本發(fā)明涉及一種耐摩擦抗腐蝕鎂合金的制備方法，屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂及其合金的特點(diǎn)是輕，其密度只有1.74g/cm3，由鎂合金制成的產(chǎn)品，質(zhì)量大幅度下降，它將成為21世紀(jì)重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料；鎂合金具有高的比強(qiáng)度和比剛度，尺寸穩(wěn)定性高，阻尼減震性能好，在彈性范圍內(nèi)，鎂合金受到?jīng)_擊載荷時(shí)，吸收的能量比招合金件大一半；鎂合金溶點(diǎn)比紹合金溶點(diǎn)低，壓鑄成型性能好，鎂合金鑄件抗拉強(qiáng)度與招合金鑄件相當(dāng)，一般可達(dá)250MPa，最高可達(dá)600多MPa，屈服強(qiáng)度和延伸率與鍋合金也相差不大；鎂合金機(jī)械加工方便，具有良好的壓鑄成型性能，壓鑄件壁厚最小可達(dá)0.5mm，適應(yīng)制造汽車(chē)各類(lèi)壓鑄件，易于回收利用，具有環(huán)保特性；電磁屏蔽性佳，鎂合金外殼能夠完全吸收頻率超過(guò)100db的電磁干擾被廣泛用于能夠提供優(yōu)越的抗電磁保護(hù)作用的電子產(chǎn)品，如信息電子產(chǎn)品的外殼；散熱性好，鎂合金的導(dǎo)熱率高，僅次于鍋合金，工程塑料ABS和聚碳酸醋的散熱能力更是無(wú)法與鎂合金相比，鎂的這些優(yōu)點(diǎn)使其被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料”，并將成為21世紀(jì)重要的商用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、電子通訊等各個(gè)領(lǐng)域。
鎂合金儲(chǔ)量豐富、性能優(yōu)異，但是作為一種金屬材料，直接投入生產(chǎn)應(yīng)用還存在著許多的問(wèn)題，限制鎂合金大量使用的兩個(gè)原因是耐蝕性和耐磨性差。純鎂的標(biāo)準(zhǔn)電位較負(fù)，只有-2.37eV，沒(méi)有自保護(hù)功能，在潮濕的環(huán)境下很容易發(fā)生腐燭，這使得鎂合金對(duì)應(yīng)用環(huán)境的要求非常高，另外，鎂基合金比較軟，硬度很低，耐磨性很差，這些缺陷嚴(yán)重限制了鎂合金的應(yīng)用，只有在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砑夹g(shù)后才能夠投入使用。
鎂及其合金較差的耐蝕性能和耐磨性能，嚴(yán)重限制了它的廣泛應(yīng)用，近年來(lái)為了克服這些缺點(diǎn)，擴(kuò)展鎂及其合金的應(yīng)用范圍，已經(jīng)有大批的研究學(xué)者對(duì)鎂合金進(jìn)行了表面改性研究，許多表面處理方式已經(jīng)被使用。例如：陽(yáng)極氧化、電鍵、化學(xué)鍍、物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積等。這些方法制備的鎂合金表面的膜比較薄，不利于其應(yīng)用。而還有像表面離子注入、激光表面處理、有機(jī)涂層等方法進(jìn)行表面處理，有機(jī)涂層則與基體的結(jié)合力比較差，膜層容易剝落，耐磨性也不好；激光處理與離子注入有相似的優(yōu)點(diǎn)，而且效率很高，但同樣設(shè)備較貴，處理工藝復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)鎂合金的耐腐蝕性和耐磨性能差，而采用表面處理技術(shù)，會(huì)使得涂層與基體的結(jié)合力較差，膜層易脫落，且處理工藝復(fù)雜，成本高的問(wèn)題，本發(fā)明主要是采用Nd、Er、Ni和Al等物質(zhì)為鎂合金其他組分，將其分別熔融在液體鎂中，熔融后冷卻制備得到鎂合金，對(duì)鎂合金表面處理后，置于電解液中進(jìn)行微弧氧化處理，最后將二氧化鈦凝膠涂覆于微弧氧化后的鎂合金表面進(jìn)行高溫煅燒，即可得到耐摩擦抗腐蝕鎂合金。