[發明專利]一種室溫下在鎂鋰合金表面制備含氮改性層的方法

有效

• 申請號: 202110947601.3
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113652630B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 孫建;陳卓;朱香存;杜曉東
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C23C8/20
• 分類號: C23C8/20;C23C10/30
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 閆興貴

本發明公開了一種室溫下在鎂鋰合金表面制備含氮改性層的方法，具體方法如下：將鎂鋰合金表面打磨，清洗后在樣品表面涂抹一層促滲劑；將預處理后的鎂鋰合金、鋼球、鈦鋁混合金屬粉末以及促滲劑放入球磨罐中，并在真空手套箱中向球磨罐中充入氮氣，將密封好的球磨罐安裝在高能球磨機上，高能球磨機進行高速振動；另外鈦粉和鋁粉在鋼球撞擊的作用下在鎂鋰合金表面逐漸形成納米結構的合金涂層，而且在形成涂層的同時活性氮原子又在機械力、催化效應以及納米效應的作用下逐步滲入到合金化涂層的內部，從而形成含氮的合金化涂層。該方法是在室溫下進行，基體不會受到負面影響，所得改性層表面硬度、耐磨性良好，且與基體有著良好的結合力而不易剝落。

技術領域

本發明涉及鎂鋰合金表面處理領域，具體涉及一種室溫下在鎂鋰合金表面制備含氮改性層的方法。

背景技術

鎂鋰合金是一種超輕的結構合金材料，廣泛應用在在航空航天、汽車、3C產業(通訊器材、電子類和計算機)、兵器工業、醫療器械等領域。然而，由于鎂鋰合金中鎂、鋰均是非常活潑的元素，極易在且表面形成疏松的氧化膜，使得鎂鋰合金的耐磨性和耐蝕性較差，這極大地限制了鎂鋰合金的使用范圍和壽命。在鎂鋰合金表面制備氮化鈦、氮化鋁等氮化物改性層，可大幅度改善其表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及疲勞壽命。目前在鎂鋰合金表面制備氮化物改性層的方法主要是磁控濺射法，但這種方法所制備出的改性層厚度較薄，且設備昂貴、成本較高。

針對上述難題，相關研究人員采用表面機械納米合金化與滲氮相結合的方法在鎂鋰合金表面制備氮化物改性層。這種方法先利用機械納米合金化的方法在鎂鋰合金表面引入一定厚度的鈦層，隨后對鈦層進行氮化從而獲得氮化鈦改性層。盡管這種研究方法有效的改善了鎂鋰合金的表面性能，但較高的氮化溫度(400℃)仍給基體帶來負面影響，如氮化過程中基體晶粒尺寸變大、工件變形等。因此，目前還沒有一種工藝能夠在室溫下一步實現在鎂鋰合金表面制備出較厚的含氮改性層的工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種室溫下在鎂鋰合金表面制備含氮改性層的方法，其可以解決上述背景技術中提出的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種室溫下在鎂鋰合金表面制備含氮改性層的方法，包括以下步驟：

(1)鎂鋰合金材料的準備及表面預處理：用線切割將鎂鋰合金板材切割成方板，用砂紙將其表面打磨拋光，并在蒸餾水和無水乙醇中清洗以去除表面油污，隨后在清潔的鎂鋰合金表面涂抹一層促滲劑；

(2)高能球磨處理的準備：將預處理后的鎂鋰合金板材置于高能球磨機附屬球磨罐中，向球磨罐中放入一定數量的鋼球，同時放入鈦、鋁所組成的混合金屬粉末，再加入一定量的促滲劑，然后在真空手套箱中將球磨罐內的空氣完全排出后充入氮氣，并將球磨罐密封好；

(3)高能球磨處理：開啟高能球磨實驗機開關，在流動的氮氣氛圍下對樣品進行高能球磨處理，然后通過高能球磨機的高速振動，鋼球、粉末、樣品以及促滲劑等之間在氮氣氛圍中發生劇烈的碰撞，從而在球磨罐中產生一定的溫度，并在促滲劑的催化作用下，氮氣釋放出高濃度的活性氮原子，另外鈦粉和鋁粉在鋼球撞擊的作用下，在鎂鋰合金表面逐漸形成納米結構的合金涂層，而且在形成涂層的同時，活性氮原子又在機械力、催化效應以及納米效應的作用下逐步滲入到合金化涂層的內部，從而形成含氮的合金化涂層。

優選地，所述步驟(1)中，方板的尺寸為20mm×20mm×5mm，清洗采用超聲震洗5-10min。

優選地，所述步驟(2)中，鋼球直徑為2-8mm，鋼球的數量為20-40顆，金屬粉末中鈦、鋁的質量比例為1-5：0-2，粉末總重量為5-10g，促滲劑的總重量為0.5-3g。

優選地，所述促滲劑為稀土鈣鈦礦氧化物中的一種或多種。