[發明專利]一種提高陶瓷涂層與金屬基體結合力的激光方法

有效

• 申請號: 201811096866.1
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109112602B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 管迎春;黎宇航
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C25D11/30
• 分類號: C25D11/30;C25D5/42;B23K26/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于激光表面微織構提高微弧氧化陶瓷涂層與鎂合金基體結合力的加工方法，屬于激光微加工技術領域，具體包括三大步驟：步驟一，將鎂合金基體表面進行打磨、拋光、超聲清洗并風干；步驟二，利用皮秒激光器采用設定好的激光掃描路徑和加工參數對鎂合金基體表面進行網格織構加工；步驟三，將具有網格微織構的基體放在配好的電解液中，采用恒流方式進行微弧氧化處理，形成覆蓋有微弧氧化陶瓷涂層的工件。與現有技術相比，本發明取得的技術突破在于不僅可以處理結構復雜的工件，實現基體任意區域的大面積和重復性加工，而且加工的微納織構可以加速電解質的沉積，促進陶瓷涂層的原位生長，提高陶瓷涂層與基體的結合力。

技術領域

本發明屬于激光微加工技術領域，具體涉及一種基于激光表面微織構提高微弧氧化陶瓷涂層與鎂合金基體結合力的加工方法。

研究背景

鎂合金具有密度低，比性能、減震性能、導電導熱性能優良，而且易于加工的特點，成為航空器、航天器和火箭導彈制造工業中使用的最廣泛地輕金屬結構材料，但是由于鎂合金耐磨損和耐腐蝕性能差，限制了其使用范圍。近年來諸多學者針對鎂合金進行了表面微弧氧化(MAO)技術研究，來進一步保護基體免受環境腐蝕和意外損壞。

微弧氧化(MAO)又稱等離子體氧化(PEO)，它突破了傳統陽極氧化技術的限制，可以在特定的電解液和電解參數下通過高壓放電，在材料表面原位生長一層陶瓷結構的多孔氧化膜。與普通陽極氧化及化學轉化等表面處理技術相比，微弧氧化技術具有明顯的優勢，如：膜層厚度均勻、可控性強，同時耐磨性、耐腐蝕性、耐熱性和絕緣性能優異，在航天、航空、機械及電子等領域具有廣泛的應用前景。

而目前鎂合金微弧氧化所使用的電解液多為磷酸鹽體系、硅酸鹽體系、鋁酸鹽體系的強堿體系。在這些堿性電解液中，陶瓷層對電解液中的SiO₂^-3離子吸附性最強，可與Mg²⁺結合吸附沉積于金屬表面，形成致密的保護膜，通過抑制腐蝕電極的陰極反應，增加陽極極化，來減緩鎂合金的腐蝕破壞。但是在鎂合金基體氧化初期，陰/陽極表面因水電解而析出O₂和H₂，隨著電壓上升，反應變得越來越劇烈，較大放電通道內部形成的熔融物質向外噴射并冷卻沉積時，體積發生較大收縮，且通道內還有少量氣泡(O₂和H₂)來不及析出，造成膜層與鎂合金基體結合區的孔洞增大，接觸面積減小，致使陶瓷涂層與鎂合金基體粘結強度降低，容易剝落。

為了改善微弧氧化陶瓷涂層與金屬基體之間的結合力，已有學者通過優化電解液和電解參數(如：改變電解質組成，采用單電解質或雙電解質，優化涂層電壓/電流，改變涂層氧化持續時間等)提高涂層與基體之間的結合力。但是微弧氧化膜層制備需要大功率電源，能源消耗量較大，成本略高，在處理結構復雜的工件時存在一定的局限性，并且雖然優化電解液和電參數等可以降低MAO膜層的單位體積能耗，但這也可能導致膜層性能下降。

因此開發一種工藝簡單，制備效率高，自動化程度高，綠色環保且能保持原有陶瓷涂層耐腐蝕性能，并提高鎂合金基體與陶瓷涂層結合力的制造工藝方法，成為目前科研工作者亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于激光表面微織構提高微弧氧化陶瓷涂層與鎂合金基體結合力的方法。該方法將激光表面微織構技術與微弧氧化技術相結合，可以在鎂合金基體表面通過皮秒激光器制造微結構，隨后進行微弧氧化在基體表面形成陶瓷涂層保護基體，不僅提高了涂層在基體表面的沉積效率，降低了涂層的剝離率，而且該方法并沒有影響涂層的耐腐蝕性。

本發明一種提高陶瓷涂層與金屬基體結合力的激光方法，工藝流程如圖1所示，主要包括如下步驟：

步驟一，分別采用600目、1000目、1500目、2000目的SiC砂紙打磨切割好的鎂合金基體，隨后用1.5μm的金剛石懸浮拋光劑進行拋光，將拋光后的鎂合金基體放入無水乙醇中經頻率為25-30KHz的超聲波清洗4-6min，風干后得到預處理的鎂合金基體；