背景技術
鎂合金具有高的比強度和比剛度以及良好的阻尼特性，是滿足汽車輕質化、環保化和性能優化發展的潛力的金屬結構材料，也是二十一世紀最有應用前景的金屬材料之一。但是由于鎂的熱力學穩定性差，且氧化物（膜）結構疏松，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用。因此，鎂合金 表面處理在實際應用中是十分重要的。表面改性的方法很多，如電化學法、化學法、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出一種抵抗惡劣環境的適用于鎂合金基體的防護層。
為了提高金屬鎂的表面防腐和耐磨能力，國內外學者開發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合非晶態N1-P沉積層可獲得與基體結合牢固且耐蝕抗刮傷的硬膜，是一種有效可行的技術思路。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的直接接觸，另一方面由于金屬鎳的化學穩定性好、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構，直接在其表面進行化學鍍，由于鍍層金屬比鎂合金電位高，與鎂合金接觸后很容易發生雙金屬電偶腐蝕。尤其對于形狀復雜或大面積鍍件難以獲得均勻無缺陷的鍍層。這種結構缺陷的形成很容易出現局部雙金屬腐蝕或微觀電偶腐蝕現象，造成鎂合金部件力學性能的惡化，這樣反而會大大加快腐蝕過程，造成災難性的后果。
采用有機涂層涂覆也是一種常用的鎂合金防護方法，有機涂層保護機理主要是屏蔽作用、鈍化緩蝕作用。但是涂層一般比較薄、有孔隙且機械性能差不抗刮傷，在強腐蝕介質及高溫高強度環境下容易脫落，一般只能用來短時間保護金屬，不能用來做長期防護。
研究表明，可用于在鎂合金表面形成防護涂層工藝雖多，但各種工藝的防腐和耐磨性能均難以達到較高水平，且涂層的結合力也往往成為一個制約因素。
具體內容
本發明在于克服現有技術的不足，提供一種在鎂合金等離子氧化陶瓷膜表面制備有機涂層-化學鍍層的復合涂層方法，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要求。
通過下列技術方案來實施的：
一種在鎂合金等離子氧化陶瓷膜表面制備有機涂層-化學鍍層的復合涂層方法，首先對鎂合金進行等離子陽極氧化，形成多孔陶瓷層；然后進行有機涂層的涂覆，最后通過化學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
將鎂合金試樣經過打磨、拋光、除油等預處理后，以去除表面氧化皮和雜質。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;采用脈沖方式進行氧化，脈沖頻率為100～2000Hz，電流密度為1～10A/dm2，氧化時間為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。
本發明中，按重量百分比計，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）化學鍍
將涂覆ABS樹脂或清漆的鎂合金試樣放入化學鍍液中進行化學鍍。化學鍍液組成：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。化學鍍鎳工藝參數為：操作溫度為85～90°C，化學鍍時間為30～60m1n，獲得的化學鍍層厚度為8～10 Pm。從而，獲得鎂合金等離子陽化陶瓷膜表面制備有機涂層-化學鍍層的復合涂層。
本發明中，在ABS樹脂噴涂之前，可以對鎂合金試樣進行封閉處理，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致，進而有利于化學鍍層的均勻生長。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。
本發明中，在采用清漆噴涂之后，可以對鎂合金試樣進行浸蝕處理，其作用在于對膜層表面進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。
優點和有益效果如下：
1、通過本發明方法在鎂合金等離子氧化形成的多孔陶瓷膜表面結合有機涂層和化學鍍層，形成多層防護層（厚度> 30 ym)，有效隔絕鎂合金基體與外界腐蝕介質的接觸，具有較強的防腐蝕效果，而且復合涂層結合強度大、硬度高，具有耐磨抗刮傷的性能。本發明在鎂合金多層防護層的制備過程中無有害物質的使用且能量利用效率高，具有環境友好及能耗低的特點。
2、本發明適用于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。