專利名稱：一種制備鎂合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料表面改性領(lǐng)域，具體地涉及一種制備鎂合金的方法。
背景技術(shù)：
鎂合金板材是航空、航天工業(yè)不可缺少的材料。航空材料減重帶來的經(jīng)濟效益和性能改善十分顯著，商用飛機與汽車減重相同質(zhì)量帶來燃油費用節(jié)省，前者是后者的近100 倍，而戰(zhàn)斗機的燃油費節(jié)省又是商用飛機的近10倍，更重要的是其機動性能改善可以極大提高其戰(zhàn)斗力和生存能力。正因為如此，航空工業(yè)才會采取各種措施增加鎂合金應(yīng)用?，F(xiàn)在飛機所用的鋁材料約占飛機總重量的85%，高強度、耐腐蝕的鎂合金板比鋁板性能更好， 在飛機上應(yīng)用更有優(yōu)勢。鎂合金是減輕武器裝備質(zhì)量，實現(xiàn)武器裝備輕量化，提高武器裝備各項戰(zhàn)術(shù)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。軍工上應(yīng)用，如直升機、殲擊機都要大量使用；坦克、裝甲車、軍用吉普車、 槍械武器等等，可使單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)降到6. 37Kg。用鎂板制造子彈殼、炮彈殼，使單兵子彈負載增加一倍。交通工具上應(yīng)用，如汽車、火車、船舶等，減輕重量、節(jié)省能源、減少污染，國家正大力發(fā)展。在3C產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用。在電源上應(yīng)用，鎂電源類產(chǎn)品都是高能無污染電源，如制造鎂錳干電池、鎂空氣電池、鎂海水電池、魚雷電源以及動力電池。高電位鎂合金犧牲陽極板用在金屬保護上。民用也很廣。如環(huán)保建筑裝飾板材、體育、醫(yī)療器械、工具、高級眼鏡架、手表殼、高級旅行用品等。國內(nèi)的彩色鎂合金生產(chǎn)目前處于起步階段，據(jù)國內(nèi)期刊的有關(guān)報道，不少技術(shù)問題尚處于探討研究階段，在著色方法上大多采用鎂合金的化學轉(zhuǎn)化膜，按溶液可分為鉻酸鹽系、有機酸系、磷酸鹽系、KMn04系、稀土元素系和錫酸鹽系等?；瘜W轉(zhuǎn)化膜較薄、軟，防護能力弱，一般只用作裝飾或防護層中間層。陽極氧化可得到比化學轉(zhuǎn)化更好的耐磨損、耐腐蝕的涂料基底涂層，并兼有良好的結(jié)合力、電絕緣性和耐熱沖擊等性能，是鎂合金常用的表面處理技術(shù)之一。而且溶膠成分會使成膜速度出現(xiàn)階段性快速和緩慢增長，但基本上不影響膜層的X射線衍射相結(jié)構(gòu)。 但陽極氧化膜的脆性較大、多孔，在復雜工件上難以得到均勻的氧化膜層。金屬涂層處理， 鎂及鎂合金是最難鍍的金屬，其原因如下(1)鎂合金表面極易形成的氧化鎂，不易清除干凈，嚴重影響鍍層結(jié)合力；( 鎂的電化學活性太高，所有酸性鍍液都會造成鎂基體的迅速腐蝕，或與其它金屬離子的置換反應(yīng)十分強烈，置換后的鍍層結(jié)合十分松散；(3)電鍍或化學鍍是同時獲得優(yōu)越耐蝕性和電學、電磁學和裝飾性能的表面處理方法，缺點是前處理中的Cr、F及鍍液對環(huán)境污染嚴重，鍍層中多數(shù)含有重金屬元素，增加了回收的難度與成本。 由于鎂基體的特性，對結(jié)合力還需要改善
