專利名稱：鎂合金表面離子注入改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的表面處理方法，具體是一種鎂合金表面離子注入改性方法。
背景技術(shù)：
金屬鎂及合金是目前實際應(yīng)用的最輕的結(jié)構(gòu)材料，相對于鋼和鋁具有優(yōu)良的性能，如良好的機械加工性能、高熱導(dǎo)率、高比強度、高阻尼減震性、強電磁屏蔽能力以及低密度(1.74mg/cm3)。另外，鎂及其合金還具有尺寸穩(wěn)定、生物相容性、易于回收的優(yōu)點，因此在汽車工業(yè)、通訊電子行業(yè)、航空航天和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用，近年來其產(chǎn)量的年增長率達到20％，顯示了良好的應(yīng)用前景。但是，鎂的標準電極電位很低(-2.30V)、具有密排六方結(jié)構(gòu)以及形成的表面氧化膜屬于疏松結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其耐腐蝕性、抗拉強度、抗蠕變性能以及抗氧化性能都很差，這極大地限制鎂合金的廣泛應(yīng)用。因此，有效提高鎂合金表面耐腐蝕性和抗氧化性是鎂合金工程應(yīng)用的重要方面。
離子注入方法是物理沉積方法中的一種，不會產(chǎn)生環(huán)境污染問題，而且不受材料熱力學(xué)的限制，能在材料表面生成具有特殊物理和化學(xué)性能的表面層。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，D.Y.Zhang，etc，Thin Solid Films484(2005)215-218，(張德源等人在《固體薄膜》，2005，484215-218)上發(fā)表的“離子注入鉭對鋁鎂合金腐蝕性能的影響”結(jié)果認為，注入鉭以后，合金的表面腐蝕性能、表面硬度以及抗磨擦性能都得到了提高。但是該工藝只對一種劑量進行了研究，而且未見離子注入鉭對鎂合金性能影響的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種鎂合金表面離子注入改性方法，使其通過注入一定劑量的鉭，使鎂合金表面的耐腐蝕性能得到改善，是一種無環(huán)境污染且可控制注入濃度和深度的表面處理方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明將鎂合金表面用砂紙打磨，去除表面污染物，再用酒精清洗，在空氣中自然干燥，然后放入離子注入機的真空室中，注入鉭離子，鉭離子注入劑量在1×1016ions/cm2到1×1017ions/cm2之間。
本發(fā)明所采用的鎂合金為AZ31鎂合金，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。
本發(fā)明的優(yōu)選工藝參數(shù)為鉭離子的注入劑量為5×1016ions/cm2。鉭離子的引出電壓為45kV，離子流密度為8.85μA/cm2。該優(yōu)選工藝參數(shù)能較好清除鎂合金表面的污染物，同時生成具有納米級的表面保護膜層。本發(fā)明以鉭作為注入元素，是因為鉭具有非常優(yōu)異的耐腐蝕性能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明選用了鉭元素作為注入元素，使鎂合金表面的耐腐蝕性能得到了有效提高，工藝簡單，適用范圍廣，可以對各種類型的鎂合金表面進行改性，并且無環(huán)境污染問題，特別適用于精密工件的最后工藝處理。


圖1為不同鉭注入劑量下AZ31鎂合金的極化曲線(a)1×1016ions/cm2；(b)5×1016ions/cm2；(c)1×1017ions/cm2(d)未注入鉭離子。
具體實施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實施例實施例1以AZ31鎂合金作為基體，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。在其表面注入劑量為1×1016ions/cm2的鉭離子，相應(yīng)過程為(1)先將合金表面用SiC砂紙拋光至1500#，然后用酒精清洗干凈，自然晾干；(2)將合金放入離子注入機的真空室中，抽真空至1.4×10-3Pa，向其表面注入劑量為1×1016ions/cm2的鉭離子，相應(yīng)鉭離子的引出電壓為45kV，離子流密度為8.85μA/cm2；(3)達到所需的注入劑量后，停止注入離子，保持真空半個小時，取出樣品即可。電化學(xué)極化實驗表明(圖1)，AZ31在注入此劑量的鉭離子以后，腐蝕電流減小1倍，陽極出現(xiàn)明顯的鈍化區(qū)，而腐蝕電位基本沒有變化，說明注入1×1016ions/cm2的鉭離子以后AZ31的耐腐蝕性能得到了提高。
實施例2以AZ31鎂合金作為基體，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。在其表面注入劑量為5×1016ions/cm2的鉭離子，相應(yīng)過程為(1)先將合金表面用SiC砂紙拋光至1500#，然后用酒精清洗干凈，自然晾干；(2)將合金放入離子注入機的真空室中，抽真空至1.4×10-3Pa，向其表面注入劑量為5×1016ions/cm2的鉭離子，相應(yīng)鉭離子的引出電壓為45kV，離子流密度為8.85μA/cm2；(3)達到所需的注入劑量后，停止注入離子，保持真空半個小時，取出樣品即可。電化學(xué)極化實驗表明(圖1)，AZ31在注入此劑量的鉭離子以后，腐蝕電流減小5倍，而腐蝕電位提高到-1.25V，這表明注入5×1016ions/cm2的鉭離子以后鎂合金的耐腐蝕性能得到很大的提高。
實施例3以AZ31鎂合金作為基體，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。在其表面注入劑量為1×1017ions/cm2的鉭離子，相應(yīng)過程為(1)先將合金表面用SiC砂紙拋光至1500#，然后用酒精清洗干凈，自然晾干；(2)將合金放入離子注入機的真空室中，抽真空至1.4×10-3Pa，向其表面注入劑量為1×1017ions/cm2的鉭離子，相應(yīng)鉭離子的引出電壓為45kV，離子流密度為8.85μA/cm2；(3)達到所需的注入劑量后，停止注入離子，保持真空半個小時，取出樣品即可。電化學(xué)極化實驗表明(圖1)，AZ31在注入此劑量的鉭離子以后，腐蝕電流反而增大了5倍，而腐蝕電位提高到-1.25V，這表明注入1×1017ions/cm2的鉭離子以后鎂合金的耐腐蝕性能得到了一定的提高。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金表面改性的方法，其特征在于，將鎂合金表面用砂紙打磨，去除表面污染物，再用酒精清洗，在空氣中自然干燥，然后放入離子注入機的真空室中，注入鉭離子，鉭離子注入劑量在1×1016ions/cm2到1×1017ions/cm2之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或者所述的鎂合金表面改性方法，其特征是，鉭離子注入劑量為5×1016ions/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的鎂合金表面改性方法，其特征是，注入鉭離子時，離子注入機的真空室的真空度保持在1.4×10-3Pa以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的鎂合金表面改性方法，其特征是，鉭離子的引出電壓為45kV，注入的離子流密度為8.85μA/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的鎂合金表面改性方法，其特征是，所采用的鎂合金為AZ31鎂合金，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。
全文摘要
一種鎂合金表面離子注入改性方法，用于表面處理技術(shù)領(lǐng)域。方法如下將鎂合金表面用砂紙打磨，去除表面污染物，再用酒精清洗，在空氣中自然干燥，然后放入離子注入機的真空室中，注入鉭離子，鉭離子注入劑量在1×10
文檔編號C23C14/02GK1851042SQ20061002716
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者王雪敏, 曾小勤, 吳國松, 姚壽山 申請人:上海交通大學(xué)