本發明涉及一種在鎂合金表面制備耐腐蝕耐磨涂層的方法，屬于鎂合金表面處理技術領域。
背景技術：
鎂合金是最輕的可用金屬結構材料，具有低密度、高比強度、導熱性好、減震能力強、易切削、可回收以及尺寸穩定等優點，在汽車、電子通信、航空航天和國防軍事等領域具有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景，被譽為“21世紀綠色工程材料”。 鎂合金的化學性質活潑，在潮濕和海洋氣候等環境中都會遭受嚴重的腐蝕。此外，鎂合金表面生成的氧化膜層疏松多孔，對基體的保護效果極其微弱，不能適應大多數惡劣環境的要求，因此也阻礙了鎂合金的推廣應用。對鎂合金進行防護處理是改善其耐蝕性能的有效途徑，目前研究較多且防護效果較好的有電鍍、表面陶瓷化改性、涂覆等方法。其中電化學鍍生產成本低，操作簡易，但對環境的危害較大，廢棄物處理成本高，而且電化學涂層與基體的結合力差，容易剝落；表面陶瓷化相對電鍍陶瓷層與基體結合力強，但防護效果差；通過在陶瓷層噴涂防護層的方法可大大提高防護效果，但其耐磨性較差，容易脫落。因此目前缺少一種兼具高耐蝕性、耐磨性能的鎂合金防護處理方法。
技術實現要素：
本發明所要針對鎂合金易腐蝕的缺點，提供一種高耐蝕的鎂合金表面復合膜層制備方法，該復合膜層經1000h鹽霧試驗后表面未出腐蝕斑，且該膜層與基體結合力好，具有很高的耐磨性，能顯著提高鎂合金的抗腐蝕和抗磨損性能。
本發明提供一種在鎂合金表面制備耐腐蝕耐磨涂層的方法，包括以下步驟：
(1) 對預處理后的鎂合金表面進行微弧氧化處理，在鎂合金表面生成20-50μm的陶瓷層；
(2) 對陶瓷層進行機械拋光處理后，以CH4為碳源采用微波等離子氣相沉積法在陶瓷層上沉積10nm~10μm金剛石膜層。
進一步地，所述預處理為表面噴沙后在乙醇溶液中進行超聲清洗5-10分鐘。
進一步地，微弧氧化處理過程中，電解液成分為Na2SiO3 10~12g/L、KOH 1.5~2.0g/L、NaF 0.5~1.0g/L、Na3PO4 1.0~1.5g/L。
進一步地，微弧氧化處理的參數為：基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率200~250Hz、正向脈寬20~25μs、負向脈寬度10~15μs、控制處理時間20~120分鐘。
進一步地，步驟(2)中利用≥4000目的水磨砂紙或拋光布對陶瓷層進行機械拋光。
進一步地，微波等離子氣相沉積以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，CH4氣流量30-50mL/min、H2氣流量150-200mL/min、N2氣流量20-30mL/min。
進一步地，用2.45GHz的微波源，微波功率3-10kW、工作氣壓3-5KPa、陽極電流130-160mA、鎂合金溫度150-200℃、沉積時間1-3小時。
本發明進一步地提供上述方法制備的耐腐蝕耐磨鎂合金。
該方法的整體設計思路通過微弧氧化對鎂合金進行表面陶瓷化改性，然后利用微波等離子體氣相沉積（MPCVD）法在陶瓷底層上沉積金剛石薄膜。通過不同步驟工藝參數的調控，制備出具有高耐蝕性的復合防護膜層。
鎂合金工件在加工過程中難免會發生表面氧化或殘留大量的油污，這些表面氧化皮和油污會嚴重影響鎂合金表面處理后的效果，因此首次對工件噴沙處理，然后進行清洗。清洗在乙醇溶液中進行，超聲震蕩5-10分鐘。
微弧氧化方法在工件表面生成厚度20~50μm的復合陶瓷層。其中微弧氧化電解液成分為：Na2SiO3 10~12g/L、KOH 1.5~2.0g/L、NaF0.5~1.0g/L、Na3PO4 1.0~1.5g/L，工藝參數為：基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率200~250Hz、正向脈寬20~25μs、負向脈寬度10~15μs、控制處理時間20~120分鐘。
