專利名稱：一種由先驅(qū)體聚合物制備鎂鋰合金涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂鋰合金表面防護(hù)涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
鎂鋰合金是以鎂為基加入金屬鋰組成的合金。一般含鋰15%以上，密度為1. 14 1. 57g/cm3，為當(dāng)今最輕的結(jié)構(gòu)材料，比強(qiáng)度高于常規(guī)鎂合金，強(qiáng)度為220 340MPa，彈性模量40GPa。阻尼容量高，減震能力強(qiáng)，具有良好的冷、熱加工性能。用于航天航空器零件及其它高速轉(zhuǎn)動(dòng)器的零件制造。由于鎂鋰合金的耐蝕性比普通鎂合金更差，因而耐蝕性差是限制鎂鋰合金廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。涂層技術(shù)一直是改善金屬及合金耐蝕性的有效方法之一。但由于鎂鋰合金在傳統(tǒng)的高溫或液相表面環(huán)境中極易腐蝕，因此傳統(tǒng)的涂層制備技術(shù)難以得到良好的涂層效果。 因此為提高鎂鋰合金的耐蝕性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，研究和開發(fā)鎂鋰合金耐蝕涂層技術(shù)成為近年來人們關(guān)注的一個(gè)重要課題。本發(fā)明采用陶瓷先驅(qū)體聚合物聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷為基料，配以B4C粉、 SiC粉、SiO2粉、Al2O3粉等填料，并加入少量助劑，采用刷涂-固化工藝制備鎂鋰合金涂層。 陶瓷先驅(qū)體聚合物是近年來人們通過化學(xué)方法合成的一種新型高分子材料，主鏈上含有硅，它在較低溫度范圍內(nèi)(150°C 200°C)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成三維網(wǎng)狀聚合物，與加入的填料最終形成致密結(jié)構(gòu)的耐蝕涂層。目前，將陶瓷先驅(qū)體用于鎂鋰涂層制備方面的研究未見報(bào)道。本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉，涂層耐蝕性、耐磨性、耐熱性能優(yōu)良等特點(diǎn)，是一種低成本、高效益制備鎂鋰合金防護(hù)涂層較理想的方法。該發(fā)明拓寬了鎂鋰合金在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎂鋰合金涂層的有效制備方法。涂層的制備工藝為(a)鎂鋰合金的表面預(yù)處理工序?yàn)閽伖?清洗-吹干，即利用金相砂紙將鎂鋰合金表面黑色膜除掉，再經(jīng)清洗后冷風(fēng)吹干。(b)涂料的制備將一定濃度的先驅(qū)體(聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷)溶液與一定比例的填料(B4C粉、SiC粉、SiO2粉、Al2O3粉)于球磨機(jī)混合5小時(shí)，使之成為均勻的漿料。(c)涂刷將漿料均勻地涂刷或噴涂到經(jīng)過表面處理的鎂鋰合金表面。(d)固化過程將試樣放入氮?dú)鉅t或真空爐中以2 5°C /分鐘的升溫速率加熱至 150°C 200°C，保溫0. 5 2小時(shí)，然后以2°C 5°C /分鐘的速率降溫冷卻。(e)增強(qiáng)處理將已制得的試樣經(jīng)再次涂刷或噴涂處理，然后放入氣氛或真空爐中，按原有的溫度曲線加熱處理。經(jīng)上述步驟后涂層制備完成。
所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于所述先驅(qū)體聚合物為聚硅氮烷、聚碳硅烷或聚硅氧烷，其分子量為1500-7000之間。所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于所述的填料為B4C粉、SiC粉、S^2 粉、Al2O3粉的兩種或幾種的混合粉，其粒度為0. 5 ΙΟμπι之間。所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于所配制的漿料是由先驅(qū)體聚合物與一定含量的填料、助劑經(jīng)高速球磨5小時(shí)后形成的均勻漿料。所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于將涂刷后的試樣放入氮?dú)饣蛘婵諣t中，以2 5°C /分鐘的升溫速率加熱至150°C 200°C，固化0. 5 2小時(shí)，然后冷卻。