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種易于操作、綠色無污染、成本低、適于批量生產(chǎn)、基本不改變鎂合金的形狀和尺寸的制備鎂合金的方法，通過該方法制得的鎂合金涂層穩(wěn)定、色彩豐富、重現(xiàn)性好、與基體結(jié)合牢固、表面硬度高、耐磨耐腐蝕。本發(fā)明的技術(shù)方案是這種制備鎂合金的方法，利用激光的光-熱-化學效應(yīng)在鎂合金表面氧化生成氧化物薄膜，通過氧化物本身的顏色與薄膜的干涉作用共同使鎂合金表面著色，同時通過連續(xù)激光工藝參數(shù)的改變與光斑能量的調(diào)制，采用旋轉(zhuǎn)激光頭制備大面積的曲面或平面的彩色鎂合金。由于采用以上方法，所以易于操作、綠色無污染、成本低、適于批量生產(chǎn)、基本不改變鎂合金的形狀和尺寸，并且通過該方法制得的鎂合金涂層穩(wěn)定、色彩豐富、重現(xiàn)性好、與基體結(jié)合牢固、表面硬度高、耐磨耐腐蝕。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。這種制備鎂合金的方法，利用激光的光-熱-化學效應(yīng)在鎂合金表面氧化生成氧化物薄膜，通過氧化物本身的顏色與薄膜的干涉作用共同使鎂合金表面著色，同時通過連續(xù)激光工藝參數(shù)的改變與光斑能量的調(diào)制，采用旋轉(zhuǎn)激光頭制備大面積的曲面或平面的彩色鎂合金。優(yōu)選地，這種制備鎂合金的方法包括以下步驟(1)將切割后的鎂合金采用40°C硝酸進行酸洗lmin，然后用清水清洗;3min-5min， 取出后在熱空氣中快速干燥；(2)將經(jīng)步驟(1)處理后的鎂合金放置在由計算機控制線性二次磁懸浮的工作臺上，采用各種激光工藝參數(shù)及工作臺速度進行激光氧化著色大面積處理，通過激光的光-熱-化學作用獲得帶有不同顏色的鎂合金表面氧化物薄膜；(3)將步驟⑵處理后的彩色鎂合金在15°C _75°C的超聲波中用酒精清洗 5min-10min,制得大面積彩色鎂合金。優(yōu)選地，所述的Z-W計算機控制的工作臺移動速度為lmm/S-40mm/S，連續(xù)激光功率為35W-550W，激光矩形光斑尺寸為0. 2mmXl. 31mm_5_X 7_，激光作用時間0. k_7s，離焦量0. 01mm-15mm，光斑搭接率5% -70%。優(yōu)選地，所述的激光器采用連續(xù)激光器，氧氣采用同軸輸送且氧氣流量為0. 5L/ min-5L/min,或直接采用空氣中的氧氣。優(yōu)選地，所述的激光光斑為調(diào)制后能量均勻的矩形光斑。優(yōu)選地，所述的表面氧化物薄膜為單氧化物膜或各種氧化物構(gòu)成的氧化物復合薄膜。優(yōu)選地，所述的鎂合金為Mg-AL-Si-Mn系的鎂合金材料。本發(fā)明提出的方法，其原理是通過改變鎂合金表面粗糙度、激光工藝參數(shù)或工作臺的速度，在連續(xù)激光氧化后獲得不同的氧化物(Mg、AL、Ti、i^、Cu等的氧化物)及不同厚度的氧化物薄膜，即鎂合金表面氧化膜為雙氧化物薄膜或各種氧化物構(gòu)成的氧化物復合薄膜，復合薄膜的存在使鎂合金表面呈現(xiàn)出更加豐富多彩的顏色。鎂合金表面的顏色是由連續(xù)激光處理后形成氧化物的顏色以及不同厚度氧化膜通過光的干涉作用共同形成的。根據(jù)光的干涉原理可知，在不改變氧化物膜厚度的情況下，如果表面氧化物膜的成分改變，一方面氧化物自身的顏色會改變，另一方面也會改變其折射率，從而使干涉后的顏色也發(fā)生變化。如果不改變表面氧化膜成分，而只改變氧化膜厚度，也會因此而呈現(xiàn)不同的顏色。以上氧化物膜的成分以及氧化物膜的厚度均是通過改變激光工藝參數(shù)(功率、光斑尺寸、離焦量、作用時間及光斑搭接率等)等來實現(xiàn)的，同時采用特制的旋轉(zhuǎn)激光頭制備大面積的曲面或平面彩色鎂合金。以下是
具體實施例方式實施例1 1、步驟1)將切割后的鎂合金采用40度硝酸進行酸洗lmin，然后用清水清洗3. 5min，取出后在熱空氣中快速干燥；2)將經(jīng)步驟1)處理后的鎂合金放置在Z-W計算機控制的工作臺上，在氧氣流量為 0. 7L/min的環(huán)境中進行激光氧化著色處理Z_W計算機控制的工作臺移動速度為3mm/s，連續(xù)激光功率為80W，激光矩形光斑尺寸為lmmXlmm，激光作用時間為ls，離焦量為0. 01mm，光斑搭接率30%，獲得藍黑色的鎂合金表面氧化膜；3)將步驟2~)處理后的彩色鎂合金在35°C的超聲波中用酒精清洗6min，取出后在熱空氣中快速干燥，制得干凈、穩(wěn)定的彩色鎂合金。