[发明专利]一种镁及镁合金的镀层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金表面处理领域，尤其涉及一种适用于镁及镁合金的镀层及其制备方法。

背景技术

作为“21世纪的绿色工程材料”，镁合金以其低密度、高比强度和比刚度、优良的阻尼减震等性能，在航空、航天、汽车、电子等行业应用潜力很大。镁的密度为1.8g/cm³，为铝的三分之二，钢的四分之一，钛的三分之一。镁合金的比重虽然比塑料重，但是单位重量的强度和弹性率比塑料高。所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。镁合金具有较高的抗振能力，在受冲击载荷时能吸收较大的能量，还有良好的吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金在汽油、煤油和润滑油中很稳定，适于制造发动机齿轮机匣、油泵和油管，又因在旋转和往复运动中产生的惯性力较小而被用来制造摇臂、襟翼、舱门和舵面等活动零件。

近年来，虽然在镁合金开发上已经取得了可喜的进展，但是镁合金在实际应用中还有很多问题亟待解决。一方面，镁的化学活性较高，标准电极电位很负（-2.37V），镁合金具有负差数效应，即使在室温下也会与空气发生反应生成一层自然氧化膜，这层膜对基体虽有一定的防护作用，但不适用于大多数腐蚀性环境。这使镁合金的腐蚀与防护问题一直没有得到很好的解决。特别是在户外恶劣的服役环境下镁合金耐腐蚀性差就是其面临的主要挑战之一。另一方面，由于镁合金通常较软，其耐磨性能较差。这两点在一定程度上制约了它的应用。由于腐蚀与磨损都是材料的表面行为，因此，为了拓展和开发镁合金的潜力，采用适当的表面改性技术改善镁合金的表面性能具有重要的现实意义。

化学镀作为一种常见成熟的表面处理方法，已经被广泛应用于各种零部件上来提高金属材料的耐腐蚀性能、硬度、耐磨损性能等。申请号为CN201210487224.0的中国发明专利申请公开了一种用于镁合金直接化学镀镍磷溶液及化学镀镍磷镀层工艺，该工艺采用以醋酸镍或硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，柠檬酸钠、甘氨酸或丁二酸钠为复合络合剂，氟化氢铵为缓蚀剂，醋酸钠为缓冲剂，氯化镉为稳定剂的溶液在镁合金表面直接沉积镍镀层。

另一方面，物理气相沉积（PVD）作为一种较为广泛应用的技术，可以在不改变基体力学性能和尺寸精度的情况下在材料表面沉积一层或多层薄膜从而有效提高材料各种性能。申请号为CN200510047631.X的中国发明专利申请公开了一种镁合金防护方法，采用物理气相沉积（PVD）的方法在AZ91D镁合金表面沉积了多层Al或多层Al/TiN涂层。但是，由于PVD技术固有的缺点，薄膜的生长从初始的形核至膜层的生长均是以一种非连续、非均匀的方式进行。因此，沉积的薄膜通常呈柱状生长，极易在镀层中形成各种形式的缺陷。尤其是通孔的形成，会在薄膜与镁合金基体间形成较大的电位差从而形成电偶腐蚀，导致镁合金腐蚀速度增大。

因此，针对现有技术中在镁合金表面PVD沉积镀层膜基结合差和易产生孔隙等缺点，本领域的技术人员致力于开发一种复合处理方法对镁及镁合金进行复合表面处理，生成耐腐蚀耐磨的多层镀层，提高镁及镁合金的耐腐蚀性能和耐磨损性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种镁及镁合金的镀层、以及通过化学镀镍和物理气相沉积的复合处理方法在镁及镁合金的表面生成耐腐蚀耐磨损的多层镀层的制备方法，提高镁及镁合金的耐腐蚀性能和耐磨损性能。

为实现上述目的，在一个方面，本发明提供了一种镁及镁合金的镀层，镀层依次包括沉积在镁及镁合金表面的镍金属镀层、过渡层和主体镀层；过渡层为金属元素镀层，主体镀层为金属氮化物镀层或类石墨碳镀层；镍金属镀层通过化学镀镍技术沉积在镁及镁合金表面，过渡层通过物理气相沉积的方法沉积在镍金属镀层上，主体镀层通过物理气相沉积的方法沉积在过渡层上。

进一步地，过渡层的金属元素为铝、铬或钛中的一种，主体镀层的金属氮化物为氮化铝、氮化铬或氮化钛中的一种。

进一步地，过渡层的金属元素与主体镀层的金属氮化物可以任意组合匹配。

可选地，过渡层的金属元素为铝，主体镀层的金属氮化物为氮化铝。

可选地，过渡层的金属元素为铬，主体镀层的金属氮化物为氮化铬。

可选地，过渡层的金属元素为钛，主体镀层的金属氮化物为氮化钛。

在另一个方面，本发明还提供了一种上述镁及镁合金的镀层的制备方法，包括如下步骤：

a）对镁及镁合金进行预处理；