鎂合金冷噴鋁復(fù)合涂層材料研究的現(xiàn)狀與發(fā)展

鎂合金冷噴鋁復(fù)合涂層材料研究的現(xiàn)狀與發(fā)展摘要：鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度高等優(yōu)良性能，但是其抗腐蝕性低、表面強(qiáng)度低。本文通過在鎂合金表面冷噴鋁復(fù)合涂層來增加鎂合金的耐腐蝕性能。

1.1引言鎂合金的密度極小，具有較高的比強(qiáng)度、良好的鑄造性、較好抗電磁性和屏蔽電磁能力、較好的阻尼性、生物相容性好和抗震性能好等優(yōu)良性能[1-2]，使之鎂合金在汽車、電子、醫(yī)療器械和航空航天等領(lǐng)域都有一定的應(yīng)用，但還有更廣泛的發(fā)展?jié)撃躘3]。輕質(zhì)鎂合金逐漸進(jìn)入人們的視野人們對(duì)其關(guān)注和應(yīng)用前景的期望也日益增高[6-8]，但其較低抗腐蝕性能和較低的耐磨性。而鎂合金在制作各種零件時(shí)的性能要求中磨損性能是一個(gè)非常重要的指標(biāo)[11]。成了鎂合金發(fā)展的一個(gè)大阻礙。近年來，冷噴涂越來越多的應(yīng)用于鎂合金的表面噴涂。本文運(yùn)用冷噴涂技術(shù)來增加鎂合金的耐腐蝕性能擴(kuò)大鎂合金的有效利用。1.2鎂合金現(xiàn)狀鎂合金是一種極其輕的工程結(jié)構(gòu)金屬材料，鎂合金有著優(yōu)良的性能這許多的行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。而我過是世界上的產(chǎn)鎂大國，我國金屬鎂有著大量的庫存，所以鎂合金資源豐富[4]。鎂合金有著環(huán)保、易回收、可回收利用等特點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”[3]。對(duì)鎂合金的潛能發(fā)展的研究符合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。但鎂本身是活潑金屬，自身化學(xué)性質(zhì)活潑在酸、堿、鹽溶液等環(huán)境中都易被腐蝕，所以鎂合金的耐腐蝕性極差，這在很大的程度上限制了鎂合金在諸多領(lǐng)域中工作環(huán)境惡劣條件下的應(yīng)用。所以關(guān)于解決鎂合金耐腐蝕性能低問題的研究已經(jīng)刻不容緩。1.3鎂合金腐蝕現(xiàn)狀鎂合金是以鎂為主要元素的材料因?yàn)殒V是一種化學(xué)活潑性很高的金屬材料，純鎂的電極電位非常低，這導(dǎo)致鎂合金在一些比較惡劣的環(huán)境中工作時(shí)就極易遭受嚴(yán)重的腐蝕。鎂合金的腐蝕主要有高溫腐蝕在較高的溫度中鎂合金極容易被氧化形成氧化鎂，但是氧化鎂是疏松的并不能起到保護(hù)內(nèi)層鎂合金的作用，內(nèi)部鎂合金還是會(huì)進(jìn)一步氧化，但是鋁復(fù)合涂層氧化的氧化鋁是致密的氧化鋁薄膜會(huì)組織其進(jìn)一步氧化。電化學(xué)腐蝕由于鎂合金是由鎂為主要元素和其他少量元素組成還有少量的雜志元素，這就會(huì)讓鎂合金極易發(fā)生電偶腐蝕，所以鎂合金在海水中極易被腐蝕。鎂合金還容易發(fā)生疲勞腐蝕，鎂合金本身的表面應(yīng)力性能低，在連續(xù)不斷的交變載荷的作用下，就會(huì)導(dǎo)致疲勞腐蝕產(chǎn)生從而產(chǎn)生裂縫[14]。1.4鎂合金冷噴鋁復(fù)合涂層1.4.1冷噴涂冷噴涂是在縮放噴管將經(jīng)過壓縮的高壓氣體通入，從而得到噴槍噴出的超音速氣體射流，將噴涂用的鋁氧化鋁混合噴涂粒子通過軸向送入氣流中，從而產(chǎn)生固體氣體兩相流，噴涂粒子以固態(tài)的形式運(yùn)用比較大的塑性流動(dòng)變形，從而使噴涂粒子沉積于基體表面形成涂層。當(dāng)所需氣流流速不夠時(shí)需要增加氣流的流速，可以先將氣體進(jìn)行加熱，然后在通入噴槍噴出，冷噴涂過程中顆粒以低溫、超音速的固態(tài)粒子與基體發(fā)生塑性碰撞，由于噴涂粉末顆粒造成較啦非常大的塑性變形導(dǎo)致噴涂粒子沉積在基體表面，從而形成涂層[9-10]。