本發(fā)明制備的耐摩擦抗腐蝕鎂合金耐磨性能好，抗腐蝕性能高，可廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、電子通訊等各個(gè)領(lǐng)域。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
（1）按質(zhì)量百分比計(jì)，分別選取2.5～3.0％Nd、3.5～5.0%Er，0.5～0.8％Ni、15～20％Al、1.5～2.0%Zn，8～12%Mn，其余的為純鎂，先將純鎂放入石墨粘土坩堝后，再把坩堝放入電阻爐中并在高純氬氣的氣氛下進(jìn)行熔煉，熔煉成液態(tài)鎂，向液態(tài)鎂中先加入Nd、Er組分，用電阻爐升溫至700～750℃，保溫處理15～25min，處理后再加入Ni、Al、Zn、Mn組分，提高電阻爐溫度至800～850℃，保溫處理20～30min，保溫后澆鑄到鑄鐵模具中，冷卻后得鎂合金；
（2）選取上述鎂合金，分別用500目、800目和1200目的砂紙打磨，打磨后放入拋光機(jī)中拋光5～10min，將拋光后的鎂合金置于丙酮溶液中放入超聲清洗儀中在500～800W下超聲處理15～25min后取出，并用去離子水清洗表面2～3次，將清洗后的鎂合金放入真空干燥箱中在60～70℃下干燥3～5h；
（3）將上述干燥后的鎂合金放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%鹽酸中浸泡1～2h，浸泡后取出用去離子水清洗2～3遍，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，將吹干的鎂合金放入電解液中，在工作功率為500～550Hz、電流為1.5～1.8A和占空比為30～35%，進(jìn)行微弧氧化處理8～15min，處理后得微弧氧化后的鎂合金，所述的電解液為高氯酸鈉和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液體；
（4）選取TiO2溶膠，靜置陳化12～15h后得二氧化鈦凝膠，將二氧化鈦凝膠均勻涂覆在上述微弧氧化后的鎂合金表面，涂覆厚度為1～2mm，涂覆后放入鼓風(fēng)干燥箱中在70～90℃下干燥8～10h，干燥后再放入馬弗爐中在550～650℃下煅燒20～30min，煅燒后即可得到耐摩擦抗腐蝕鎂合金。
本發(fā)明制備的耐摩擦抗腐蝕鎂合金屈服應(yīng)力達(dá)到300MPa以上，抗拉強(qiáng)達(dá)到380MPa以上，絕緣電阻大于250MΩ，顯微硬度為2450～2650HV，磨擦系數(shù)為0.55。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
（1）本發(fā)明制備的耐摩擦抗腐蝕鎂合金采用了微弧氧化技術(shù)，使其顯微硬度為2450～2650HV，提高了其耐摩擦性能；
（2）本發(fā)明以TiO2凝膠涂覆基體表面煅燒后作為保護(hù)層，有效的保護(hù)了基體，提高了鎂合金的耐腐蝕性能；
（3）本發(fā)明制備工藝穩(wěn)定可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，所需成本低。
具體實(shí)施方式