微弧氧化法生成的表面陶瓷層較為粗糙，最高峰與最低谷之間可相差幾微米，如果直接在這種粗糙表面上進行MPCVD法沉積金剛石膜層，會直接影響沉積層的均勻性，進而在金剛石膜層內部產生較大的應力，最終導致金剛石膜層的開裂。因此，在沉積金剛石膜層前利用≥4000目的水磨砂紙或拋光布對陶瓷層進行機械拋光處理。
MPCVD法沉積金剛石膜層過程，用2.45GHz的微波源，以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，控制CH4氣流量30-50 mL/min、H2氣流量150-200mL /min、N2氣流量20-30mL/min，控制微波功率3~10kW，工作氣壓3-5KPa、陽極電流130-160mA、鎂合金工件溫度150-200℃、沉積時間1-3小時。
本發明的有益效果是，通過微弧氧化法在鎂合金表面生成一層致密的氧化物陶瓷層，進而結合微波等離子氣相沉積法沉積一層致密的金剛石薄膜，可以有效地防止腐蝕，結合牢固，耐磨性大大地提高。
具體實施方式
實施例1：首先利用對鎂合金工件進行噴砂處理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中進行超聲震蕩5~10分鐘，進一步去除鎂合金工件表面油污。然后進行微弧氧化處理，控制基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率200Hz、正向脈寬20~25μs、負向脈寬度10~15μs、控制處理時間120分鐘。采用4000目水磨砂紙對陶瓷層進行輕微機械拋光，然后利用MPCVD法進行氣相沉積。選用2.45GHz的微波源，以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，控制CH4氣流量50 mL/min、H2氣流量200mL /min、N2氣流量30mL/min，控制微波功率8kW，工作氣壓4.5KPa、陽極電流160mA、鎂合金工件溫度200℃、沉積時間2小時，在陶瓷層外表面生成一層致密的金剛石薄膜。最終形成的復合膜層具有較強的耐蝕性能，實測經1200小時鹽霧試驗后表面未出腐蝕斑。
實施例2：首先利用對鎂合金工件進行噴砂處理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中進行超聲震蕩5~10分鐘，進一步去除鎂合金工件表面油污。然后進行微弧氧化處理，控制基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率250Hz、正向脈寬20~25μs、負向脈寬度10~15μs、控制處理時間100分鐘。采用4000目水磨砂紙對陶瓷層進行輕微機械拋光，然后利用MPCVD法進行氣相沉積。選用2.45GHz的微波源，以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，控制CH4氣流量35 mL/min、H2氣流量150mL /min、N2氣流量20mL/min，控制微波功率5kW，工作氣壓4.5KPa、陽極電流160mA、鎂合金工件溫度150℃、沉積時間3小時，在陶瓷層外表面生成一層致密的金剛石薄膜。最終形成的復合膜層具有較強的耐蝕性能，實測經1400小時鹽霧試驗后表面未出腐蝕斑。
實施例3：首先利用對鎂合金工件進行噴砂處理，去掉表面氧化皮，然后在乙醇中進行超聲震蕩5~10分鐘，進一步去除鎂合金工件表面油污。然后進行微弧氧化處理，控制基體脈沖偏壓為-100~500V、脈沖頻率250Hz、正向脈寬20~25μs、負向脈寬度10~15μs、控制處理時間120分鐘。采用4000目水磨砂紙對陶瓷層進行輕微機械拋光，然后利用MPCVD法進行氣相沉積。選用2.45GHz的微波源，以純度>99.9%的CH4為碳源，并通入H2與N2氣體，控制CH4氣流量45 mL/min、H2氣流量180mL/min、N2氣流量30mL/min，控制微波功率10kW，工作氣壓5KPa、陽極電流160mA、鎂合金工件溫度200℃、沉積時間1小時，在陶瓷層外表面生成一層致密的金剛石薄膜。最終形成的復合膜層具有較強的耐蝕性能，實測經1050小時鹽霧試驗后表面未出腐蝕斑。