背景技術(shù)
鎂合金具有高的比強(qiáng)度和比剛度以及良好的阻尼特性，是滿足汽車輕質(zhì)化、環(huán)保化和性能優(yōu)化發(fā)展的潛力的金屬結(jié)構(gòu)材料，也是二十一世紀(jì)最有應(yīng)用前景的金屬材料之一。但是由于鎂的熱力學(xué)穩(wěn)定性差，且氧化物（膜）結(jié)構(gòu)疏松，致使鎂合金的耐腐蝕能力較差，在很大程度上限制了它的廣泛應(yīng)用。因此，鎂合金 表面處理在實(shí)際應(yīng)用中是十分重要的。表面改性的方法很多，如電化學(xué)法、化學(xué)法、熱加工法等。一些新型的表面處理方法如激光表面處理、氮化鉻涂層、鎂合金表面沉積鋁等。但至今為止，世界各國還沒有能開發(fā)出一種抵抗惡劣環(huán)境的適用于鎂合金基體的防護(hù)層。
為了提高金屬鎂的表面防腐和耐磨能力，國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了眾多的表面改性及涂/鍍層工藝，如在鎂合金微等離子體電解氧化膜表面復(fù)合非晶態(tài)N1-P沉積層可獲得與基體結(jié)合牢固且耐蝕抗刮傷的硬膜，是一種有效可行的技術(shù)思路。一方面，完整的鍍鎳層對多層陶瓷膜可起到封閉作用，避免了鎂合金基體與腐蝕介質(zhì)的直接接觸，另一方面由于金屬鎳的化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高，具有良好的耐磨和抗蝕性。但鎂合金陶瓷膜具有多孔結(jié)構(gòu)，直接在其表面進(jìn)行化學(xué)鍍，由于鍍層金屬比鎂合金電位高，與鎂合金接觸后很容易發(fā)生雙金屬電偶腐蝕。尤其對于形狀復(fù)雜或大面積鍍件難以獲得均勻無缺陷的鍍層。這種結(jié)構(gòu)缺陷的形成很容易出現(xiàn)局部雙金屬腐蝕或微觀電偶腐蝕現(xiàn)象，造成鎂合金部件力學(xué)性能的惡化，這樣反而會大大加快腐蝕過程，造成災(zāi)難性的后果。
采用有機(jī)涂層涂覆也是一種常用的鎂合金防護(hù)方法，有機(jī)涂層保護(hù)機(jī)理主要是屏蔽作用、鈍化緩蝕作用。但是涂層一般比較薄、有孔隙且機(jī)械性能差不抗刮傷，在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)及高溫高強(qiáng)度環(huán)境下容易脫落，一般只能用來短時(shí)間保護(hù)金屬，不能用來做長期防護(hù)。
研究表明，可用于在鎂合金表面形成防護(hù)涂層工藝雖多，但各種工藝的防腐和耐磨性能均難以達(dá)到較高水平，且涂層的結(jié)合力也往往成為一個(gè)制約因素。
具體內(nèi)容
本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在鎂合金等離子氧化陶瓷膜表面制備有機(jī)涂層-化學(xué)鍍層的復(fù)合涂層方法，提高鎂合金防腐和耐磨的綜合性能，解決了鎂合金抗刮傷和耐腐蝕的防護(hù)要求。
通過下列技術(shù)方案來實(shí)施的：
一種在鎂合金等離子氧化陶瓷膜表面制備有機(jī)涂層-化學(xué)鍍層的復(fù)合涂層方法，首先對鎂合金進(jìn)行等離子陽極氧化，形成多孔陶瓷層；然后進(jìn)行有機(jī)涂層的涂覆，最后通過化學(xué)鍍在最外層形成高硬耐蝕的鎳-磷鍍層，具體包括如下步驟：
(一 )鎂合金表面等離子體氧化
將鎂合金試樣經(jīng)過打磨、拋光、除油等預(yù)處理后，以去除表面氧化皮和雜質(zhì)。然后將鎂合金試樣（作為陽極）放入電解液中采用高電壓脈沖方式對試樣進(jìn)行等離子火花放電氧化。等離子氧化的電解液為：氫氧化鈉1～3g/L，硅酸鈉5～20g/L，磷酸鈉5～10g/L，其余為水，均勻混合，溫度為0～50°C;采用脈沖方式進(jìn)行氧化，脈沖頻率為100～2000Hz，電流密度為1～10A/dm2，氧化時(shí)間為30～120分鐘，氧化膜厚度為5～40 y m，該氧化膜為多孔陶瓷膜，孔隙率為30%～60%，孔徑為3～10mm。
