[发明专利]一种轻质合金表面防护涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面涂层防护领域，具体为一种轻质合金表面防护涂层的制备方法。

背景技术

铝和镁在地球中的含量丰富，其合金具有密度低，比强度、比刚度、比弹性模量高等特点，并具有很好的铸造、电磁屏蔽、减震及导电导热和切削加工等性能，因而其被广泛应用于汽车制造、航空航天、通讯、光学仪器、军工工业和计算机制造业等领域。但由于铝和镁的化学稳定性低，电极电位很负，耐蚀性、耐磨性、硬度及耐高温性能差等，这在某种程度上制约了其合金的广泛应用。因此，铝或镁合金要大规模应用于工业，必须通过选用或开发适当的涂层对其进行表面防护处理。

常用的镁合金表面改性技术包括离子注入和激光处理技术，离子注入技术是在真空状态下，使用高能离子束轰击目标实现离子体的注入，注入的离子留在固溶体的取代位置或间隙位上，形成非平衡表面。激光处理技术包括激光热处理和激光表面合金化，其中激光热处理技术是利用激光加热金属表面以促进亚稳固溶体形成的技术；而激光表面合金化则是通过高能激光加热金属表面，渗入合金元素，从而改变其化学成分、组织和性能。但由于激光束和离子束的限制，在重叠区易引起材料表面性能不均匀，导致材料的性能下降，且离子注入和激光处理的设备价格昂贵。目前为止，在镁合金表面防护上，研究者主要集中于化学转化膜、电镀、化学镀、阳极氧化、微弧氧化、涂覆有机聚合物涂层、表面合金化及气相沉积等。同镁合金相比，铝合金的表面防护技术相对比较成熟，但也存在很多问题。如：在超大规模集成电路制造中，铝合金结构件阳极化处理后往往会产生彩色斑纹；由于刻蚀工艺采用的气体化学活性强，且离子轰击效应明显，铝合金硬质阳极化后抵抗此类等离子体腐蚀的能力差，就会带来颗粒污染，影响刻蚀工艺，降低成品晶圆的质量，随着低纳米线宽技术的发展，这一问题尤其突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻质合金表面防护涂层的制备方法，解决现有技术中存在的耐腐蚀性能、耐磨性能和抗氧化性能较差，影响使用寿命等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种轻质合金表面防护涂层的制备方法，首先，利用冷喷涂方法在轻质合金表面制备纯铝涂层，作为防护涂层的底层；然后，对纯铝涂层进行表面抛光和阳极氧化，在纯铝涂层的表面制备氧化铝薄膜，作为防护涂层的表层；其中，所述的轻质合金为镁合金、钛合金或铝合金。

所述的轻质合金表面防护涂层的制备方法，采用纯铝或超纯铝粉末，在轻质合金表面制备纯铝涂层，利用高速气流将Al粉末直接喷涂于轻质合金表面，通过控制喷涂参数：喷射距离5～50mm、气体压强0.5～5.0MPa、气体温度为260～520℃、气流流量为10～30g/s、粉末粒度为1～50μm，铝粉纯度≥99.8wt%，使纯铝粉末沉积在轻质合金的表面上，形成均匀分布的纯铝涂层，作为防护涂层的底层。

所述的轻质合金表面防护涂层的制备方法，抛光采用机械、电解或化学抛光的方法，要求粗糙度Ra：0.3～1.6。

所述的轻质合金表面防护涂层的制备方法，阳极氧化为在阳极氧化装置中进行处理，对轻质合金表面纯铝涂层进行阳极氧化时，以纯铝涂层为阳极，置于电解质溶液中进行通电处理，利用电解作用使其表面形成氧化铝薄膜的过程；经过阳极氧化处理，纯铝涂层表面能生成性能优异的氧化铝薄膜，其抗腐蚀性能远好于铝合金阳极化后形成的氧化铝薄膜，尤其适合于大规模集成电路设备，使其在强腐蚀和等离子轰击环境下保持超洁净。

所述的轻质合金表面防护涂层的制备方法，阳极氧化采用的装置包括氧化电源、导电杆、氧化工件、电解质溶液、酸泵、热交换器、冷冻机，氧化电源通过导电杆连接氧化工件轻质合金表面的纯铝涂层，氧化工件置于电解质溶液中，电解质溶液通过酸泵与热交换器、冷冻机连接：盛装电解质溶液的电解槽通过两个管路与热交换器连通，其中一个管路上设置酸泵，利用酸泵将电解质溶液泵入电解槽内，交换器通过管路与冷冻机连通。

所述的轻质合金表面防护涂层的制备方法，阳极氧化工艺条件如下：

阳极氧化工艺参数：游离硫酸，160～180g/L；铝离子，1～5g/L；温度，19～21℃；电流密度，1.3～1.4A/dm²；阳极氧化后，在纯铝涂层表面形成A1₂O₃薄膜，氧化铝薄膜厚度为3～300微米。

所述的轻质合金表面防护涂层的制备方法，对氧化铝薄膜进行封闭处理，处理的方法为：高温水化反应封闭、无机盐封闭或有机物封闭法。