MB15镁合金表面强化的处理方法 【技术领域】
本发明涉及一种镁合金表面强化的处理方法。
背景技术
MB15是含5.0～6.0％的Zn、0.3～0.9％的Zr的高强变形镁合金，在航空航天工业上主要用作受力较大的零件，如机翼长桁、翼肋、摇臂等。MB15合金之所以收到人们青睐，是因为它是现在所有商用镁合金中强度最高的一种，又由于镁合金本身轻的缘故，因此MB15镁合金几乎是所有金属类材料中比强度最高的一种，其强度已经达到高强7075铝合金的水平，且密度更小。但镁的化学稳定性低，电极电位很低，耐蚀性较差；镁在空气中自然形成的氧化膜较酥松，耐磨性差，不能起到保护的作用，因此必须进行表面强化处理才能适应镁合金耐蚀耐磨的需求。而用微等离子体氧化处理镁合金是近二十年迅速发展起来的一项新的表面处理技术。微等离子体氧化是指在阳极氧化的基础上提高处理电压，在镁合金表面形成火花放电，通过热化学、电化学、等离子体化学的共同作用，在镁合金表面原位生长一层耐蚀耐磨陶瓷膜的表面处理技术。通过微等离子体氧化处理技术对MB15镁合金表面进行强化，有望使MB15镁合金取代相当部分的铝合金而得到更广泛地应用。但普通的微等离子体氧化法开发出的配方都是应用在含铝量较高的镁合金上，而在几乎不含铝元素的MB15镁合金上无法形成均匀的耐蚀耐磨性保护膜层。
【发明内容】
本发明为了解决传统的微等离子体氧化法无法在MB15镁合金上成膜的问题，而提供了一种MB15镁合金表面强化的处理方法。
本发明MB15镁合金表面强化处理按照以下方法进行：将MB15镁合金除油处理后放入电解液中进行微等离子体氧化，通入直流电，电流密度为4～10A/dm2，通电时间为3～7分钟，反应温度为10～40℃，然后用清水冲洗并干燥即得到实现了MB15镁合金表面强化处理；其中电解液由硅酸钠、氢氧化铝、锰酸铝钾、十二烷基苯磺酸钠、丙三醇、氢氧化钾和水制成，电解液中硅酸钠的浓度为5～30g/L，氢氧化铝的浓度为5～20g/L，锰酸铝钾的浓度为1～10g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为1～5g/L，丙三醇的浓度为2～6ml/L，氢氧化钾的浓度为1～6g/L。
镁合金除油处理方法为：将MB15镁合金放入浓度为90～110g/L的氢氧化钠溶液中，在70～90℃条件下保温处理15～20min，用清水冲洗，再用蒸馏水冲洗后烘干即实现了除油处理。
本发明的方法可以在MB15镁合金上形成均匀的陶瓷膜，且膜层与基体结合强度高，耐蚀性和耐磨性强，可以显著地提高MB15镁合金的表面强度，而且，反应时间短，生产能耗低，生产成本低廉。
本发明方法形成的陶瓷膜用纳米压痕进行测试，测试结果为：陶瓷膜的纳米硬度为1.4～2.0GPa，弹性模量为80～90GPa，弹性恢复为20％～26％。通过本发明方法在MB15镁合金上制备的陶瓷膜层可以显著地提高基体的表面的力学和摩擦性能。
【附图说明】
图1为具体实施方式十二MB15镁合金表面形成了陶瓷膜的微观组织。
【具体实施方式】
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式MB15镁合金表面强化处理按照以下方法进行：将MB15镁合金除油处理后放入电解液中进行微等离子体氧化，通入直流电，电流密度为4～10A/dm2，通电时间为3～7分钟，反应温度为10～40℃，然后用清水冲洗并干燥即得到实现了MB15镁合金表面强化处理；其中电解液由硅酸钠、氢氧化铝、锰酸铝钾、十二烷基苯磺酸钠、丙三醇、氢氧化钾和水制成，电解液中硅酸钠的浓度为5～30g/L，氢氧化铝的浓度为5～20g/L，锰酸铝钾的浓度为1～10g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为1～5g/L，丙三醇的浓度为2～6ml/L，氢氧化钾的浓度为1～6g/L。
本实施方式步骤二中的硅酸钠和氢氧化铝为成膜剂，锰酸铝钾、十二烷基苯磺酸钠和丙三醇为辅助剂，氢氧化钾为pH值调节剂。
