專利名稱：鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術領域的表面處理方法，具體是一種鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法。
背景技術：
金屬鎂及合金是目前實際應用的最輕的結構材料，相對于鋼和鋁具有優(yōu)良的性能，如良好的機械加工性能、高熱導率、高比強度、高阻尼減震性、強電磁屏蔽能力以及低密度(1.74mg/cm3)。另外，鎂及其合金還具有尺寸穩(wěn)定、生物相容性、易于回收的優(yōu)點，因此在汽車工業(yè)、通訊電子行業(yè)、航空航天和醫(yī)學等領域得到日益廣泛的應用，近年來其產量的年增長率達到20％，顯示了良好的應用前景。但是，在使用溫度高于450攝氏度時，鎂合金的氧化速度上升很快，并且由于氧化和燃燒之間存在緊密關系，還可能導致突然燃燒，這大大限制了鎂合金作為航空、航天材料的應用。因此，有效提高鎂合金的高溫抗氧化性能是鎂合金工程應用的一個重要方面。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，離子注入方法是物理沉積方法中的一種，不會產生環(huán)境污染問題，而且不受材料熱力學的限制，能在材料表面生成具有特殊物理和化學性能的表面層。F.J.Perez，et al，Surface and CoatingsTechnology 126(2000)116-122上發(fā)表“釔和鉺對AISI304鋼氧化性能的影響”的結果認為，注入釔和鉺之后，改變了表面生成氧化物的形貌，降低了氧化物的生成速度。但是，該工藝只對鋼表面注入釔和鉺以后的情況進行了研究，未見離子注入釔對鎂合金表面氧化性能影響的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法，使其通過注入一定劑量的釔，使鎂合金表面的抗氧化性能得到改善，是一種無環(huán)境污染且可控制注入濃度和深度的表面處理方法。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明先將鎂合金表面拋光，再用酒精清洗，然后放入離子注入機的真空室中，向合金表面注入釔離子，釔離子注入劑量在5×1016ions/cm2到5×1017ions/cm2之間，最后取出樣品，完成樣品的表面處理。
本發(fā)明所采用的鎂合金為AZ31鎂合金，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。
所述的釔離子，其注入劑量范圍在5×1016ions/cm2到5×1017ions/cm2之間。釔離子的引出電壓為45kV，離子流密度為8.85μA/cm2。本發(fā)明以釔作為注入元素，是因為釔注入合金以后能提高合金的表面抗氧化性能。
本發(fā)明的優(yōu)選工藝參數(shù)為釔離子的注入劑量為5×1017ions/cm2，引出電壓為45kV。該優(yōu)選工藝參數(shù)能較好清除鎂合金表面的污染物，同時生成具有納米級的表面保護膜層。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明選用了釔元素作為注入元素，使鎂合金表面的抗氧化性能得到了有效提高，工藝簡單，適用范圍廣，可以對各種類型的鎂合金表面進行改性，并且無環(huán)境污染問題，特別適用于精密工件的最后工藝處理。


圖1為在500攝氏度，純氧環(huán)境下，氧化90分鐘，得到的AZ31鎂合金與注入劑量為5×1017ions/cm2的鎂合金表面形貌對比，其中(a)未注入釔的AZ31；(b)注入5×1017ions/cm2劑量的釔。
具體實施例方式
結合本發(fā)明的內容提供以下實施例實施例1以AZ31鎂合金作為基體，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。在其表面注入劑量為5×1016ions/cm2的釔離子，相應過程為(1)先將合金表面用SiC砂紙拋光至1500#，然后用酒精清洗干凈，自然晾干；(2)將合金放入離子注入機的真空室中，抽真空至1.4×10-3Pa，向其表面注入劑量為5×1016ions/cm2的釔離子，相應釔離子的引出電壓為45kV，離子流密度為8.85μA/cm2；(3)達到所需的注入劑量后，停止注入離子，保持真空半個小時，取出樣品即可。500攝氏度，在純氧氣中，氧化90分鐘的等溫氧化實驗表明，注入樣品表面的氧化物少于未注入的樣品表面，其相應的抗氧化性能得到一定程度的提高。
實施例2以AZ31鎂合金作為基體，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。在其表面注入劑量為1×1017ions/cm2的釔離子，相應過程為(1)先將合金表面用SiC砂紙拋光至1500#，然后用酒精清洗干凈，自然晾干；(2)將合金放入離子注入機的真空室中，抽真空至1.4×10-3Pa，向其表面注入劑量為1×1017ions/cm2的釔離子，相應釔離子的引出電壓為45kV，離子流密度為8.85μA/cm2；(3)達到所需的注入劑量后，停止注入離子，保持真空半個小時，取出樣品即可。500攝氏度，在純氧氣中，氧化90分鐘的等溫氧化實驗表明，注入樣品表面的氧化物明顯少于未注入的樣品表面，其相應的抗氧化性能得到提高。
實施例3以AZ31鎂合金作為基體，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。在其表面注入劑量為5×1017ions/cm2的釔離子，相應過程為(1)先將合金表面用SiC砂紙拋光至1500#，然后用酒精清洗干凈，自然晾干；(2)將合金放入離子注入機的真空室中，抽真空至1.4×10-3Pa，向其表面注入劑量為5×1017ions/cm2的釔離子，相應釔離子的引出電壓為45kV，離子流密度為8.85μA/cm2；(3)達到所需的注入劑量后，停止注入離子，保持真空半個小時，取出樣品即可。500攝氏度，在純氧氣中，氧化90分鐘的等溫氧化實驗表明，注入樣品的表面形貌基本沒有發(fā)生變化，表面保持光潔，說明此注入劑量下樣品的抗氧化性能得到了很大的提高。
權利要求
1.一種鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法，其特征在于，先將鎂合金表面拋光，再用酒精清洗，然后放入離子注入機的真空室中，向合金表面注入釔離子，釔離子注入劑量在5×1016ions/cm2到5×1017ions/cm2之間，最后取出樣品，完成樣品的表面處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法，其特征是，所述的釔離子注入劑量為5×1017ions/cm2。
3.根據(jù)權利要求1或者2所述的鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法，其特征是，注入釔離子時，離子注入機的真空室的真空度保持在1.4×10-3Pa以下。
4.根據(jù)權利要求1或者2所述的鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法，其特征是，釔離子的引出電壓為45kV，注入的離子流密度為8.85μA/cm2。
5.根據(jù)權利要求1或者2所述的鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法，其特征是，所采用的鎂合金為AZ31鎂合金，其成分為3.0％Al，1.0％Zn，余量為Mg。
全文摘要
一種鎂合金表面離子注入提高抗氧化性的方法，用于表面處理技術領域。方法如下先將鎂合金表面拋光，再用酒精清洗，然后放入離子注入機的真空室中，向合金表面注入釔離子，釔離子注入劑量在5×10
文檔編號C23C14/16GK1865494SQ20061002799
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權日2006年6月22日
發(fā)明者王雪敏, 曾小勤, 吳國松, 姚壽山 申請人:上海交通大學