鎂是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有良好的導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性、抗沖擊減震性及比強(qiáng)度高、比剛度高、無毒、可回收和易加工等特點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。但是,鎂合金的電極電位遠(yuǎn)低于零,是工業(yè)合金中最低的,且鎂的氧化膜疏松多孔,使其具有極高的化學(xué)和電化學(xué)活性,因此抗腐蝕性能差。另外,鎂合金的硬度低,耐磨性能較差。這些缺點(diǎn)極大地制約了鎂合金在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。如何有效地提高鎂合金的耐磨抗蝕性能,成為當(dāng)今鎂合金材料工業(yè)應(yīng)用中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題,而鎂合金表面處理是最有希望的研發(fā)方向。
在鎂合金表面制備Al涂層,可以提高鎂合金的耐蝕性能,這是因?yàn)?(1)Al涂層表面容易形成一層致密堅(jiān)硬的Al2O3膜,其在大氣中具有自修復(fù)性,可起到對(duì)基體材料的保護(hù)作用;提高鋁鎂合金中的Al含量,可以成倍甚至幾十倍地增加鎂合金的耐蝕性能;同時(shí),在鎂合金表面的鋁涂層的形成過程中,涂層中Al元素會(huì)向基體鎂合金方向擴(kuò)散,提高鎂合金中的Al含量,使鎂合金自身耐蝕性能得到提高;(2)Al是鎂合金中常見的合金元素,其加入不會(huì)影響鎂合金的回收利用,且Al是環(huán)境友好型材料,無污染,有利于回收;(3)Al與Mg可形成金屬間化合物,具有較好的耐蝕和耐磨性;(4)在眾多元素中,Al與Mg的化學(xué)位最接近,二者形成腐蝕原電池的破壞性最小。
有學(xué)者利用鋁、鎂熱膨脹系數(shù)相近(Al的熱膨脹系數(shù)為23μm/℃;Mg的熱膨脹系數(shù)為26μm/℃)的特點(diǎn),采用高速電弧噴涂技術(shù)在AZ91鎂合金表面制備鋁基非晶納米晶復(fù)合涂層以實(shí)現(xiàn)對(duì)其表面防護(hù)的作用。結(jié)果表明,采用高速電弧噴涂技術(shù)制備的Al-Ni-Y-Co涂層中存在非晶、納米晶和晶化相,涂層組織致密,與鎂合金基體的結(jié)合強(qiáng)度大于25MPa,孔隙率小于2.0%,平均顯微維氏硬度值大于300HV0.1,且在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl水溶液中表現(xiàn)出優(yōu)于純Al涂層的耐蝕性能。
但是,多項(xiàng)報(bào)道指出,在鎂合金表面獲得的Al涂層,往往存在孔隙率較大、結(jié)合強(qiáng)度不高的問題,需要采用封閉處理、熱壓處理或陽極氧化等技術(shù)來提高涂層的耐蝕性能,才可實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂合金基材的表面防護(hù)。例如,采用電弧噴涂技術(shù)在AZ91鎂合金表面形成Al防護(hù)層,結(jié)果表明,未封孔的涂層試樣腐蝕比原始鎂合金還嚴(yán)重,而封孔處理后Al涂層的耐蝕性有很大提高。實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)過熱壓和陽極氧化后處理后,涂層的耐蝕性可明顯提高,其腐蝕電流密度可下降4個(gè)數(shù)量級(jí)。分析發(fā)現(xiàn),處理的涂層表面形成了致密的Al2O3保護(hù)膜。