本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐磨耐腐蝕鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于鎂合金具有比強(qiáng)度、比剛度高，導(dǎo)熱性、切削加工性好，電磁屏蔽能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使得鎂合金在汽車(chē)、電子、電器、交通、航天、航空和國(guó)防軍事工業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
近年，鎂合金應(yīng)用逐年提高，但一些尚待解決的問(wèn)題使得鎂合金的應(yīng)用成本仍然很高。因?yàn)殒V的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，極易與氧氣、氮?dú)?、水、CO2、SO2等發(fā)生反應(yīng)而生成致密度系數(shù)較低的一層非金屬膜，這層膜不能對(duì)金屬基體起到有效的保護(hù)作用。另外，鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.34eV，是常用金屬結(jié)構(gòu)材料中最低的，當(dāng)與其它金屬接觸時(shí)，易發(fā)生電偶腐蝕而加速溶解。還有，鎂合金的燃點(diǎn)低，在熔煉過(guò)程中極易燃燒，因此必須采取保護(hù)措施，工業(yè)生產(chǎn)中主要采用鹽類熔劑或氣體保護(hù)，前者易造成鑄件夾雜，影響產(chǎn)品質(zhì)量，釋放的HCl等氣體污染環(huán)境；或者多采用SF6氣體，對(duì)人體無(wú)害，但由于SF6是使地球氣候變暖的溫室氣體，其溫室作用是CO2的23900倍。而且鎂合的硬度較低，這就導(dǎo)致其耐磨性差。這些都成為限制鎂合金應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種耐磨耐腐蝕鎂合金及其制備方法，能夠在鎂合金表面制得結(jié)合強(qiáng)度高，耐蝕、耐磨性好的涂層。同時(shí)又能盡量降低成本，減小對(duì)環(huán)境的污染。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種耐磨耐腐蝕鎂合金，其包括附著在鎂合金表面的CoCrAlY粘結(jié)底層，以及附著在該CoCrAlY粘結(jié)底層上的Al2O3/WC陶瓷涂層，其中CoCrAlY粘結(jié)底層厚度為150-200μm，Al2O3/WC陶瓷涂層厚度為350-700μm。
本發(fā)明還提供所述耐磨耐腐蝕鎂合金的制備方法，所述方法包括：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化后的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌并干燥；
(3)在干燥的鎂合金基體表面用火焰噴涂CoCrAlY粘結(jié)底層，噴涂距離為100mm～150mm，噴涂角度為60°～90°之間，送粉氣流量為0.6～0.8m3/h，涂層厚度為150-200μm；
(4)在CoCrAlY粘結(jié)底層上等離子噴涂Al2O3/WC陶瓷涂層，噴涂距離為100mm～150mm，等離子焰流軸線與被噴涂試樣表面的角度不應(yīng)小于45°，噴涂角度在45°～90°之間，送粉氣流量為0.6～0.8m3/h，涂層厚度為350-700μm。
本發(fā)明所述的CoCrAlY，其各成分之間比例不做特定限定，各個(gè)成分只要達(dá)到有效量即可，例如，其原子比比例可以為1:1:2:0.3，1:1.5:3:0.5。
所述Al2O3/WC陶瓷涂層中，Al2O3與WC的比例，同樣是各成分在有效量范圍內(nèi)即可，例如Al2O3:WC摩爾比為7-3:1。
優(yōu)選的，本發(fā)明在鎂合金基體表面噴砂粗化處理之前，將鎂合金基體加熱到80-100℃。噴涂前對(duì)基體材料進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱，可以消除試樣表面的水分和濕氣，提高噴涂粒子與基底接觸時(shí)的界面溫度，減少因基體材料與涂層材料的熱膨脹差異造成的應(yīng)力導(dǎo)致的涂層開(kāi)裂，從而提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。
