镁合金冷喷铝复合涂层材料研究的现状与发展

镁合金冷喷铝复合涂层材料研究的现状与发展摘要：镁合金具有密度小、比强度高等优良性能，但是其抗腐蚀性低、表面强度低。本文通过在镁合金表面冷喷铝复合涂层来增加镁合金的耐腐蚀性能。

1.1引言镁合金的密度极小，具有较高的比强度、良好的铸造性、较好抗电磁性和屏蔽电磁能力、较好的阻尼性、生物相容性好和抗震性能好等优良性能[1-2]，使之镁合金在汽车、电子、医疗器械和航空航天等领域都有一定的应用，但还有更广泛的发展潜能[3]。轻质镁合金逐渐进入人们的视野人们对其关注和应用前景的期望也日益增高[6-8]，但其较低抗腐蚀性能和较低的耐磨性。而镁合金在制作各种零件时的性能要求中磨损性能是一个非常重要的指标[11]。成了镁合金发展的一个大阻碍。近年来，冷喷涂越来越多的应用于镁合金的表面喷涂。本文运用冷喷涂技术来增加镁合金的耐腐蚀性能扩大镁合金的有效利用。1.2镁合金现状镁合金是一种极其轻的工程结构金属材料，镁合金有着优良的性能这许多的行业都有着广泛的应用。而我过是世界上的产镁大国，我国金属镁有着大量的库存，所以镁合金资源丰富[4]。镁合金有着环保、易回收、可回收利用等特点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”[3]。对镁合金的潜能发展的研究符合我国的可持续发展战略。但镁本身是活泼金属，自身化学性质活泼在酸、碱、盐溶液等环境中都易被腐蚀，所以镁合金的耐腐蚀性极差，这在很大的程度上限制了镁合金在诸多领域中工作环境恶劣条件下的应用。所以关于解决镁合金耐腐蚀性能低问题的研究已经刻不容缓。1.3镁合金腐蚀现状镁合金是以镁为主要元素的材料因为镁是一种化学活泼性很高的金属材料，纯镁的电极电位非常低，这导致镁合金在一些比较恶劣的环境中工作时就极易遭受严重的腐蚀。镁合金的腐蚀主要有高温腐蚀在较高的温度中镁合金极容易被氧化形成氧化镁，但是氧化镁是疏松的并不能起到保护内层镁合金的作用，内部镁合金还是会进一步氧化，但是铝复合涂层氧化的氧化铝是致密的氧化铝薄膜会组织其进一步氧化。电化学腐蚀由于镁合金是由镁为主要元素和其他少量元素组成还有少量的杂志元素，这就会让镁合金极易发生电偶腐蚀，所以镁合金在海水中极易被腐蚀。镁合金还容易发生疲劳腐蚀，镁合金本身的表面应力性能低，在连续不断的交变载荷的作用下，就会导致疲劳腐蚀产生从而产生裂缝[14]。1.4镁合金冷喷铝复合涂层1.4.1冷喷涂冷喷涂是在缩放喷管将经过压缩的高压气体通入，从而得到喷枪喷出的超音速气体射流，将喷涂用的铝氧化铝混合喷涂粒子通过轴向送入气流中，从而产生固体气体两相流，喷涂粒子以固态的形式运用比较大的塑性流动变形，从而使喷涂粒子沉积于基体表面形成涂层。当所需气流流速不够时需要增加气流的流速，可以先将气体进行加热，然后在通入喷枪喷出，冷喷涂过程中颗粒以低温、超音速的固态粒子与基体发生塑性碰撞，由于喷涂粉末颗粒造成较啦非常大的塑性变形导致喷涂粒子沉积在基体表面，从而形成涂层[9-10]。因为喷涂实验中喷涂粒子运动速度极快，所以着就会是喷涂粒子在和基体碰撞时就会对基体和涂层发生极度剧烈的喷丸效应，所以在喷涂时喷涂涂层的内部全部都是保持在一定的压应力的状态下，这有利于冷喷涂喷涂粒子的沉积[15]。冷喷涂可以用于多种具有一定的塑形的基体材料，喷出的喷涂粒子温度比较低而且速度快，可以避免喷涂粒子在飞行的过程中的加速、高温热过程的条件下，在沉积在基体材料之前就已发生的氧化反应。喷射的金属粒子可以进行回收减少浪费[12]。