(二）涂覆有機(jī)涂層：ABS樹脂涂覆或清漆涂覆
1)ABS樹脂涂覆
將等離子氧化后的鎂合金試樣進(jìn)行樹脂噴涂，噴 涂液組成：ABS樹脂150～250g/L，溶劑為二甲基亞砜，均勻混合。噴涂工藝參數(shù)為：粉末粒度為200～400目，噴涂壓力為
1.5～2. 5MPa，噴涂距離為20～40mm，ABS樹脂涂層的厚度在1～5mm。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，ABS樹脂的組成如下：丙烯腈（A)占15%～35%，丁二烯（B)占5%～30%，苯乙烯（S)占40%～60%。
2)清漆涂覆
將等離子氧化后的鎂合金試樣進(jìn)行清漆噴涂，噴涂液組成：清漆100～200g/L，溶劑為乙醚，均勻混合。噴涂工藝參數(shù)為：粉末粒度為200～400目，噴涂溫度定為150～300°C，壓力為1. 5～2. 5MPa，噴涂距離為10～40mm，清漆涂層的厚度在1～3mm。
本發(fā)明中，清漆是指常用的丙烯酸清漆，其重量組成可以如下：甲基丙烯酸甲酯30～50% ;甲基丙烯酸丁酯10%～30% ;甲基丙烯酸共聚樹脂10%～30% ;硝化棉5%～10%。
(三）化學(xué)鍍
將涂覆ABS樹脂或清漆的鎂合金試樣放入化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍。化學(xué)鍍液組成：堿式碳酸鎳10～15g/L，次亞磷酸鈉20～30g/L，檸檬酸鈉3～5g/L，氟化氫銨10～15g/L,乙酸鈉10～15g/L,硫脲2～4mg/L，蘋果酸2～6mg/L,氨水10～20mL/L,均勻混合。化學(xué)鍍鎳工藝參數(shù)為：操作溫度為85～90°C，化學(xué)鍍時(shí)間為30～60m1n，獲得的化學(xué)鍍層厚度為8～10 Pm。從而，獲得鎂合金等離子陽化陶瓷膜表面制備有機(jī)涂層-化學(xué)鍍層的復(fù)合涂層。
本發(fā)明中，在ABS樹脂噴涂之前，可以對鎂合金試樣進(jìn)行封閉處理，封閉處理的作用是，使封閉劑能填充膜層中較大的微孔，進(jìn)而獲得均勻的微孔表面，確保ABS樹脂在膜層表面分布的彌散而細(xì)致，進(jìn)而有利于化學(xué)鍍層的均勻生長。封閉處理工藝為：鉻酐400～420g/L，其余為水，均勻混合；溫度：50～60°C，時(shí)間：30～50m1n。取出后，立即用自來水清洗1～3m1n,再用去離子水清洗1～3m1n。
本發(fā)明中，在采用清漆噴涂之后，可以對鎂合金試樣進(jìn)行浸蝕處理，其作用在于對膜層表面進(jìn)行活化處理以利于清漆的附著，浸蝕工藝為：在鹽酸1～2% (重量濃度）的室溫下浸蝕2～5秒（s)。取出后,立即用自來水清洗1～3m1n,再用去離子水清洗1～3m1n。
優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下：
1、通過本發(fā)明方法在鎂合金等離子氧化形成的多孔陶瓷膜表面結(jié)合有機(jī)涂層和化學(xué)鍍層，形成多層防護(hù)層（厚度> 30 ym)，有效隔絕鎂合金基體與外界腐蝕介質(zhì)的接觸，具有較強(qiáng)的防腐蝕效果，而且復(fù)合涂層結(jié)合強(qiáng)度大、硬度高，具有耐磨抗刮傷的性能。本發(fā)明在鎂合金多層防護(hù)層的制備過程中無有害物質(zhì)的使用且能量利用效率高，具有環(huán)境友好及能耗低的特點(diǎn)。
2、本發(fā)明適用于AZ、ZM、MB以及稀土系列的鎂合金：如AZ91D、AZ31B、ZM5、ZM6、MB5以及Mg-Gd-Y等。