压铸镁合金表面混合改性粉体熔渗工艺

摘要

本发明涉及一种新型压铸镁合金表面改性工艺，通过熔渗技术形成镁合金表层合金浓度梯度化，将不同粒度规格的改性粉体(SiC、Al3O2、Si、Sn、Cr、Al、Zn、Cu等)混合物同时均匀喷于封闭式压铸模具型腔的内部和表面，在镁合金压铸成形过程中形成表面改性层，该改性层包括亚表面改性层和表面改性层，并沿镁合金表面向内呈梯度分布。优点是：本发明的表面改性合金化层连续致密，具有良好的耐蚀性和耐磨性，并且铸件表面的力学性能也得到改善；改性合金化层与镁合金基体为冶金结合，结合强度高，不易产生表层开裂或剥落；工艺简单，参数易于控制，绿色环保无污染，不粘模、对模具没有任何损伤，可广泛应用于工业生产中。

权利要求

1.一种压铸镁合金表面混合改性粉体熔渗工艺，包括如下步骤：

a)混合改性粉体喷雾于封闭的模具型腔内：采用自动喷射模式将雾化后的混合改性粉体自喷雾口均匀地喷入封闭的模具型腔内，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面；喷射完成后，喷雾口自动密封；

所述的混合改性粉体为纳米级和微米级改性粉体的混合物，其中纳米级粉末的体积配比不小于30％；

所述纳米级的改性粉体大部分悬浮于模具型腔内部，微米级的改性粉体大部分附着于模具型腔表面；

b)压铸并形成混合表面改性层：在压铸条件下，将液态或半固态镁合金压铸成形，即获得混合表面改性层；

所述的混合表面改性层包括亚表面改性层和表面改性层；所述的亚表面改性层是在模腔中悬浮的纳米级的改性粉体优先与充型前沿的镁合金液流发生一系列物理化学作用，从而在铸件的皮下形成的一定厚度的合金层；所述表面改性层是模腔表面的微米级的改性粉体与铸件表面的镁液发生作用，从而在铸件表面形成的一定厚度的合金层；所述亚表面改性层和表面改性层无微观严格界限。

2.根据权利要求1所述的压铸镁合金表面混合改性粉体熔渗工艺，其特征在于：所述纳米级和微米级改性粉体是SiC、Al3O2、Si、Sn、Cr、Al、Zn、Cu中的一种或多种。

说明书

压铸镁合金表面混合改性粉体熔渗工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种压铸镁合金表面改性的工艺方法。

背景技术

[0002] 镁作为最轻的工程金属材料(密度1.8g/cm3，为铝的2/3，钢的1/4)，具有比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及切削加工性好、导热性好、电磁屏蔽能力强以及易于回收等一系列独特的性质，可满足航空、航天、现代汽车工业对减重、节能的要求，并可替代工程塑料作电子设备的壳体及结构件，以满足产品的轻、薄、小型化，高集成度及环保等要求，提高能源利用效益。但是目前还存在着大量有待于解决的技术方面的难点制约着压铸镁合金部件的进一步应用，这主要表现在镁是一种非常活泼的金属，在大气(尤其潮湿的空气)、酸性物质和盐(尤其氯化物)中溶解度高和腐蚀速度快，且形成的腐蚀产物疏松、稳定性差，这种致命缺点严重制约了镁合金的广泛应用。

[0003] 目前镁合金表面改性主要采用的方法有阳极氧化、电镀涂敷等工艺，虽然这些工艺可不同程度地减缓镁合金的腐蚀，但仍存在许多不足，如有些耐蚀涂层与镁合金基体之间存在明显界面，表层组织疏松多孔，且多含有机物，容易开裂或剥落，有些工艺环节还会对环境造成污染等。鉴于现有工艺方法存在局限性，目前各方均积极致力于镁合金表面改性方面的前沿性研究，如气相沉积、微弧氧化、离子注入、激光表面处理等，但以上技术尚不成熟，工艺和成本难为企业所接受，有些技术还处于探索阶段，难以满足实际要求，无法广泛应用在工业生产中。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服目前镁合金表面改性工艺的缺陷或不足，提供一种通过熔渗技术对压铸镁合金表层及亚表层区域改性的工艺方法。

[0005] 本发明的技术解决方案是这样实现的：

[0006] 本发明通过熔渗技术形成压铸镁合金件表层及亚表层合金浓度梯度化，将不同粒度、不同成分的改性粉体混合物由开设于模具型腔内的喷雾口直接喷于封闭的压铸模具型腔中，使其部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面，液态镁合金充型过程中，在浇注前沿气液界面处由于涡流等作用卷入悬浮于模具型腔内部的纳米级改性粉体，在随后的凝固过程中会在固液界面处形成亚表面改性层，当液态镁合金接触到模具型腔表面后，与模具型腔表面的微米级改性粉体反应形成表面改性层，具体步骤为：

[0007] a)混合改性粉体喷雾于封闭的模具型腔内：采用自动喷射模式将雾化后的混合改性粉体自喷雾口均匀地喷入封闭的模具型腔内，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面；喷射完成后，喷雾口自动密封；

