专利名称：镁合金表面磁控溅射铝/钛复合涂层及其工艺方法
技术领域：
本发明涉及到一种镁合金表面防腐处理技术，具体地说，是一种镁合金表面铝/钛复合涂层及其制备工艺方法，尤其是可用于航空航天、汽车以及家电等3C产品或人体植入材料等的，具有腐蚀防护作用的铝/钛(Al/Ti)复合涂层及工艺。
背景技术：
镁合金是一种最轻的工程结构金属材料，具有密度小、比强度高、良好的导热、导电能力和电磁屏蔽性能、减振和阻尼性能，且容易回收利用等特点。镁合金可应用于汽车、航空航天以及3C产品(家用电器、计算机、通信电子器件)等领域。但是，镁的化学性质活泼，耐蚀、耐磨性能较差，通常需经过表面改性处理以提高其耐腐蚀、耐磨性能。
表面改性是改善镁合金耐蚀性的最有效的途径之一。铝、钛都具有良好的耐腐蚀性能，可以用来提高镁合金的耐蚀性。如名称为"便携式电子装置外壳及其制造方法"、专利号为ZL 200410052067. 6的发明专利所公开的技术内容，该外壳包括镁合金基材及氮化铝钛层，其中该氮化铝钛层覆盖于镁合金基材表面；该外壳的制造方法，包括以下步骤提供镁合金基材，将该镁合金基材放入以铝金属及钛金属为溅射靶材的真空镀膜室内，对该真空镀膜室内抽真空，向真空室通入少量氮气与惰性气体的混合气，加热镁合金后，对其进行溅射得到便携式电子装置的外壳；该便携式电子装置的外壳具有很强的硬度及耐磨性。研究表明，离子注入钛也可以提高镁合金的耐腐蚀性能；然而，这种膜非常薄，对提高耐蚀性的作用有限。较厚的钛膜可能会使镁合金基体具有更好的耐腐蚀性，实际使用中可能需要在镁合金基体上形成一层较厚的钛膜。然而，根据镁钛二元相图，两者之间溶解度极小，也不能形成金属间化合物。因此，镁合金与钛合金几乎不可能直接扩散相结合。由于镁-铝、铝-钛之间都有较高的溶解度；在镁和钛之间加入一个的中间过渡A1层，则可以与基体形成三明治结构。所以，可以通过采用磁控溅射方法在镁合金表面喷涂A1/Ti复合涂层，然后通过热扩散提高涂层的结合力，以获得较厚的、结合优良的、具有更好耐腐蚀性的涂层。
发明内容
本发明针对现有技术对镁合金表面防腐处理技术所得到的金属涂层(钛膜等)非常薄、与基体结合力较差、耐腐蚀、耐磨性不高等不足，提出一种镁合金表面形成铝/钛复合涂层及其制备工艺方法，具体采用磁控溅射方法形成一种具有三明治结构的Al/Ti复合涂层，然后进行低温扩散处理，以提高复合膜涂层与基体的结合力、提高镁合金的耐腐蚀性，以满足镁合金表面防腐技术的需要。
本发明的技术方案镁合金表面的铝/钛复合涂层，其特征在于在镁合金基体
上，设置有铝涂层和钛涂层，钛涂层在外层，中间是铝涂层，铝涂层和钛涂层紧密附着在镁合金基体上。 —种获得本发明铝/钛复合涂层的制备工艺方法，其特征在于其工艺流程为镁合金基体打磨_前处理清洗_磁控溅射Al膜_磁控溅射Ti膜_低温加热扩散。
该工艺的具体工艺参数为磁控溅射铝膜参数溅射电压240-320V ;电流0. 70-1. 30A ;时间0. 3-2. Oh。
磁控溅射钛膜参数溅射电压240-320V ;电流0. 70-1. 3A ;时间2. 0-10h。
热扩散工艺温度180-260。C ;保温时间4-16h。 采用本发明的磁控溅射和低温热扩散处理工艺，在镁合金部件表面可获得具有优良结合力和耐腐蚀、耐磨性能的铝/钛复合涂层，涂层与基体形成了一种三明治结构。
图1为本发明实施案例的Al/Ti复合涂层低温热扩散处理后SEM照片。 图2为本发明实施案例的A1/Ti复合涂层低温热扩散处理后截面方向的EDS线扫
描曲线。
具体实施例方式
本发明的镁合金表面的铝/钛复合涂层，其特征在于在镁合金基体上，设置有铝涂层和钛涂层，钛涂层在外层，中间是铝涂层，钛涂层通过铝涂层紧密附着在镁合金基体上。 —种获得本发明铝/钛复合涂层的制备工艺方法，其特征在于首先对镁合金样品表面进行打磨，以除去表面毛剌、飞边等，再对镁合金样品进行前处理清洗，以除去镁合金样品表面的油脂、脂肪类物质，并通过酸洗对其表面活化处理以去除表面上的氧化物，酸性活化采用的是氢氟酸、磷酸、稀盐酸和乙二醇等，或者是其他合适的酸性物质；本发明公开一种具体的前处理清洗工艺碱洗除油_水清洗_酸洗活化_水清洗_丙酮清洗_干燥；在酸洗表面活化处理后，用丙酮进一步清洗除油污，再热风干燥；然后将镁合金放入磁控溅射腔中，进行磁控溅射处理首先溅射铝涂层，选定如下工艺参数为溅射电压240-320V ;
