表面改性领域。它与高能束离子注入、化学热处理等离子注入渗透方法相比，具有效率高、成本低、能加工复杂工件等优点。即等离子体电解沉积的两大分支技术目前都是分别使用的，文献中没有将这两种技术同时应用于黑色金属或非铁合金的公开报道。

为了进一步提高金属材料表面的防护能力，研究者们开始通过以上表面改性方法的不同组合在金属材料表面制备性能优异的复合膜层。以本发明涉及到的等离子体电解氧化技术为例，现有的复合方法是通过在电解液中加入功能性颗粒，在等离子体电解氧化的作用下，实现与膜层中陶瓷相的共沉积，或者通过对陶瓷质氧化膜进行后续的热喷涂、物理气相沉积、化学镀、电镀等处理来制得复合膜，但这些复合方法存在工艺繁琐、成本高、难于控制、不能加工形状复杂的工件等问题，不易实现工业化应用。同时还存在膜层结合力弱的缺点，这是由这些后续表面处理技术自身多具有机械结合、分子键结合的本征缺陷所带来的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在镁合金表面制备综合性能更好的复合膜的方法及其溶液配方。

本发明是一种镁合金表面复合膜层的制备方法及其溶液配方，其方法的步骤为：

(1)将打磨清洗好的镁合金工件置于含有欲渗入元素的电解液中先进行等离子体电解渗透处理，在其表面形成含有渗入元素分布的表面改性层；

(2)再将被处理工件清洗后，将其置于碱性电解液中进行等离子体电解氧化处理，最终在工件表面获得硬度高、耐蚀、抗磨、减摩的综合性能优异的复合膜层。

用于以上所述制备方法的步骤(1)中的溶液配方，在进行等离子体电解氧化处理时的电解液组成为含有欲渗入元素C、N、B、S的化合物A：10-140g/L，氢氧化钠：2-30g/L；化合物A是甲酰胺、尿素、乙醇胺、硼砂、硫脲中的一种或多种物质的组合。

用于以上所述制备方法的步骤(2)中的溶液配方，在进行等离子体电解氧化处理时的电解液组成为氢氧化钠，或者氢氧化钾：2～40g/L，氟化钾：5～30g/L，化合物B：10～50g/L；化合物B是硅酸盐、硼酸盐、碳酸盐、铝酸盐、锆盐、钛酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、锰酸盐中的一种或多种物质的组合。

目前等离子体电解沉积的两大分支技术都是分别使用的，其中等离子体电解渗透技术主要应用于黑色金属的表面改性领域，而等离子体电解氧化技术主要应用于铝、镁、钛等非铁合金的表面处理方面，文献中没有将这两种技术同时应用于黑色金属或非铁合金的公开报道。本发明是将这两种技术同时用于镁合金上，并且先进行等离子体电解渗透处理，在材料表面先形成含有渗入元素分布的表面改性层，然后再进行等离子体电解氧化处理，进一步在材料表面生成性能优异的氧化膜层，且第一步处理中已渗入的元素也要参加此时的化学反应并生成优质物相存在于复合膜层中。最终在工件表面获得硬度高、抗磨、减摩、耐蚀性好的优质复合膜层。因此，本发明的优势在于：