專利名稱：一種鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法屬于材料加工工程領(lǐng)域。具體來講是通過將鎂或鎂合金包埋于滲鋁劑中，在真空或有還原性氣體保護(hù)的條件下保溫，獲得以鎂或鎂合金為基體，以滲鋁層為表層的鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，資源豐富，制取方便，電磁屏蔽性能優(yōu)異，易于回收。諸多的優(yōu)異性能使鎂在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，如汽車、航空航天、IT行業(yè)等，并且由于其良好的生物相容性，有可以做生物材料的可能性(鞏貴芬等，[材料保護(hù)，2002，35(10)129～133])。然而鎂的耐腐蝕性能極差，這使鎂及鎂合金的應(yīng)用受到了很大的限制。目前提高鎂及鎂合金表面的耐腐蝕性能的表面防護(hù)技術(shù)有化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、微弧陽極氧化處理、有機(jī)涂層和鍍層等(Froes F H，et al.[MineMetalsand MaterSoc.1998，(9)30～34])?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜方法處理劑大都含有鉻或重有色金屬元素，從而有對(duì)環(huán)境和人體造成不同程度危害的局限性；微弧陽極氧化處理方法的工藝比較落后，其電能消耗高，且由于它使用高電壓、大電流密度，這使得單個(gè)工件的加工面積受到限制；有機(jī)涂層和鍍層使用氟化物為活化劑，經(jīng)過化學(xué)鍍鎳、鈍化及熱處理，鍍層具有良好的力學(xué)性能、耐蝕性、可焊性及對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性，但是這種方法的處理過程價(jià)格昂貴，而且處理劑中大多有毒。由于鋁自身在氧化環(huán)境下可以生成致密的三氧化二鋁膜，將基體與環(huán)境隔離開來，使基體不再受到腐蝕，提高了自身的耐腐蝕性能。目前已經(jīng)有人成功地用熱噴涂法(張津等，[中國(guó)機(jī)械工程，2002，(23)2057～2058])、CVD法(Ch.Christoglou et al.[Sruface and Coatings Technology 184(2004)149～155])、磁控濺射法(Liu-Ho Chiu，et al.[Surface & CoatingsTechnology 191(2005)181～187])在鎂或鎂合金表面得到了鋁層，腐蝕實(shí)驗(yàn)顯示基體的耐腐蝕性能得到很大提高。但是這些方法的過程復(fù)雜，處理過程價(jià)格昂貴，并不適合工業(yè)化應(yīng)用。雖然上述表面改性技術(shù)均不同程度地提高了鎂或鎂合金的耐腐蝕性能，但靠形成鋁涂層來保護(hù)鎂或鎂合金基體的方法(包括我們的上一個(gè)提出申請(qǐng)的專利，專利號(hào)為200510012634.X)均不同程度地存在工藝復(fù)雜，尤其是受到工件幾何形狀影響的限制。固體滲，具有工藝簡(jiǎn)便且不受工件幾何形狀限制的突出優(yōu)勢(shì)。最近馬幼平等報(bào)道了通過在ZM5鎂合金表面擴(kuò)滲Al，Zn處理來提高基體耐腐蝕性能的方法(馬幼平等，[稀有金屬材料與工程，2005，34(3)433～435])，其存在的問題是處理時(shí)間長(zhǎng)(12小時(shí))，能耗大，所得到的滲層仍然是以鎂為基的，并沒有形成以鋁為基的，即鋁合金層，其對(duì)基體耐腐蝕性能的提高有限，而且表面的可修飾性能也得不到應(yīng)該有的改善。因此，至今仍未找到一種既能較大程度地提高鎂或鎂合金抗腐蝕和表面修飾性能，又工藝簡(jiǎn)單、適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)，同時(shí)符合環(huán)保要求的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種鎂鋁復(fù)合材料，其特征在于是通過鎂及鎂合金表面滲鋁制備的以鎂或鎂合金為基體，以厚度為1～100μm的鋁合金層+鋁鎂金屬間化合物層+鋁在鎂或鎂合金中的擴(kuò)散層為表層所構(gòu)成的鎂鋁復(fù)合材料。
所述的一種鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于是用滲鋁劑將鎂或鎂合金制工件包埋于密閉容器中，在真空或有還原性氣體保護(hù)的條件下通過滲鋁，獲得的以鎂或鎂合金為基體，以滲鋁層鋁合金層+鋁鎂金屬間化合物層+鋁在鎂或鎂合金中的擴(kuò)散層為表層的鎂鋁復(fù)合材料的制備方法。
所述的一種鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于是所述的滲鋁劑的配方可為鋁粉、鋁合金粉、鋁粉與鋁合金粉按照一定比例的均勻混合物、Al粉+0～10wt％Al2O3+0～4wt％NaF、鋁合金粉+0～10wt％Al2O3+0～4wt％NaF或鋁粉與鋁合金粉的混合物+0～10wt％Al2O3+0～4wt％NaF。