首先按質(zhì)量百分比計(jì)，分別選取2.5～3.0％Nd、3.5～5.0%Er，0.5～0.8％Ni、15～20％Al、1.5～2.0%Zn，8～12%Mn，其余的為純鎂，先將純鎂放入石墨粘土坩堝后，再把坩堝放入電阻爐中并在高純氬氣的氣氛下進(jìn)行熔煉，熔煉成液態(tài)鎂，向液態(tài)鎂中先加入Nd、Er組分，用電阻爐升溫至700～750℃，保溫處理15～25min，處理后再加入Ni、Al、Zn、Mn組分，提高電阻爐溫度至800～850℃，保溫處理20～30min，保溫后澆鑄到鑄鐵模具中，冷卻后得鎂合金；再選取上述鎂合金，分別用500目、800目和1200目的砂紙打磨，打磨后放入拋光機(jī)中拋光5～10min，將拋光后的鎂合金置于丙酮溶液中放入超聲清洗儀中在500～800W下超聲處理15～25min后取出，并用去離子水清洗表面2～3次，將清洗后的鎂合金放入真空干燥箱中在60～70℃下干燥3～5h；接著將上述干燥后的鎂合金放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%鹽酸中浸泡1～2h，浸泡后取出用去離子水清洗2～3遍，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，將吹干的鎂合金放入電解液中，在工作功率為500～550Hz、電流為1.5～1.8A和占空比為30～35%，進(jìn)行微弧氧化處理8～15min，處理后得微弧氧化后的鎂合金，所述的電解液為高氯酸鈉和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液體；最后選取TiO2溶膠，靜置陳化12～15h后得二氧化鈦凝膠，將二氧化鈦凝膠均勻涂覆在上述微弧氧化后的鎂合金表面，涂覆厚度為1～2mm，涂覆后放入鼓風(fēng)干燥箱中在70～90℃下干燥8～10h，干燥后再放入馬弗爐中在550～650℃下煅燒20～30min，煅燒后即可得到耐摩擦抗腐蝕鎂合金。
實(shí)例1
首先按質(zhì)量百分比計(jì)，分別選取3.0％Nd、5.0%Er，0.8％Ni、20％Al、2.0%Zn，12%Mn，其余的為純鎂，先將純鎂放入石墨粘土坩堝后，再把坩堝放入電阻爐中并在高純氬氣的氣氛下進(jìn)行熔煉，熔煉成液態(tài)鎂，向液態(tài)鎂中先加入Nd、Er組分，用電阻爐升溫至750℃，保溫處理25min，處理后再加入Ni、Al、Zn、Mn組分，提高電阻爐溫度至850℃，保溫處理30min，保溫后澆鑄到鑄鐵模具中，冷卻后得鎂合金；再選取上述鎂合金，分別用500目、800目和1200目的砂紙打磨，打磨后放入拋光機(jī)中拋光10min，將拋光后的鎂合金置于丙酮溶液中放入超聲清洗儀中在800W下超聲處理25min后取出，并用去離子水清洗表面3次，將清洗后的鎂合金放入真空干燥箱中在70℃下干燥5h；接著將上述干燥后的鎂合金放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%鹽酸中浸泡2h，浸泡后取出用去離子水清洗3遍，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，將吹干的鎂合金放入電解液中，在工作功率為550Hz、電流為1.8A和占空比為35%，進(jìn)行微弧氧化處理15min，處理后得微弧氧化后的鎂合金，所述的電解液為高氯酸鈉和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液體；最后選取TiO2溶膠，靜置陳化15h后得二氧化鈦凝膠，將二氧化鈦凝膠均勻涂覆在上述微弧氧化后的鎂合金表面，涂覆厚度為1mm，涂覆后放入鼓風(fēng)干燥箱中在90℃下干燥10h，干燥后再放入馬弗爐中在650℃下煅燒30min，煅燒后即可得到耐摩擦抗腐蝕鎂合金。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的耐摩擦抗腐蝕鎂合金屈服應(yīng)力達(dá)到315MPa，抗拉強(qiáng)達(dá)到385MPa，絕緣電阻為255MΩ，顯微硬度為2650HV，磨擦系數(shù)為0.55。
實(shí)例2