所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于該方法可用于制備鎂合金、鎂鋰合金等材料的耐蝕、耐磨涂層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(一 )本項(xiàng)目首次提出采用陶瓷先驅(qū)體為原料，通過先驅(qū)體分子的交聯(lián)反應(yīng)于鎂鋰合金表面形成具有三維網(wǎng)狀的高性能涂層，富有科學(xué)性和前瞻性。( 二)本發(fā)明采用先驅(qū)體為原料，通過先驅(qū)體所含-OH、-NH2等的基團(tuán)與鎂鋰合金表面的-OH基團(tuán)發(fā)生作用形成化學(xué)鍵合，從而將涂層與基材緊密地結(jié)合在一起。通過固化反應(yīng)使涂層內(nèi)部形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終形成結(jié)構(gòu)致密的高性能涂層。因此涂層具有良好的隔離腐蝕介質(zhì)和耐磨等作用。(三)本發(fā)明中加入的填料與先驅(qū)體固化形成體型的高聚物相互作用，最終形成了致密結(jié)構(gòu)的耐蝕涂層。因而該涂層具有良好的結(jié)合力、耐蝕性、耐熱性以及對(duì)基體的防護(hù)性能。(四)本發(fā)明采用涂刷或噴涂工藝制備涂層，是將新型材料與優(yōu)良的工藝相結(jié)合， 因此該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，產(chǎn)品的成分及結(jié)構(gòu)可控，易于實(shí)施等特點(diǎn)，是一種極具發(fā)展前途的制備鎂鋰合金涂層方法之一。


附圖1是采用先驅(qū)體制備的鎂鋰合金涂層表面形貌掃描電鏡照片。由圖中可以看出，涂層表面較平整均勻，無裂紋等缺陷。附圖2是由先驅(qū)體制備鎂鋰合金涂層的截面照片，由圖中可以看出，涂層與基體之間的界面結(jié)合緊密，無明顯的空隙和裂紋等缺陷，界面
結(jié)合良好。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1 鎂鋰合金涂層的制備方法(a)鎂鋰合金的表面預(yù)處理實(shí)驗(yàn)采用鎂鋰合金為基體材料，其表面預(yù)處理工序主要為拋光-清洗-吹干，即利用金相砂紙將鎂鋰合金表面黑色膜除掉，再經(jīng)清洗后冷風(fēng)吹干。(b)涂料的制備將一定濃度的聚硅氮烷與10 20% B4C粉填料、10 20%的SiC 粉于球磨機(jī)混合3小時(shí)，獲得均勻的漿料。(c)噴涂將漿料加入噴槍中，均勻地噴涂到經(jīng)過表面處理的鎂鋰合金表面。
(d)固化過程將試樣放入氮?dú)鉅t中以5°C /分鐘速率加熱至200°C，保溫1小時(shí)， 然后以5°C /分鐘速率降溫冷卻。(e)增強(qiáng)處理將已制得的試樣再次涂刷聚硅氮烷溶液，然后放入氮?dú)鉅t中再次固化處理。經(jīng)上述步驟后涂層制備完成。該涂層厚度為10 2(^111，硬度達(dá)220徹，在5%妝(1中鹽霧時(shí)間超過60小時(shí)。實(shí)施例2 鎂鋰合金涂層的制備方法(a)鎂鋰合金的表面預(yù)處理實(shí)驗(yàn)采用鎂鋰合金為基體材料，其表面預(yù)處理工序主要為拋光-清洗-吹干，即利用金相砂紙將鎂鋰合金表面黑色膜除掉，再經(jīng)清洗后冷風(fēng)吹干。(b)涂料的制備將一定濃度的聚碳硅烷與15% B4C粉填料、10%的SiC粉、8% SiO2粉于球磨機(jī)混合5小時(shí)，獲得均勻的漿料。(c)涂刷將漿料均勻地涂刷到經(jīng)過表面處理的鎂鋰合金表面。(d)固化過程將試樣放入真空爐中以5°C /分鐘加熱至180°C，保溫池，然后以 5 °C/分鐘降溫冷卻。(e)增強(qiáng)處理將已制得的試樣再次涂刷先驅(qū)體溶液，然后放入真空爐中再次固化處理。經(jīng)上述步驟后涂層制備完成。該涂層厚度為10 2(^111，硬度達(dá)200徹，在5%妝(1中鹽霧時(shí)間超過60小時(shí)。實(shí)施例3 鎂鋰合金涂層的制備方法(a)鎂鋰合金的表面預(yù)處理實(shí)驗(yàn)采用鎂鋰合金為基體材料，其表面預(yù)處理工序主要為拋光-清洗-吹干。(b)涂料的制備將一定濃度的聚硅氧烷與一定比例的填料10 20% Al2O3粉、 10 20%的SW2粉于球磨機(jī)混合4小時(shí)獲得均勻的漿料。(c)涂刷將漿料均勻地涂刷到經(jīng)過表面處理的鎂鋰合金表面。(d)固化過程將試樣放入真空爐中以;TC /分鐘加熱至200°C，保溫1小時(shí)，然后以3 °C/分鐘降溫冷卻。(e)增強(qiáng)處理將已制得的試樣再次涂刷先驅(qū)體溶液，然后放入真空爐中再次固化處理。經(jīng)上述步驟后涂層制備完成。該涂層厚度為10 20 μ m，硬度達(dá)180Hv，在5% NaCl中鹽霧時(shí)間超過60小時(shí)。實(shí)施例4 鎂合金涂層的制備方法(a)鎂合金的表面預(yù)處理實(shí)驗(yàn)AZ91D壓鑄鎂合金為基體材料，其表面預(yù)處理工序主要為除油一水洗一弱酸洗一水洗(蒸餾水)。