本發(fā)明選用CoCrAlY合金粉末作為梯度陶瓷涂層中間層。CoCrAlY合金粉末是使用溫度較高、高溫綜合性能優(yōu)異的合金粉末。Al是強(qiáng)脫氧劑，因此Al2O3可以抑制外部介質(zhì)對(duì)母材金屬的進(jìn)一步腐蝕。而Cr的硬度高，生成的Cr2O3氧化膜不僅能阻止氣體對(duì)涂層的進(jìn)一步氧化，同時(shí)還可以增強(qiáng)涂層的耐磨性。少量釔的加入，能促進(jìn)具有保護(hù)性的α-Al2O3膜的形成，改善Co-Cr-Al合金氧化膜與基體的粘附性，防止氧化膜的剝落；增加結(jié)合強(qiáng)度和提高涂層的抗氧化性能。
用作粘結(jié)底層的CoCrAlY合金中含有Al和Cr這兩種耐蝕性能十分優(yōu)秀的合金元素，即在合金表面形成一層致密的氧化膜，阻止界面氧原子通過(guò)氧化膜的向內(nèi)擴(kuò)散，而且氧化膜能夠完整地覆蓋合金表面。另外合金Y的加入，能促進(jìn)具有保護(hù)性的α-Al2O3膜的形成，改善Co-Cr-Al合金氧化膜與基體的粘附性，防止氧化膜的剝落。等離子噴涂陶瓷涂層又對(duì)底層起了很好的覆蓋保護(hù)作用，進(jìn)一步提高了合金的耐蝕性能。
本發(fā)明的涂層顯微硬度大于1020HV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鎂合金基體的顯微硬度(不到100HV)，大大提高了其耐磨性能。
采用鹽水浸泡試驗(yàn)，也稱全浸腐蝕試驗(yàn)。24h后結(jié)果如下，未噴涂試樣腐蝕劇烈，腐蝕嚴(yán)重，表面形成大量黑色點(diǎn)蝕坑，表面變的凹凸不平，有大量腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生。而噴涂試樣腐蝕緩慢，基本未受到腐蝕。
本發(fā)明的制備方法制備得到的鎂合金，其硬度高，耐磨并耐腐蝕，性能優(yōu)異。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
按照下述工藝步驟制備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化后的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌并干燥；
(3)在干燥的鎂合金基體表面用火焰噴涂CoCrAlY粘結(jié)底層，噴涂距離為100mm，噴涂角度為60°之間，送粉氣流量為0.6m3/h，涂層厚度為150μm；
(4)在CoCrAlY粘結(jié)底層上等離子噴涂Al2O3/WC陶瓷涂層，噴涂距離為100mm，等離子焰流軸線與被噴涂試樣表面的角度不應(yīng)小于45°，噴涂角度在45°，送粉氣流量為0.6m3/h，涂層厚度為350μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的CoCrAlY粘結(jié)底層，以及附著在該CoCrAlY粘結(jié)底層上的Al2O3/WC陶瓷涂層。
實(shí)施例2
按照下述工藝步驟制備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化后的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌并干燥；
(3)在干燥的鎂合金基體表面用火焰噴涂CoCrAlY粘結(jié)底層，噴涂距離為150mm，噴涂角度為90°，送粉氣流量為0.8m3/h，涂層厚度為200μm；
(4)在CoCrAlY粘結(jié)底層上等離子噴涂Al2O3/WC陶瓷涂層，噴涂距離為150mm，等離子焰流軸線與被噴涂試樣表面的角度不應(yīng)小于45°，噴涂角度在90°，送粉氣流量為0.8m3/h，涂層厚度為700μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的CoCrAlY粘結(jié)底層，以及附著在該CoCrAlY粘結(jié)底層上的Al2O3/WC陶瓷涂層。
實(shí)施例3
按照下述工藝步驟制備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化后的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌并干燥；
(3)在干燥的鎂合金基體表面用火焰噴涂CoCrAlY粘結(jié)底層，噴涂距離為130mm，噴涂角度為70°，送粉氣流量為0.7m3/h，涂層厚度為170μm；
(4)在CoCrAlY粘結(jié)底層上等離子噴涂Al2O3/WC陶瓷涂層，噴涂距離為170mm，等離子焰流軸線與被噴涂試樣表面的角度不應(yīng)小于45°，噴涂角度在60°，送粉氣流量為0.7m3/h，涂層厚度為500μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的CoCrAlY粘結(jié)底層，以及附著在該CoCrAlY粘結(jié)底層上的Al2O3/WC陶瓷涂層。