因?yàn)閲娡繉?shí)驗(yàn)中噴涂粒子運(yùn)動(dòng)速度極快，所以著就會(huì)是噴涂粒子在和基體碰撞時(shí)就會(huì)對(duì)基體和涂層發(fā)生極度劇烈的噴丸效應(yīng)，所以在噴涂時(shí)噴涂涂層的內(nèi)部全部都是保持在一定的壓應(yīng)力的狀態(tài)下，這有利于冷噴涂噴涂粒子的沉積[15]。冷噴涂可以用于多種具有一定的塑形的基體材料，噴出的噴涂粒子溫度比較低而且速度快，可以避免噴涂粒子在飛行的過程中的加速、高溫?zé)徇^程的條件下，在沉積在基體材料之前就已發(fā)生的氧化反應(yīng)。噴射的金屬粒子可以進(jìn)行回收減少浪費(fèi)[12]。冷噴涂的溫度低對(duì)基體材料的熱影響要比其他噴涂技術(shù)要少很多，所以可以在不改變噴涂粒子的結(jié)構(gòu)的情況下制備噴涂粒子[13]。冷噴涂能量消耗低，噴出的涂層材料可回收，是一種綠色環(huán)保的新技術(shù)。1.4.2鎂合金冷噴鋁復(fù)合涂層工藝鋁復(fù)合材料具有著密度比較小，導(dǎo)熱性能好、導(dǎo)電性能、好易加工等特點(diǎn)，因而在作為涂層材料時(shí)方便加工，可以制成增加散熱性能的表面涂層，而鋁會(huì)氧化成氧化鋁，致密的氧化鋁薄膜會(huì)防止鎂合金的進(jìn)一步被氧化腐蝕，具有較好的耐磨性和耐腐蝕性，可以提高鎂合金的耐磨性和耐腐蝕性能。鋁合金還有著摩擦系數(shù)很小、摩擦溫度較低、材料本身成本低。而且制備鋁的復(fù)合材料具有粘結(jié)強(qiáng)度高、增加鎂合金的導(dǎo)電性等特點(diǎn)。本文的在鎂合金上冷噴鋁復(fù)合涂層能夠防止鎂合金在水、海水等鹽溶液中的耐腐蝕能力。有些研究表明，熱噴涂金屬用于鎂合金噴涂時(shí)，在熱噴涂過程中應(yīng)溫度的原因容易時(shí)鎂合金發(fā)生氧化而導(dǎo)致鎂合金的性能下降，還有可能發(fā)生鎂合金燃燒導(dǎo)致出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)安全問題等缺點(diǎn)。而冷噴涂的溫度低就可以避免鎂合金在實(shí)驗(yàn)過程中就氧化，從而使其性能不下降，就能夠得到含氧化量低的涂層保護(hù)材料。用鋁復(fù)合涂層作為鎂合金的保護(hù)膜不單單是起到隔離腐蝕介質(zhì)的作用，在電化學(xué)腐蝕中鋁復(fù)合涂層會(huì)成為陽極材料從而就會(huì)避免被腐蝕。1.5鎂合金冷噴鋁復(fù)合涂層的應(yīng)用前景我國鎂合金有著巨大的儲(chǔ)存量，我國是世界上的產(chǎn)鎂大國，這為鎂合金在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了發(fā)展基礎(chǔ)。[4]鎂合金在航空航天有著巨大的發(fā)展?jié)撃埽V合金比強(qiáng)度高和密度極小，所以在航空航天中運(yùn)用極輕的鎂合金能夠減輕飛行器的重量，可以使運(yùn)載火箭將航天飛船運(yùn)送到更遠(yuǎn)的地方，讓飛船飛行的時(shí)間更長。但是航空中工作條件是極度惡劣的，這需要我們克服鎂合金的耐腐蝕、表面抗磨損差，抗高溫氧化能力差等缺陷問題。鎂合金有著密度小、較好的導(dǎo)熱性、抗阻尼性能極好、減震能力非常好、比強(qiáng)度高好使之鎂合金在汽車行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)撃埽瞧嚨陌l(fā)動(dòng)機(jī)部位的零件是在極高的溫度下工作，而鎂合金易高溫腐蝕，所以解決鎂合金的耐腐蝕能力對(duì)鎂合金的發(fā)展有著巨大作用。而且用鎂合金制造汽車能大幅度減輕汽車的質(zhì)量，從而達(dá)到減少能源消耗的問題[17]。鎂合金是一種高強(qiáng)度輕金屬，而軍用電子裝備都要低重量的高強(qiáng)度，所以鎂合金在軍用電子裝備有著極大的發(fā)展?jié)撃堋５擒娪玫碾娮釉O(shè)備經(jīng)常處于高空、高速、溫差大的環(huán)境中工作，這種環(huán)境中鎂合金就非常容易被腐蝕，而鋁復(fù)合涂層能讓鎂合金的耐腐蝕性和耐磨性提高，使鎂合金能夠在高空、高速和溫差大這種惡劣的環(huán)境中長期工作。使鎂合金在軍用的設(shè)備的領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景[16]。