所述的一種鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于是所述的具體工藝步驟是用滲鋁劑將鎂或鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于真空度優(yōu)于10-2Pa的真空室內(nèi)，或置于通入了還原性氣體氫氣、一氧化碳、煤氣中的一種或幾種的混合氣體的容器中，在350～500℃保溫30～120min后冷卻，即得到以鎂或鎂合金為基體表面滲鋁層厚度為1～100μm的鎂鋁復(fù)合材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過鎂及鎂合金表面滲鋁制備鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，所制備的這種以鎂或鎂合金為基體以滲鋁層為表層的鎂鋁復(fù)合材料，克服了鎂及鎂合金自身耐腐蝕性能差的缺點(diǎn)，并且保持了鎂及鎂合金具有的良好的消震性、電磁屏蔽性等性能，同時(shí)也獲得了鋁的表面可修飾性能好等優(yōu)點(diǎn)。鎂和鋁之間是冶金結(jié)合，滲鋁層和鎂或鎂合金基體的結(jié)合強(qiáng)度高。所使用的滲劑可以多次使用；所采用的滲鋁方法工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于控制，生產(chǎn)成本低，適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)，且有不受工件幾何形狀限制的突出優(yōu)勢(shì)。
四

圖1為采用純鋁粉將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度優(yōu)于10-2Pa，400℃保溫120min后冷卻，鎂基體與表面滲鋁層橫截面的掃描電子顯照片。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1采用純鋁粉將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度3×10-2Pa，400℃保溫120min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。電子掃描觀察到如圖1所示的厚度為50μm的滲鋁層。
實(shí)施方式2采用鋁合金粉將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度3.5×10-2Pa，400℃保溫100min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式3采用純鋁粉將AZ91鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度4.5×10-2Pa，400℃保溫60min后冷卻，即得到以AZ91鎂合金為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式4采用鋁合金粉將AZ91鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度3.5×10-2Pa，380℃保溫80min后冷卻，即得到以AZ91鎂合金為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式5采用純鋁粉將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于通有氫氣的密閉容器中，400℃保溫120min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式6采用純鋁粉將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于通有煤氣的密閉容器中，400℃保溫100min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式7采用鋁合金粉將AZ91鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于通有氫氣的密閉容器中，400℃保溫60min后冷卻，即得到以AZ91鎂合金為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式8采用鋁合金粉將AZ91鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于通有煤氣的密閉容器中，370℃保溫90min后冷卻，即得到以AZ91鎂合金為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式9采用Al粉+5wt％Al2O3+2wt％NaF混合均勻的粉末滲劑將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度3.3×10-2Pa，450℃保溫120min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式10采用鋁合金粉+5wt％Al2O3+2wt％NaF混合均勻的粉末滲劑將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度3.43×10-2Pa，440℃保溫100min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式11采用Al粉+3wt％Al2O3+3wt％NaF混合均勻的粉末滲劑將AZ91鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度4.5×10-2Pa，400℃保溫70min后冷卻，即得到以AZ91