2、性能1)采用劃痕法測定鎂合金表面著色膜與基體的結(jié)合性能，依據(jù)參考國家標準 GB5270-85。2)采用HXD-1000型顯微硬度計測試彩色鎂合金表面顯微硬度，實驗載荷為500g， 加載時間為10s。表面顯微硬度測試是激光氧化著色處理后在彩色鎂合金表面不同地方平行等距測試五個點，取平均值，結(jié)果如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種制備鎂合金的方法，其特征在于利用激光的光-熱-化學效應(yīng)在鎂合金表面氧化生成氧化物薄膜，通過氧化物本身的顏色與薄膜的干涉作用共同使鎂合金表面著色， 同時通過連續(xù)激光工藝參數(shù)的改變與光斑能量的調(diào)制，采用旋轉(zhuǎn)激光頭制備大面積的曲面或平面的彩色鎂合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鎂合金的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將切割后的鎂合金采用40°C硝酸進行酸洗lmin，然后用清水清洗;3min-5min，取出后在熱空氣中快速干燥；(2)將經(jīng)步驟(1)處理后的鎂合金放置在由計算機控制線性二次磁懸浮的工作臺上，采用各種激光工藝參數(shù)及工作臺速度進行激光氧化著色大面積處理，通過激光的光-熱-化學作用獲得帶有不同顏色的鎂合金表面氧化物薄膜；(3)將步驟(2)處理后的彩色鎂合金在15°C-75 °C的超聲波中用酒精清洗 5min-10min,制得大面積彩色鎂合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備鎂合金的方法，其特征在于所述的Z-W計算機控制的工作臺移動速度為lmm/s-40mm/s，連續(xù)激光功率為35W-550W，激光矩形光斑尺寸為0. 2mmXl. 31mm-5mmX7mm,激光作用時間0. 5s-7s,離焦量0. 01mm-15mm,光斑搭接率 5% -70%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備鎂合金的方法，其特征在于所述的激光器采用連續(xù)激光器，氧氣采用同軸輸送且氧氣流量為0. 5L/min-5L/min，或直接采用空氣中的氧氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備鎂合金的方法，其特征在于所述的激光光斑為調(diào)制后能量均勻的矩形光斑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備鎂合金的方法，其特征在于所述的表面氧化物薄膜為單氧化物膜或各種氧化物構(gòu)成的氧化物復合薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備鎂合金的方法，其特征在于所述的鎂合金為 Mg-AL-Zn-Mn系的鎂合金材料。
全文摘要
公開了一種易于操作、綠色無污染、成本低、適于批量生產(chǎn)、基本不改變鎂合金的形狀和尺寸的制備鎂合金的方法，通過該方法制得的鎂合金涂層穩(wěn)定、色彩豐富、重現(xiàn)性好、與基體結(jié)合牢固、表面硬度高、耐磨耐腐蝕。這種制備鎂合金的方法，利用激光的光-熱-化學效應(yīng)在鎂合金表面氧化生成氧化物薄膜，通過氧化物本身的顏色與薄膜的干涉作用共同使鎂合金表面著色，同時通過連續(xù)激光工藝參數(shù)的改變與光斑能量的調(diào)制，采用旋轉(zhuǎn)激光頭制備大面積的曲面或平面的彩色鎂合金。
文檔編號C23C8/10GK102443756SQ20111036281
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者田大水 申請人:布雷爾利(北京)金屬家居用品股份有限公司