[發明專利]一種鎂合金表面耐蝕耐磨復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201910496770.2
• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110144611B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 鄭洋;馬英磊
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C25D9/02
• 分類號: C25D9/02;C23C14/35;C23C14/20;C23C28/00
• 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

本發明為一種鎂合金表面耐蝕耐磨復合涂層及其制備方法。該復合涂層由電化學沉積與磁控濺射復合鍍膜方法制備，由內而外依次為聚苯胺涂層和鐵涂層，鐵涂層厚度為40～90μm，聚苯胺涂層厚度為60～120μm。所述鎂合金為商業化AZ系、ZK系和WE系鎂合金板材。本發明得到的復合涂層通過鐵和聚苯胺的協同效應，可在保證導電性的基礎上，同時提高鎂合金表面的耐腐蝕性能和耐磨性，該復合涂層使鎂合金在3.5％NaCl溶液中浸泡10天后的失重量下降15.1％～34.1％；此外，表面磨損量下降8.7％～62.3％。

技術領域

本發明屬于鎂合金表面改性領域，具體涉及電化學沉積與磁控濺射的復合鍍膜方法。

背景技術

在當前人居環境日益惡化、能源儲量總體不足的背景下，實現汽車節能減排尤為迫切，汽車輕量化在保證整車強度和安全性能的前提下，能夠有效降低油耗、減少排放，是汽車工業可持續發展的重要技術手段。鎂合金作為典型的汽車輕量化材料，具有密度小、比強度和比彈性模量高、減震性好、便于切削加工、易回收的優點，可用于制造發動機缸體、變速器殼體、方向盤、車門、輪轂等零部件。但是，鎂合金實際應用中主要面臨兩個問題。(1)耐腐蝕性能差：鎂合金表面自發形成的MgO氧化層疏松多孔，在潮濕環境下易轉變為Mg(OH)₂氫氧化物層，在含Cl^-的腐蝕介質中發生點蝕，形成溶解度很大的MgCl₂氯化物，點蝕不斷擴展造成力學強度下降，甚至引發斷裂；(2)表面耐磨性差：鎂合金表面硬度小、強度低，在復雜多變載荷的作用下極易發生磨損，引起基體力學性能下降。

表面改性技術通過制備具有特定組織結構的功能性涂層，能夠有效改善鎂合金表面綜合性能，使其滿足實際應用中面臨的嚴苛要求，基于表面改性技術的新型高性能鎂合金設計與制備是現階段的研究熱點。常用的鎂合金表面改性技術包括表面氧化、高能束流改性、涂層涂覆等，其中電化學沉積方法鍍膜效率高、設備成本低、環境污染小；磁控濺射方法膜層均勻致密、內部缺陷少、工藝參數可控、重復性好。兩種方法配合使用可充分發揮化學鍍膜與物理鍍膜的工藝優勢，在鎂合金表面制備綜合性能優異的高性能涂層。

研究表明，可降解金屬鐵的力學強度高、降解速率小，以鐵涂層表面改性鎂合金可調控其腐蝕速率，提高其表面力學性能；但是鐵與鎂合金直接接觸易引起電偶腐蝕，較活潑的鎂合金作為陽極而加速溶解。導電態聚苯胺是一種新型的功能聚合物，可彌補大多數高分子電絕緣的缺點，具有耐腐性能好、合成簡便的優點，以聚苯胺涂層表面改性鎂合金可同時提高其耐腐蝕性能和電學特性；但是聚苯胺力學強度低、易發生磨損而失效。因此，通過電化學沉積和磁控濺射的復合鍍膜方法可在鎂合金表面制備具有雙層結構的鐵/聚苯胺復合涂層，該涂層具有導電、耐蝕、高硬的優點，外層鐵涂層提供力學強度，內層聚苯胺涂層可阻隔鐵與鎂合金的直接接觸以避免電偶腐蝕。

發明內容

本發明針對鎂合金耐腐蝕性能差、表面耐磨性不足的問題，提供了一種耐蝕耐磨復合涂層及其制備方法。該復合涂層為雙層結構，由內而外依次為聚苯胺涂層和鐵涂層，外層鐵涂層提供力學強度，內層聚苯胺涂層可阻隔鐵與鎂合金的直接接觸以避免電偶腐蝕。該復合涂層通過鐵與聚苯胺的協同效應，可在保證導電性的基礎上，提高鎂合金表面的耐腐蝕性能和耐磨性。

本發明的技術方案為：

一種鎂合金表面耐蝕耐磨復合涂層，該復合涂層為雙層結構，由內而外依次為聚苯胺涂層和鐵涂層，鐵涂層厚度為40～90μm，聚苯胺涂層厚度為60～120μm。

所述鎂合金表面耐蝕耐磨復合涂層的制備方法，包括如下步驟：

第一步：鎂合金原始表面機械拋光

對鎂合金原始表面進行砂紙打磨，氧化鋁拋光粉機械拋光，然后在無水乙醇中超聲清洗，吹干，得到鎂合金拋光表面；

所述鎂合金為商業化AZ系、ZK系和WE系鎂合金板材；

第二步：電化學沉積在鎂合金表面制備聚苯胺涂層