表面改性方法

镁合金表面熔覆改性技术

Surface Overlaying Modification Technology of Magnesium Alloys

摘要评述了镁合金表面熔覆改性技术的国内外发展概况，着重介绍了热喷涂、激光熔覆及热喷涂+激光重熔复合熔覆3种处理工艺和熔覆涂层材料，提出采用热喷涂+激光熔覆合法熔覆工艺、镁合金表面熔覆非晶合金以及熔覆高熔点涂层是提高镁合金表面性能的有效方法，具有良好的应用前景。

关键字：镁合金表面改性研究进展

Abstract:Recent developments of the application of surfacing overlaying modification technology of magnesium alloys are reviewed. The main treatment processes including thermal spraying, laser cladding and a two-step composite method, thermal spraying firstly then laser cladding, are introduced emphatically. Moreover, coating materials for surface modification of magnesium alloy are also summarized. It's pointed out that the composite technology of thermal spraying firstly then laser cladding, overlaying amorphous alloys coating and high melting point materials coating are effective methods of enhancing surface performance of magnesium alloys, which have good application prospects and are worth further studying.

Key words magnesium alloys, surface modification, research progresses

1 序言

镁合金因密度低.比强度、比刚度高.电磁屏蔽性好.减震性好.以及优良的切削加工性能.在航空、汽车和电子通讯等行业中得到广泛的应用。但是镁的化学稳定性低.电极电位很负（-2.34V）耐蚀性差.月_镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差.在某种程度上制约了镁合金材料的广泛应用。因此.如何提高镁合金的耐磨、耐腐蚀及耐热等综合性能已成为当今镁合金材料研究、发展的重要课题。有效的途径之一是对镁合金表而进行表而改性处理.在基体材料的表而形成相应的保护层。

日前，镁合金表而处理上要有化学转化、阳极氧化、表而渗层、表而电镀等方法这些方法都存在一些局限性.要么对环境有较人污染.要么所制得的涂层厚度、致密性有限而不能够有效保护。然而采用表而熔覆改性处理.如热喷涂、激光熔覆等方法.就可以克服以上不足.既环保又满足使用性能。本文综述了近年来国内外镁合金表而熔覆改性处理技术和熔覆涂层材料的发展概况。

2 镁合金表面熔覆工艺

2.1 热喷涂工艺

热喷涂技术几乎适用各种材料对零件表而的喷涂.对零件的尺寸大小及形

状不受限制、被喷涂的零件表而热影响小，不易变形。热喷涂技术由德国人1882年发明.而真正意义的热喷涂技术是1910年在瑞士被V. Schoop博士研究出来.他发明了固定式坩锅熔融喷射装置。经过近1个世纪的发展.热喷涂技术发展得已相当成熟，相继出现了超音速火焰喷涂（HVO）、高速电弧喷涂（HV AS)、气体爆炸式喷涂和低压等离子弧喷涂等。

（1）火焰喷涂法火焰喷涂法可制备各种金属、合金、陶瓷及塑料访层。是日前国内最常用的喷涂方法之一但是，由该方法制备的涂层孔隙度较大，与基体材料的结合强度也较低。

（2）爆炸喷涂法爆炸喷涂法是一项技术难度较大、工艺性能较强的新技术，也是一种高能喷涂方法。与一般火焰喷涂相比，必须提供足够高的气体压力，以产生高达5倍于音速的焰流(1830m/s)气体的消耗量也很大。就氧气而言.通常是一般火焰喷涂的10倍。

（3）电弧喷涂法对电弧喷涂法对各种金属材料都能喷涂，大量应用于防腐、耐磨等工程。目前.电弧喷涂法已经从一种粗糙的高喷涂效率技术演化为能以低成本生产具有高质量涂层的较为精密的手段。

（4）等离子喷涂等离子喷涂是继火焰喷涂、电弧喷涂之后人力发展起来的一种喷涂新技术，近几年在我国发展较快。等离子技术中引人注目之处是设备的大容量化和高输出功率化，目前已商业化的气体等离子喷涂设备功率可达到200 kW以上，不但人人提高了喷涂效率，也使涂层质量更为改善。等离子喷涂涂层的致密度及与基体材料的结合强度均比火焰喷涂涂层和电弧喷涂涂层的高，而且也是制备陶瓷涂层的最佳工艺目前，采用等离子喷涂工艺制备纳米陶瓷涂层为热喷涂的一个研究热点。

随着镁合金的广泛应用.研究者们在镁合金表而热喷涂技术与扩散处理、时效处理等相结合方而展开了大量的研究，并取得了较好成效。梁水政等先用电弧喷涂在镁合金AZ91D表面形成铝防护层.再进行保温处理.使涂层和基体间发生扩散以增强铝与基体结合能力.获得了致密的、具有较好耐蚀性的喷铝层。黄伟九等采用热喷涂工艺在AZ91D镁合金表面制备了锌铝涂层，并分析了热扩散对锌铝涂层界面组织和性能的影响。结果表明，热扩散处理后，涂层与基体界面处形成由Mg2Zn2A1金属间化合物及其固溶体组成的扩散熔合区，涂层的显微硬度和耐磨性能均显著提高。冯亚如等采用等离子喷涂方法在AZ31镁合金表而制备一层Al65Cu23Fe涂层经T4和T6处理后.其涂层组织由θ相、富铜相和富铝相转变为θ+富Cu-β- Al-Cu, Fe相，涂层的硬度呈增加趋势，由热处理前的200.2 HV 增加到304.5 HV，远高于基体AZ31合金的硬度。

1.2 激光熔覆工艺

激光表而处理技术是近几十年来迅速发展起来的一种材料表面改性技术。激