(b)涂料的制備將一定濃度的聚硅氮烷與10 20% B4C粉填料、10 20%的SiC 粉于球磨機(jī)混合5小時(shí)，獲得均勻的漿料。(c)噴涂將漿料加入噴槍中，均勻地噴涂到經(jīng)過表面處理的鎂鋰合金表面。(d)固化過程將試樣放入氮?dú)鉅t中以5°C /分鐘速率加熱至200°C，保溫1小時(shí)， 然后以5°C /分鐘速率降溫冷卻。(e)增強(qiáng)處理將已制得的試樣再次涂刷聚硅氮烷溶液，然后放入氮?dú)鉅t中，按原有的溫度曲線固化處理。經(jīng)上述步驟后涂層制備完成。該涂層厚度為10 20 μ m，硬度達(dá)MOHv，在5% NaCl中鹽霧時(shí)間超過60小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種制備鎂鋰合金涂層的方法，由如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)鎂合金的表面預(yù)處理工序?yàn)閽伖庖磺逑匆淮蹈?，即利用金相砂紙將鎂鋰合金表面黑色膜除掉，再經(jīng)清洗后冷風(fēng)吹干。(2)涂料的制備將一定濃度的先驅(qū)體(聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷)溶液與一定含量的填料(B4C粉、SiC粉、SiO2粉、Al2O3粉)于球磨機(jī)混合3 5小時(shí)，使之成為均勻的漿料。(3)涂刷或噴涂用刷涂或噴涂的方式將漿料涂裝在經(jīng)過處理的鎂鋰合金表面；(4)固化過程將試樣放入氮?dú)鉅t或真空爐中以2 5°C /分鐘的升溫速率加熱至 150°C 200°C，保溫0. 5 2小時(shí)，然后以2°C 5°C /分鐘的速率降溫冷卻。(5)增強(qiáng)處理將已制得的試樣經(jīng)再次涂刷或噴涂處理，然后放入氮?dú)饣蛘婵諣t中，再次固化處理。經(jīng)上述步驟后涂層制備完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于所述先驅(qū)體聚合物為聚硅氮烷、聚碳硅烷或聚硅氧烷中的一種，其分子量為1500-7000之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于所述的填料為B4C 粉、SiC粉、SiA粉、Al2O3粉中的一種或幾種的混合粉，其粒度為0. 5 5 μ m之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于先驅(qū)體聚合物與一定含量的填料和助劑經(jīng)球磨3 5小時(shí)后配成均勻的漿料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于用刷涂或噴涂的方式將漿料涂裝在經(jīng)過處理的鎂鋰合金表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于將涂刷后的試樣放入氮?dú)饣蛘婵諣t中，以2°C 5°C /分鐘的速率升溫到150°C 200°C，固化0. 5 2小時(shí)， 然后自然冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于將已制得的試樣經(jīng)再次涂刷或噴涂處理，然后放入氮?dú)饣蛘婵諣t中，再次固化處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金涂層的制備方法，其特征在于該方法可用于制備鎂合金、鎂鋰合金等材料的耐蝕、耐磨涂層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鎂鋰合金表面涂層的制備方法。以陶瓷先驅(qū)體聚合物如聚硅氮烷、聚碳硅烷和聚硅氧烷為基料，配以B4C粉、SiC粉、SiO2粉、Al2O3粉等填料以及少量助劑，按如下步驟進(jìn)行制備1.在先驅(qū)體溶液中加入一定含量的填料和助劑，于球磨機(jī)混合成均勻漿料；2.用刷涂或噴涂的方式將漿料涂裝在經(jīng)過處理的鎂鋰合金表面；3.將涂刷后的試樣放入氮?dú)饣蛘婵諣t中，在150℃～200℃固化0.5～2小時(shí)；4.將取出的試樣再經(jīng)涂刷(或噴涂)及固化處理，得到增強(qiáng)的涂層。本發(fā)明通過先驅(qū)體分子的交聯(lián)反應(yīng)，形成具有三維網(wǎng)狀的高聚物，并通過填料的加入，于鎂鋰合金表面形成了結(jié)構(gòu)致密的涂層，該涂層具有優(yōu)良的耐蝕、耐磨及耐熱等性能。本發(fā)明是一種低成本、高效益制備鎂鋰合金涂層較理想的方法，拓寬了鎂鋰合金在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C09D7/12GK102268678SQ20101019194
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者劉洪麗, 孫鵬飛, 潘翠云, 王濤, 蔡民 申請(qǐng)人:佳木斯大學(xué)