[發明專利]鎂合金結構件表面復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201410362919.5
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104228183A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 王林志;段宣明
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;C23C28/04;C23C14/48;C23C24/10
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 孫方

技術領域

本發明屬于鎂合金領域，涉及鎂合金涂層，特別涉及一種在3D打印鎂合金器件表面制備復合涂層的方法。

背景技術

鎂合金綜合性能優異，用途廣泛，但是鎂合金化學性質活潑，在潮濕環境中極易發生腐蝕失效，另外鎂合金硬度低，在摩擦過程中易產生表面磨損損傷；這導致鎂合金零部件只能在低腐蝕非運動環境使用，而無法適用于高腐蝕高磨損的工作環境。因此，如何解決鎂合金結構件表面的磨蝕和磨損失效問題成為目前工業應用中面臨的關鍵技術難題。

針對鎂合金結構件的“腐蝕失效”問題，國內外開展了大量研究工作。激光表面處理技術是近30年來迅速發展起來的一種表面改性技術，主要包括激光相變硬化和激光表面合金化等方法。激光相變硬化和激光表面合金化方法可改變鎂合金表面層的層組織結構，但對其表面耐腐蝕性能的改善效果有限。針對鎂合金的“磨損損傷”問題，目前普遍采用微弧氧化和氣相沉積技術在鎂合金表面制備硬質合金層或者陶瓷層，這種方法雖然可以顯著提高鎂合金表面的承載能力和抗磨損能力，但由于陶瓷強化層的力學性能與基體差異較大，界面處存在應變-應變梯度，承受載荷時，基體會發生塑性變形，而硬質強化層的高摩擦系數會在膜基界面處產生高的剪切應-應變，當界面處的塑性剪切應變高于臨界值時，將會在界面處生成裂紋或產生粘著磨損失效。

綜上所述，當前鎂合金表面防護涂層多集中在單一腐蝕或磨損性能研究，從鎂合金零部件的實際工程應用角度考慮，單一表面防護涂層不能滿足磨損-腐蝕交互作用下鎂合金零部件的耐磨與耐腐蝕功能需求。因此，需要發展一種鎂合金結構件表面耐磨與耐蝕功能一體化涂層制備的創新方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種鎂合金結構件表面復合涂層。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

鎂合金結構件表面復合涂層，包括基體結合層和表面耐磨層，所述基體結合層為氮離子注入層或氧離子注入層，所述表面耐磨層為激光熔敷SiC層、激光熔敷SiO₂層或激光熔敷SiC、SiO₂復合層，所述離子注入結合層與鎂合金基體結合，所述表面耐磨層與離子注入結合層結合。

優選的，所述氮離子注入層或氧離子注入層的厚度為10～50μm，所述表面耐磨層厚度為0.1～2mm。

優選的，所述鎂合金基體采用3D打印方法制得。

本發明還提供一種制備所述鎂合金結構件表面復合涂層的方法，首先在鎂合金基體表面原位制備基體結合層，然后在基體結合層上激光熔敷制備表面耐磨層，其中基體結合層制備步驟如下：

1)鎂合金預處理：對鎂合金表面噴砂處理并清洗干燥后備用；

2)離子注入：采用等離子體浸沒離子注入技術向步驟1)的鎂合金注入氧離子或氮離子，形成基體結合層。

作為本發明制備鎂合金結構件表面復合涂層方法的優選，離子注入時離子注入能量40～50Kev，注入劑量0.5×10¹⁶cm^-2～2×10¹⁶cm^-2。

作為本發明制備鎂合金結構件表面復合涂層方法的另一種優選，激光熔敷制備表面耐磨層時所用熔敷材料為SiC粉末、SiO₂粉末或者SiC粉末與SiO₂粉末的任意混合，所述粉末粒徑為10～50μm。

作為本發明制備鎂合金結構件表面復合涂層方法的另一種優選，激光熔敷制備表面耐磨層時所用激光波長為300nm～10.6μm。

作為本發明制備鎂合金結構件表面復合涂層方法的進一步優選，激光熔敷制備表面耐磨層時激光器的功率為500W～1000W，掃描速度為1000mm/min～1500mm/min，光斑直徑為0.6mm～1mm，樣品離焦量為10～60mm或-60～-10mm。

本發明的有益效果在于：

本發明首先采用等離子體浸沒離子注入的方法向鎂合金基體注入氮離子或氧離子，得到與基體緊密結合的基體結合層，然后在基體結合層表面激光熔敷SiC層或SiO₂層或SiC、SiO₂復合層，可以同時提高鎂合金的硬度、抗腐蝕和耐磨損性能；