[發明專利]一種汽車輪轂用高強耐蝕鎂合金復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710788115.5
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107488801B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 鄭洋;臧立彬;陳勇
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C23/02;C22C23/00;C22C32/00;C23C14/48;C23C14/08;C23C14/58;B60B27/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 趙鳳英

1.一種汽車輪轂用高強耐蝕鎂合金復合材料，其特征為該復合材料的組成包括基體和其表面涂層；所述的基體為鎂合金，以重量百分比計，包含以下成分：Zn 1～5％、Al 4～12％、Y 6～15％、TaC顆粒10～30％，其余為Mg；所述表面涂層為以離子注入沉積方法形成的ZrO₂涂層，所述ZrO₂涂層厚度為3～8μm，具有梯度結構，外層為ZrO₂沉積層，內層為ZrO₂/MgO注入層。

2.如權利要求1所述的汽車輪轂用高強耐蝕鎂合金復合材料，其特征為所述鎂合金成分以重量百分比計為：Zn 2～4％、Al 6～10％、Y 8～14％、增強相TaC顆粒15～25％，其余為Mg。

3.如權利要求1所述的汽車輪轂用高強耐蝕鎂合金復合材料，其特征為所述的汽車輪轂用高強耐蝕鎂合金復合材料屈服強度為225～250MPa，抗拉強度為270～290MPa；自腐蝕電位為-1.07～-0.47V，自腐蝕電流密度為1.0×10^-5～1.0×10^-6A/cm²；涂層與基體間結合強度為12～16N。

4.如權利要求1所述的汽車輪轂用高強耐蝕鎂合金復合材料的制備方法，其特征首先采用真空感應熔煉方法制備TaC/Mg-Zn-Al-Y鎂合金復合材料，然后利用離子注入沉積方法在基體表面制備ZrO₂梯度涂層，最后采用二級連續熱處理方法促進材料內部強化相形成以及涂層/基體界面處元素擴散。

5.如權利要求4所述的汽車輪轂用高強耐蝕鎂合金復合材料的制備方法，其特征為包括如下步驟：

第一步：TaC/Mg-Zn-Al-Y鎂合金復合材料的熔煉

將高純原材料Mg、Zn、Al、Y分別在丙酮和無水乙醇中超聲清洗后，冷風干燥，將其置于真空感應加熱爐中，抽真空至1×10^-4Pa，加熱得到合金熔體并保溫后，然后向合金熔體中加入TaC顆粒，TaC顆粒尺寸為40±5nm之間，磁攪拌后冷卻，得到TaC/Mg-Zn-Al-Y鎂合金復合材料；

其中，Mg的純度為99.95％，Zn、Al和Y的純度均為99.9％；以Mg、Zn、Al、Y和TaC顆粒的質量之和為總質量計，各物料的的質量百分比為：Zn1～5％、Al4～12％、Y6～15％、10～30wt.％的TaC顆粒，其余為Mg；

第二步：表面預處理

將第一步制備的TaC/Mg-Zn-Al-Y鎂合金復合材料表面進行機械拋光，分別在500#、1000#、1500#和2000#水砂紙上進行打磨，去除表面雜質，然后利用Al₂O₃懸浮液浸潤的尼龍布對表面進行拋光，隨后在無水乙醇中超聲清洗，冷風晾干；

第三步：離子注入沉積制備ZrO₂涂層

(A)將第二步制備的試樣放入離子注入沉積復合鍍膜機中進行鋯離子注入，離子注入選擇純鋯作為陰極靶源，在真空度5×10^-4Pa起弧，鋯離子注入同時通入高純氧氣，氧氣流量5～20sccm，能量10～45KeV，時間20～60min，電流2～10mA，從而得到注入層；

(B)將鋯離子注入后試樣進行鋯等離子體沉積，等離子體沉積選擇純鋯作為陰極靶源，在真空度5×10^-4Pa起弧，鋯等離子體沉積同時通入高純氧氣，氧氣流量10～20sccm，負偏壓-90～-160V，沉積電流500～800mA，沉積時間45～75min，樣品臺轉速12r/min，等離子體線束與樣品臺法線夾角45°，得到帶涂層TaC/Mg-Zn-Al-Y鎂合金復合材料；

第四步：鍍膜后熱處理

將第三步制備的帶涂層TaC/Mg-Zn-Al-Y鎂合金復合材料放入馬弗爐中進行熱處理，所述熱處理包括兩個連續過程，首先，第一級熱處理工藝：在350～450℃溫度，保溫120～240min，然后，第二級熱處理工藝：在150～250℃溫度，保溫320～480min，最后在60±5℃熱水中淬火。

6.如權利要求5所述的汽車輪轂用高強耐蝕鎂合金復合材料的制備方法，其特征為合金元素按重量百分比計，其含量范圍為：Zn 2～4％、Al 6～10％、Y 8～14％，TaC顆粒的加入量為15～25wt.％，其余為Mg。