本实施方式步骤二中通入直流电电压不断升高，恒电流。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：镁合金除油处理方法为：将MB15镁合金放入浓度为90～110g/L的氢氧化钠溶液中，在70～90℃条件下保温处理15～20min，用清水冲洗，再用蒸馏水冲洗后烘干即实现了除油处理，其中烘干是在温度为90～100℃的条件处理10～30min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二不同的是：干燥是在温度为90～100℃的条件处理10～30min。其它步骤及参数与具体实施方式一至二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：电解液中硅酸钠的浓度为10～20g/L，氢氧化铝的浓度为10～15g/L，锰酸铝钾的浓度为3～8g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为2～4g/L，丙三醇的浓度为3～5ml/L，氢氧化钾的浓度为2～5g/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：电解液中硅酸钠的浓度为20g/L，氢氧化铝的浓度为15g/L，锰酸铝钾地浓度为5g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为2g/L，丙三醇的浓度为4ml/L，氢氧化钾的浓度为4g/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：电解液中硅酸钠的浓度为10g/L，氢氧化铝的浓度为10g/L，锰酸铝钾的浓度为4g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为4g/L，丙三醇的浓度为5ml/L，氢氧化钾的浓度为2g/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：电解液中硅酸钠的浓度为16g/L，氢氧化铝的浓度为13g/L，锰酸铝钾的浓度为7g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为4g/L，丙三醇的浓度为4ml/L，氢氧化钾的浓度为3g/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：电流密度为6～8A/dm2，通电时间为4～6分钟，反应温度为20～30℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：电流密度为8A/dm2，通电时间为4分钟，反应温度为20℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：电流密度为6A/dm2，通电时间为6分钟，反应温度为30℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：电流密度为7A/dm2，通电时间为5分钟，反应温度为25℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式十二：本实施方式MB15镁合金表面强化处理按照以下方法进行：将MB15镁合金除油处理后放入电解液中进行微等离子体氧化，通入直流电，电流密度为7A/dm2，通电时间为5分钟，反应温度为30℃，然后用清水冲洗并干燥即得到实现了MB15镁合金表面强化处理；其中电解液由硅酸钠、氢氧化铝、锰酸铝钾、十二烷基苯磺酸钠、丙三醇、氢氧化钾和水制成，电解液中硅酸钠的浓度为5～30g/L，氢氧化铝的浓度为5～20g/L，锰酸铝钾的浓度为1～10g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为1～5g/L，丙三醇的浓度为2～6ml/L，氢氧化钾的浓度为1～6g/L。
本实施方式镁合金除油处理方法为：将MB15镁合金放入浓度为90～110g/L的氢氧化钠溶液中，在80℃条件下保温处理15～20min，用清水冲洗，再用蒸馏水冲洗后烘干即实现了除油处理，其中烘干是在温度为90～100℃的条件处理10～30min。
本实施方式硅酸钠和氢氧化铝为成膜剂，锰酸铝钾、十二烷基苯磺酸钠和丙三醇为辅助剂，氢氧化钾为pH值调节剂。
本实施方式通入直流电电压不断升高，恒电流。
经本实施方式的表面强化处理后的MB15镁合金表面形成了陶瓷膜，陶瓷膜的微观组织如图1所示，从图中可以看出陶瓷膜的均匀且致密。经本实施方式的表面强化处理后的MB15镁合金用纳米压痕进行测试，测试结果为：陶瓷膜的纳米硬度为1.686GPa，弹性模量为90GPa，弹性恢复为24.6％。经摩擦磨损测试，此条件下制备的试样平均摩擦系数为0.110，磨损量为1.27×10-5mm3/Nm。而MB15镁合金基体的纳米硬度为0.764GPa，弹性模量为44GPa，弹性恢复为7.7％，平均摩擦系数为0.366，磨损量为5.94×10-4mm3/Nm。从陶瓷膜与基体的力学摩擦性能对比可以看出，通过本发明在MB15镁合金上制备的陶瓷膜层可以显著地提高基体的表面的力学和摩擦性能。