电流0. 70-1. 30A ;时间0. 3-2. 0h。 然后溅射钛涂层，选定如下工艺参数为溅射电压240-320V ;电流0. 70-1. 3A ;时间2. 0-10h ;最后将工件拿出，再放入加热炉进行热扩散处理，热扩散工艺加热温度
180-260°C ;保温时间4-16h。此工艺可使铝涂层与镁合金基体表面之间的原子发生互扩
散，形成铝钛复合涂层，使涂层内部组织致密，增大涂层与基体之间的冶金结合力。 根据不同的使用场合，为了获得不同的铝涂层或钛涂层厚度，其溅射工艺有多种，
尤其是灵活掌握溅射时间，以获得多种不同的铝涂层或钛涂层厚度。溅射铝涂层的溅射时
间，可以选取O. 3h、0. 4h、0. 5h、0. 8h、1. 0h、1. 2h、1. 4h、1. 5h、1. 5h、1. 8h、2. Oh等。溅射钛涂
层的溅射时间，可以选取2. 0h、2. 5h、2. 8h、3. 0h、3. 5h、3. 6h、4. 0h、4. 5h、4. 6h、4. 8h、5. 0h、
5. 5h、5. 8h、6. 0h、6. 5h、6. 8h、7. 0h、7. 4h、7. 8h、8. 0h、8. 5h、9. 0h、9. 3h、9. 5h、10. Oh等。热扩
散处理的加热温度可以选取180°C 、 200°C 、 2 l(TC 、 220°C 、 230°C 、 240 。C 、 260 。C等。 按本发明所得到的Al/Ti复合涂层的SEM照片见附图1以及膜层的成分分布见附图2。 经过本发明所得的膜层厚度可达10 ii m以上，其中Ti膜可达到5 ii m以上；纳米划
痕试验表明，低温扩散工艺提高了涂层与基体的结合力；耐腐蚀性能明显提高。 本发明的磁控溅射方式，采用现有技术的磁控溅射装置，将经过前处理的镁合金
4放入磁控溅射腔中，进行磁控溅射处理。 与现有技术相比，本发明的创新主要是在镁合金表面溅射钛的基础上，中间增加了铝作为过渡层，然后通过低温扩散使涂层与基体具有冶金结合的特点，提高了涂层与基体的结合力，并具有良好的耐腐蚀、耐磨性能。
权利要求
镁合金表面的铝/钛复合涂层，其特征在于在镁合金基体上，设置有铝涂层和钛涂层，钛涂层在外层，中间是铝涂层，钛涂层通过铝涂层紧密附着在镁合金基体上，形成一种三明治结构。
2. —种获得权利要求1所述的铝/钛复合涂层的制作处理方法，其特征在于包括如下 步骤1) 对镁合金样品表面进行打磨，以除去表面毛剌、飞边；2) 对镁合金样品进行前处理清洗，以除去镁合金样品表面的油脂、脂肪类物质，并通过 酸洗对其表面活化处理以去除表面上的氧化物；3) 将镁合金样品放入磁控溅射腔中，进行磁控溅射处理I 、首先溅射铝涂层，工艺参数为溅射电压240-320V ;电流0. 70-1. 30A ;时间0. 3-2. 0h ;11、然后溅射钛涂层，工艺参数为溅射电压240-320V ;电流0. 70-1. 3A ;时间2. 0-10h ;4) 将镁合金样品放入加热炉进行热扩散处理，加热温度180-26(TC ;保温时间4-16h。
3. 根据权利要求2所述的制作处理方法，其特征在于在步骤2)酸洗表面活化处理后，用丙酮进一步清洗除油污，再热风干燥。
全文摘要
本发明公开了镁合金表面的铝/钛复合涂层及其工艺方法，其特征在于在镁合金基体上，设置有铝涂层和钛涂层，钛涂层在外层，中间是铝涂层，铝涂层和钛涂层紧密附着在镁合金基体上。其处理工艺流程为镁合金基体打磨-前处理清洗-磁控溅射Al膜-磁控溅射Ti膜-低温加热扩散。采用本发明的磁控溅射和低温热扩散处理工艺，在镁合金部件表面可获得具有优良结合力和耐腐蚀、耐磨性能的铝/钛复合涂层，涂层与基体形成了一种三明治结构。
文档编号C23C14/16GK101696488SQ20091019115
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者曾荣昌, 杨栋华, 陈君 申请人:重庆理工大学;