鎂合金是一種易回收、可回收再利用的的綠色環(huán)保材料，對(duì)鎂合金各種領(lǐng)域潛能的開發(fā)設(shè)計(jì)這對(duì)我國各種工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的策略性有這顯著的幫助和促進(jìn)意義。1.6結(jié)論鎂合金有著密度小、儲(chǔ)存性、減震性能、較高的比強(qiáng)度、良好的抗氧化性能、比剛度高、導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽性能優(yōu)良和切削性優(yōu)良性能，因而鎂合金在諸多領(lǐng)域都能得到大量的應(yīng)用。但是其抗腐蝕性能差、表面抗磨損的性能不好和耐熱性能極差，這極大的限制了鎂合金自身在各個(gè)領(lǐng)域的的應(yīng)用范圍，而本文運(yùn)用冷噴技術(shù)在鎂合金的表面噴鋁復(fù)合涂層，能夠顯著提高鎂合金在惡劣環(huán)境中的抵抗腐蝕性能和表面抗磨損性能，從而使鎂合金在汽車、航空航天、軍用設(shè)備、電子等領(lǐng)域有著更好的應(yīng)用前景。能加大對(duì)鎂合金的應(yīng)用范圍和功能的開發(fā)，提高對(duì)鎂合金的有效利用。對(duì)以后鎂合金的潛能開發(fā)研究有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)[1] 劉蒙恩,劉剛,張力重.焊接電流對(duì)AZ91D鎂合金焊接接頭組織和性能的影響[J].兵器材料科學(xué)與工程,,():1-6.[2] 張長達(dá),胡斌,徐亞男,鞏建國.鎂合金材料表面性能處理技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2017,16(12):41-44.[3] 張凱鐘.鎂合金表面鈍化工藝的研究進(jìn)展[J].輕工科技,2019,35(11):38-39+66.[4] 馬登民.鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].世界有色金屬,2019,(19):165+168.[5] 裔凱,曹麗杰,吳玉娟.鎂合金耐磨性研究現(xiàn)狀[J].輕合金加工技術(shù),2018,46(07):8-16.[6] TrangT.T.T.,J.H.Zhang,J.H.Kim,etal.Designingamagnesiumalloywithhighstrengthandhighformability[J].NatCommun.2018.9(1):2522.[7] ShiX.,Y.Liu,J.Lu,etal.FormationofanewincoherenttwinboundaryinaMg–3Gdalloy[J].ScriptaMaterialia.2016.112:136-139[8] ChenL.Y.,J.Q.Xu,H.Choi,etal.Processingandpropertiesofmagnesiumcontainingadenseuniformdispersionofnanoparticles[J].Nature.2015.528(7583):539-543.[9] 劉莉,魏岳山.冷噴涂表面處理專利技術(shù)分析[J].中國科技信息,2019,(22):18-20.[10] 宋凱強(qiáng),叢大龍,何慶兵,張隆平,吳護(hù)林,李忠盛.先進(jìn)冷噴涂技術(shù)的應(yīng)用及展望[J].裝備環(huán)境工程,2019,16(08):65-69.[11] WuZ.C.,W.A.Theoriginsofhighhardeningandlowductilityinmagnesium[J].Nature.2015.526(7571):62-67.[12] N.A.Miller,C.D.Stirling et al.Effects of ATBN rubber on the fracture toughing of unsaturated polyester resin[J].Polymers and polymer composites,2001,9(1):31-32.0[13] 賈利,崔烺,鄭子云,李經(jīng)緯.鎂合金表面冷噴涂納米鋁鋅涂層及其腐蝕性能研究[J].熱加工工藝,2017,46(02):137-138.[14] 邱六,朱勝,王曉明,黃柯,王瑞.鎂