[发明专利]一种镁合金强变形及稀土扩渗表面改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，尤其涉及一种镁合金强变形及稀土扩渗表面改性的方法。

背景技术

金属表面处理工程是指金属通过表面涂覆、表面改性或多种技术复合处理后，改变金属材料表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态等的工艺措施，以获得所需要的表面性能，因此表面处理技术是提高镁合金耐热、耐腐蚀性能的最直接、有效的途径之一。

目前，已提出众多表面防护技术，包括阳极氧化、微弧氧化、化学转化、金属镀层、物理和化学气相沉积、离子注入、热扩散、激光表面处理等。在众多的表面技术中，通过热扩散渗金属从而在镁合金表面形成冶金扩散层具有一系列显著的优点。首先，所获表面合金层与基体为冶金扩散结合，结合力极佳，这是大多数表面处理方法难以实现的。此外，所得的金属间化合物(如Mg₁₇Al₁₂等)不仅可提升耐蚀性能，还可显著提升硬度，提高表面耐磨性，而且不像PVD、激光表面处理等需要昂贵的设备。尤其值得一提的是，不同于传统的阳极氧化、有机涂层处理等，该方法可最大限度保留镁合金的优异性能，如镁铝表面合金层可保持镁合金本身良好的导电导热性、抗电磁屏蔽性等。虽然目前已有为数不多的报道将该技术应用到镁合金体系上，但大多还是需要很高的温度。

现有技术中，已有不少国内外学者实现了低温渗金属，如通过各种物理场，包括等离子场、高频电场、超声波等来加速渗层中原子的扩散速度，进行金属扩渗，目前主要应用于传统的钢铁体系渗金属或非金属元素；又如采用超声喷丸、冲击等表面纳米化方法，在基体材料上制备出纳米结构表层，通过引入晶界等大量短路扩散通道，从而实现欲渗元素的低温扩散，如M.X.Zhang等人通过超声喷丸方法在AZ91D镁合金表面制备出一表面纳米化层，使得后续的固体粉末渗铝温度降低至380℃，这一温度比未经表面纳米化处理的镁合金渗铝温度要低50℃以上，同时徐哲等人在437℃对AZ91D实施了Al-Ce共渗，也获得了较好的效果。

现有相近技术方案：

1、张津等人提出一种降低镁合金表面喷涂涂层扩散温度的方法。在对镁合金基体表面进行热喷涂涂层前，先对镁合金表面进行纳米化处理，使镁合金表面晶粒细化至纳米尺寸，并去除镁合金表面的氧化皮和粗化以增强涂层与基体的机械铆合结合力；然后再热喷涂铝或锌或锌铝复合涂层；最后在普通热处理炉中200℃～400℃下保温处理，促使涂层与基体形成冶金结合。具体实施方式是分别采用高能喷丸法、表面机械研磨法(SMAT)、表面超声喷丸法(UUSP)和超音速颗粒轰击法(SSPB)对不同镁合金进行表面纳米化，再进行表面喷涂铝涂层及扩散处理。出处：张津，欧信兵，麻彦龙，王莹，杨栋华，龚喜兵.一种降低镁合金表面喷涂涂层扩散温度的方法：中国，ZL200710092486.6[P].2008-4-26；

2、吴晓春等人发明一种在模具钢件表面进行喷丸然后进行等离子渗硼形成复合层的工艺方法，首先在钢件表面进行喷丸处理，然后在热处理炉内通入BF₃、 Ar和H₂的混合气体，进行等离子低温渗硼处理。等离子渗硼处理的温度为510 ℃～610℃，低于一般热作模具钢的回火温度580℃～620℃，更低于过去传统渗硼温度850℃～950℃；最终在钢件表面形成喷丸层和渗硼层的复合层。该发明实施方案中采用的钢件试样为热作模具钢H13钢。出处：吴晓春，王庆芳.钢件表面喷丸及等离子低温渗硼的复合工艺方法：中国，ZL200810200323.X[P].2009-2-11

3、钟澄等人采用AlCl₃～NaCl熔盐，在较低温度(380℃)下对AZ91D镁合金表面进行热扩散渗铝处理，制备一扩散合金层。所用熔盐体系由无水AlCl₃与 NaCl按摩尔比1∶1混合，将镁合金试样用无水AlCl₃和NaCl包埋于洁净干燥陶瓷罐中。再将陶瓷罐密封后放入氩气保护气氛炉中，在380℃处理6h。结束后，用去离子水、丙酮清洗去除表面残留熔盐，烘干置于干燥器供后续测试分析。出处：钟澄，刘磊，仵亚婷，何美凤，沈彬，邓意达，胡文彬.AZ91D镁合金表面低温扩散渗铝层的组织与性能，中国有色金属学报，2010，20(12)： 2269-2273。