首先按質(zhì)量百分比計(jì)，分別選取2.5％Nd、3.5%Er，0.5％Ni、15％Al、1.5%Zn，8%Mn，其余的為純鎂，先將純鎂放入石墨粘土坩堝后，再把坩堝放入電阻爐中并在高純氬氣的氣氛下進(jìn)行熔煉，熔煉成液態(tài)鎂，向液態(tài)鎂中先加入Nd、Er組分，用電阻爐升溫至700℃，保溫處理15min，處理后再加入Ni、Al、Zn、Mn組分，提高電阻爐溫度至800℃，保溫處理20min，保溫后澆鑄到鑄鐵模具中，冷卻后得鎂合金；再選取上述鎂合金，分別用500目、800目和1200目的砂紙打磨，打磨后放入拋光機(jī)中拋光5min，將拋光后的鎂合金置于丙酮溶液中放入超聲清洗儀中在500W下超聲處理15min后取出，并用去離子水清洗表面2次，將清洗后的鎂合金放入真空干燥箱中在60℃下干燥3h；接著將上述干燥后的鎂合金放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%鹽酸中浸泡1h，浸泡后取出用去離子水清洗2遍，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，將吹干的鎂合金放入電解液中，在工作功率為500Hz、電流為1.5A和占空比為30%，進(jìn)行微弧氧化處理8min，處理后得微弧氧化后的鎂合金，所述的電解液為高氯酸鈉和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液體；最后選取TiO2溶膠，靜置陳化12h后得二氧化鈦凝膠，將二氧化鈦凝膠均勻涂覆在上述微弧氧化后的鎂合金表面，涂覆厚度為2mm，涂覆后放入鼓風(fēng)干燥箱中在70℃下干燥8h，干燥后再放入馬弗爐中在550℃下煅燒20min，煅燒后即可得到耐摩擦抗腐蝕鎂合金。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的耐摩擦抗腐蝕鎂合金屈服應(yīng)力達(dá)到305MPa，抗拉強(qiáng)達(dá)到382MPa，絕緣電阻為252MΩ，顯微硬度為2450HV，磨擦系數(shù)為0.55。
實(shí)例3
首先按質(zhì)量百分比計(jì)，分別選取2.7％Nd、4.2%Er，0.7％Ni、17％Al、1.7%Zn，10%Mn，其余的為純鎂，先將純鎂放入石墨粘土坩堝后，再把坩堝放入電阻爐中并在高純氬氣的氣氛下進(jìn)行熔煉，熔煉成液態(tài)鎂，向液態(tài)鎂中先加入Nd、Er組分，用電阻爐升溫至720℃，保溫處理20min，處理后再加入Ni、Al、Zn、Mn組分，提高電阻爐溫度至820℃，保溫處理25min，保溫后澆鑄到鑄鐵模具中，冷卻后得鎂合金；再選取上述鎂合金，分別用500目、800目和1200目的砂紙打磨，打磨后放入拋光機(jī)中拋光7min，將拋光后的鎂合金置于丙酮溶液中放入超聲清洗儀中在600W下超聲處理20min后取出，并用去離子水清洗表面3次，將清洗后的鎂合金放入真空干燥箱中在65℃下干燥4h；接著將上述干燥后的鎂合金放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%鹽酸中浸泡1h，浸泡后取出用去離子水清洗2遍，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，將吹干的鎂合金放入電解液中，在工作功率為520Hz、電流為1.6A和占空比為32%，進(jìn)行微弧氧化處理10min，處理后得微弧氧化后的鎂合金，所述的電解液為高氯酸鈉和四乙二醇二甲醚按固液比1:2混合的液體；最后選取TiO2溶膠，靜置陳化13h后得二氧化鈦凝膠，將二氧化鈦凝膠均勻涂覆在上述微弧氧化后的鎂合金表面，涂覆厚度為1.5mm，涂覆后放入鼓風(fēng)干燥箱中在80℃下干燥9h，干燥后再放入馬弗爐中在600℃下煅燒25min，煅燒后即可得到耐摩擦抗腐蝕鎂合金。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的耐摩擦抗腐蝕鎂合金屈服應(yīng)力達(dá)到310MPa，抗拉強(qiáng)達(dá)到383MPa，絕緣電阻為254MΩ，顯微硬度為2505HV，磨擦系數(shù)為0.55。