冷喷涂的温度低对基体材料的热影响要比其他喷涂技术要少很多，所以可以在不改变喷涂粒子的结构的情况下制备喷涂粒子[13]。冷喷涂能量消耗低，喷出的涂层材料可回收，是一种绿色环保的新技术。1.4.2镁合金冷喷铝复合涂层工艺铝复合材料具有着密度比较小，导热性能好、导电性能、好易加工等特点，因而在作为涂层材料时方便加工，可以制成增加散热性能的表面涂层，而铝会氧化成氧化铝，致密的氧化铝薄膜会防止镁合金的进一步被氧化腐蚀，具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，可以提高镁合金的耐磨性和耐腐蚀性能。铝合金还有着摩擦系数很小、摩擦温度较低、材料本身成本低。而且制备铝的复合材料具有粘结强度高、增加镁合金的导电性等特点。本文的在镁合金上冷喷铝复合涂层能够防止镁合金在水、海水等盐溶液中的耐腐蚀能力。有些研究表明，热喷涂金属用于镁合金喷涂时，在热喷涂过程中应温度的原因容易时镁合金发生氧化而导致镁合金的性能下降，还有可能发生镁合金燃烧导致出现实验安全问题等缺点。而冷喷涂的温度低就可以避免镁合金在实验过程中就氧化，从而使其性能不下降，就能够得到含氧化量低的涂层保护材料。用铝复合涂层作为镁合金的保护膜不单单是起到隔离腐蚀介质的作用，在电化学腐蚀中铝复合涂层会成为阳极材料从而就会避免被腐蚀。1.5镁合金冷喷铝复合涂层的应用前景我国镁合金有着巨大的储存量，我国是世界上的产镁大国，这为镁合金在各个领域的发展提供了发展基础。[4]镁合金在航空航天有着巨大的发展潜能，镁合金比强度高和密度极小，所以在航空航天中运用极轻的镁合金能够减轻飞行器的重量，可以使运载火箭将航天飞船运送到更远的地方，让飞船飞行的时间更长。但是航空中工作条件是极度恶劣的，这需要我们克服镁合金的耐腐蚀、表面抗磨损差，抗高温氧化能力差等缺陷问题。镁合金有着密度小、较好的导热性、抗阻尼性能极好、减震能力非常好、比强度高好使之镁合金在汽车行业有着巨大的发展潜能，但是汽车的发动机部位的零件是在极高的温度下工作，而镁合金易高温腐蚀，所以解决镁合金的耐腐蚀能力对镁合金的发展有着巨大作用。而且用镁合金制造汽车能大幅度减轻汽车的质量，从而达到减少能源消耗的问题[17]。镁合金是一种高强度轻金属，而军用电子装备都要低重量的高强度，所以镁合金在军用电子装备有着极大的发展潜能。但是军用的电子设备经常处于高空、高速、温差大的环境中工作，这种环境中镁合金就非常容易被腐蚀，而铝复合涂层能让镁合金的耐腐蚀性和耐磨性提高，使镁合金能够在高空、高速和温差大这种恶劣的环境中长期工作。使镁合金在军用的设备的领域有良好的应用前景[16]。镁合金是一种易回收、可回收再利用的的绿色环保材料，对镁合金各种领域潜能的开发设计这对我国各种工业的可持续发展的策略性有这显著的帮助和促进意义。1.6结论镁合金有着密度小、储存性、减震性能、较高的比强度、良好的抗氧化性能、比刚度高、导热性好、电磁屏蔽性能优良和切削性优良性能，因而镁合金在诸多领域都能得到大量的应用。但是其抗腐蚀性能差、表面抗磨损的性能不好和耐热性能极差，这极大的限制了镁合金自身在各个领域的的应用范围，而本文运用冷喷技术在镁合金的表面喷铝复合涂层，能够显著提高镁合金在恶劣环境中的抵抗腐蚀性能和表面抗磨损性能，从而使镁合金在汽车、航空航天、军用设备、电子等领域有着更好的应用前景。能加大对镁合金的应用范围和功能的开发，提高对镁合金的有效利用。对以后镁合金的潜能开发研究有一定的帮助。

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