鎂合金為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式12采用鋁合金Al粉+3wt％Al2O3+3wt％NaF混合均勻的粉末滲劑將AZ91鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于真空室內(nèi)，真空度4.5×10-2Pa，400℃保溫70min后冷卻，即得到以AZ91鎂合金為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式13采用Al粉+4wt％Al2O3+4wt％NaF混合均勻的粉末滲劑將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于通有氫氣的密閉容器中，500℃保溫40min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式14采用鋁合金粉+4wt％Al2O3+4wt％NaF混合均勻的粉末滲劑將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于通有煤氣的密閉容器中，500℃保溫50min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式15采用Al粉+4wt％Al2O3混合均勻的粉末滲劑將AZ91鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于通有氫氣的密閉容器中，450℃保溫90min后冷卻，即得到以AZ91鎂合金為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式16采用鋁合金Al粉+4wt％Al2O3混合均勻的粉末滲劑將AZ91鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于通有煤氣的密閉容器中，450℃保溫90min后冷卻，即得到以AZ91鎂合金為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
實(shí)施方式17采用鋁合金粉+40wt％鋁粉+4wt％Al2O3+4wt％NaF混合均勻的粉末滲劑將鎂制工件包埋于密閉容器中，置于通有煤氣的密閉容器中，450℃保溫90min后冷卻，即得到以鎂為基體以滲鋁層為表面的鎂鋁復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種鎂鋁復(fù)合材料，其特征在于是通過鎂及鎂合金表面滲鋁制備的以鎂或鎂合金為基體，以厚度為1～100μm的鋁合金層+鋁鎂金屬間化合物層+鋁在鎂或鎂合金中的擴(kuò)散層為表層所構(gòu)成的鎂鋁復(fù)合材料。
2.權(quán)利要求1所述的一種鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于是用滲鋁劑將鎂或鎂合金制工件包埋于密閉容器中，在真空或有還原性氣體保護(hù)的條件下通過滲鋁，獲得的以鎂或鎂合金為基體，以滲鋁層鋁合金層+鋁鎂金屬間化合物層+鋁在鎂或鎂合金中的擴(kuò)散層為表層的鎂鋁復(fù)合材料的制備方法。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于是所述的滲鋁劑的配方為Al粉+0～10wt％Al2O3+0～4wt％NaF、鋁合金粉+0～10wt％Al2O3+0～4wt％NaF或鋁粉與鋁合金粉的混合物+0～10wt％Al2O3+0～4wt％NaF。
4.按照權(quán)利要求2所述的一種鎂鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于是具體工藝步驟是用滲鋁劑將鎂或鎂合金制工件包埋于密閉容器中，置于真空度小于10-2Pa的真空室內(nèi)，或置于通入了還原性氣體氫氣、一氧化碳、煤氣中的一種或幾種的混合氣體的容器中，在350～500℃保溫30～120min后冷卻，即得到以鎂或鎂合金為基體表面滲鋁層厚度為1～100μm的鎂鋁復(fù)合材料。
全文摘要
一種鎂鋁復(fù)合材料及其制備方法，屬于材料加工工程領(lǐng)域。具體來講是通過將鎂或鎂合金包埋于純鋁粉、鋁合金粉或按照一定比例混合的鋁粉或鋁合金粉、三氧化二鋁與氟化鈉的均勻混合物中，在真空或有還原性氣體保護(hù)的條件下，在350～500℃保溫30～120min，在鎂或鎂合金表面獲得均勻致密的滲鋁層的工藝方法。所制備的以鎂或鎂合金為基體以滲鋁層為表層的鎂鋁復(fù)合材料，克服了鎂及鎂合金自身耐腐蝕性能差的缺點(diǎn)，并且保持了鎂及鎂合金具有的良好的消震性、電磁屏蔽性等性能，同時(shí)也獲得了鋁的表面可修飾性能好的優(yōu)點(diǎn)。其工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于控制，生產(chǎn)成本低，適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)，具有不受工件幾何形狀限制的突出優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)C23C10/48GK1821435SQ200610012409
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者梁偉, 劉奮成, 趙興國(guó), 李線絨, 李秀杰 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)