[0008] b)压铸并形成混合表面改性层：在压铸条件下，将液态或半固态镁合金压铸成形，即获得混合表面改性层。

[0009] 所述的混合改性粉体为纳米级和微米级改性粉体的混合物，其中纳米级粉末的体积配比不小于30％。

[0010] 所述纳米级和微米级改性粉体是SiC、Al3O2、Si、Sn、Cr、Al、Zn、Cu中的一种或多种。

[0011] 所述步骤a)中，纳米级的改性粉体大部分悬浮于模具内部，微米级的改性粉体大部分附着于模具型腔表面。

[0012] 所述的混合表面改性层包括亚表面改性层和表面改性层；所述的亚表面改性层是在模腔中悬浮的纳米级的改性粉体优先与充型前沿的镁合金液流发生一系列物理化学作用，包括溶渗、卷入、混合、扩散、化学反应等，从而在铸件的皮下形成的一定厚度的合金层；所述表面改性层是模腔表面的微米级的改性粉体与铸件表面的镁液发生作用，从而在铸件表面形成的一定厚度的合金层；所述亚表面改性层和表面改性层无微观严格界限。

[0013] 所述的亚表面改性层厚度和表面改性层厚度可根据不同要求进行调整，如改变改性粉体喷入量、混合的比例、粒度、在型腔中的静置时间及压铸工艺参数等。

[0014] 用该方法所获得的包括亚表面改性层和表面改性层的混合表面改性层，与镁合金基体冶金结合，结合强度高，且成份和厚度可控。所述亚表面改性层可提高压铸件的表面力学性能，所述表面改性层可明显提高压铸件的耐腐蚀性能及耐磨性能。可见，所述混合表面改性层，从根本上改变了镁合金表面物理化学性质，也简化了镁合金现有的表面改性工艺，实现绿色、环保、无污染生产。

[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下显著的优点：

[0016] 1、通过本工艺获得的混合表面改性层，包括表面改性层和亚表面改性层，连续致密，可明显提高压铸镁合金件(包括具有复杂腔体者)的表面力学性能、耐蚀性和耐磨性；

[0017] 2、所述混合表面改性层与镁合金基体为冶金结合，结合强度高，不易产生表层开裂或剥落；

[0018] 3、改性粉体中不加任何粘结剂直接喷入封闭式压铸模具型腔中，改性粉体不易氧化，不粘模、对模具没有任何损伤，绿色环保无污染；

[0019] 4、所述混合表面改性层的成分和厚度可根据实际要求调整；尤其是对于重要局部(特别是复杂腔体)，所述混合表面改性层可根据要求灵活调整；

[0020] 5、本发明的工艺简单，参数易于控制，成品率高，可广泛应用于工业生产中。

具体实施方式

[0021] 实施例1

[0022] 取粒度约为100nm的SiC粉和100μm的Al粉按体积比2∶3混合，采用自动喷射模式将混合粉体均匀喷于模具型腔内部及其内表面上，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面，涂层厚度约为0.4mm；在压铸条件下，将液体镁合金浇注于金属铸型中压铸成形，冷却，即获得混合表面改性层。

[0023] 实施例2

[0024] 取粒度约为100nm的SiC粉、100μm的Al粉和Zn粉按体积比4∶3∶3混合，采用自动喷射模式将混合粉体均匀喷于模具型腔内部及其内表面上，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面，涂层厚度约为0.5mm；在压铸条件下，将液体镁合金浇注于金属铸型中压铸成形，冷却，即获得混合表面改性层。

[0025] 实施例3

[0026] 取粒度约为50nm的SiC粉和50μm的SiC粉按体积比2∶3混合，采用自动喷射模式将混合粉体均匀喷于模具型腔内部及其内表面上，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面，涂层厚度约为0.4mm；在压铸条件下，将液体镁合金浇注于金属铸型中压铸成形，冷却，即得混合表面改性层。

[0027] 实施例4

[0028] 取粒度约为50nm的Al粉和50μm的Al粉按体积比2∶3混合，采用自动喷射模式将混合粉体均匀喷于模具型腔内部及其内表面上，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面，涂层厚度约为0.4mm；在压铸条件下，将液体镁合金浇注于金属铸型中压铸成形，冷却，即得混合表面改性层。

[0029] 实施例5

[0030] 取粒度约为100nm的SiC粉和50μm的Al3O2粉按体积比2∶3混合，采用自动喷射模式将混合粉体均匀喷于模具型腔内部及其内表面上，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面，涂层厚度约为0.4mm；在压铸条件下，将液体镁合金浇注于金属铸型中压铸成形，冷却，即得混合表面改性层。

[0031] 实施例6

[0032] 取粒度约为50μm的Al粉和Zn粉按体积比1∶1混合，均匀涂敷于压铸模具型腔内表面，涂层厚度约为0.4mm，合闭动模、定模，将粒度约为100nm的SiC粉和粒度为50μm的Al粉和Zn粉按4∶3∶3混合，采用自动喷射模式均匀喷于模具型腔内部及其内表面上，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面，涂层厚度约为0.8mm；在压铸条件下，将液体镁合金浇注于金属铸型中压铸成形，冷却，即可形成表面改性层。

[0033] 实施例7

[0034] 取粒度约为100nm的Si粉和50μm的Al粉按体积比2∶3混合，采用自动喷射模式将混合粉体均匀喷于模具型腔内部及其内表面上，所述混合改性粉体部分悬浮于型腔内部，部分附着于型腔表面，涂层厚度约为0.4mm，在压铸条件下，将液体镁合金浇注于金属铸型中压铸冷却即可形成表面改性层。

[0035] 对上述实例所制成的镁合金铸件表面改性层与基体合金对比，结果详见表1，可见，经本方案处理所得镁合金铸件的混合表面改性层，其耐蚀性及耐磨性均有大幅提高。

[0036] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

[0037] 表1镁合金铸件表面改性层与基体合金性能对比

[0038]序号 耐蚀性能提高(倍) 耐磨性能提高(倍)
实施例1 10.5 3.9
实施例2 12.7 4.2