本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種耐磨耐腐蝕梯度涂層鎂合金及其制備方法。
背景技術：
由于鎂合金具有比強度、比剛度高，導熱性、切削加工性好，電磁屏蔽能力強等特點，使得鎂合金在汽車、電子、電器、交通、航天、航空和國防軍事工業領域具有重要的應用價值和應用前景。
近年，鎂合金應用逐年提高，但一些尚待解決的問題使得鎂合金的應用成本仍然很高。因為鎂的化學性質十分活潑，極易與氧氣、氮氣、水、CO2、SO2等發生反應而生成致密度系數較低的一層非金屬膜，這層膜不能對金屬基體起到有效的保護作用。另外，鎂的標準電極電位為-2.34eV，是常用金屬結構材料中最低的，當與其它金屬接觸時，易發生電偶腐蝕而加速溶解。還有，鎂合金的燃點低，在熔煉過程中極易燃燒，因此必須采取保護措施，工業生產中主要采用鹽類熔劑或氣體保護，前者易造成鑄件夾雜，影響產品質量，釋放的HCl等氣體污染環境；或者多采用SF6氣體，對人體無害，但由于SF6是使地球氣候變暖的溫室氣體，其溫室作用是CO2的23900倍。而且鎂合的硬度較低，這就導致其耐磨性差。這些都成為限制鎂合金應用的關鍵問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于提出一種耐磨耐腐蝕梯度涂層鎂合金，能夠在鎂合金表面制得結合強度高，耐蝕、耐磨性好的涂層。同時又能盡量降低成本，減小對環境的污染。
為達此目的，本發明采用以下技術方案：
一種耐磨耐腐蝕梯度涂層鎂合金，其包括附著在鎂合金表面的CoCrAlY粘結底層，以及附著在該CoCrAlY粘結底層上的Al2O3/SiC陶瓷涂層，其中CoCrAlY粘結底層厚度為150-200μm，Al2O3/SiC陶瓷涂層厚度為350-700μm。
本發明還提供所述一種耐磨耐腐蝕梯度涂層鎂合金的制備方法，所述方法包括：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化后的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌并干燥；
(3)在干燥的鎂合金基體表面用火焰噴涂CoCrAlY粘結底層，噴涂距離為100mm～150mm，噴涂角度為60°～90°之間，送粉氣流量為0.6～0.8m3/h，涂層厚度為150-200μm；
(4)在CoCrAlY粘結底層上等離子噴涂Al2O3/SiC陶瓷涂層，噴涂距離為100mm～150mm，等離子焰流軸線與被噴涂試樣表面的角度不應小于45°，噴涂角度在45°～90°之間，送粉氣流量為0.6～0.8m3/h，涂層厚度為350-700μm。
本發明所述的CoCrAlY，其各成分之間比例不做特定限定，各個成分只要達到有效量即可，例如，其原子比比例可以為1:1:2:0.3，1:1.5:3:0.5。
所述Al2O3/SiC陶瓷涂層中，Al2O3與SiC的比例，同樣是各成分在有效量范圍內即可，例如Al2O3:SiC摩爾比為7-3:1。
SiC由于化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好，把碳化硅粉末涂布于水輪機葉輪或汽缸體的內壁，可提高其耐磨性而延長使用壽命1～2倍；同時其耐熱，耐熱震、體積小、重量輕而強度高，節能效果好。碳化硅的硬度很大,莫氏硬度為9.5級，僅次于世界上最硬的金剛石(10級)，具有優良的導熱性能。因此本發明將SiC與Cr2O3聯用，其不僅耐磨性能出色，同時具有極強的防腐蝕性能。
優選的，本發明在鎂合金基體表面噴砂粗化處理之前，將鎂合金基體加熱到80-100℃。噴涂前對基體材料進行適當預熱，可以消除試樣表面的水分和濕氣，提高噴涂粒子與基底接觸時的界面溫度，減少因基體材料與涂層材料的熱膨脹差異造成的應力導致的涂層開裂，從而提高涂層與基體的結合強度。
本發明選用CoCrAlY合金粉末作為梯度陶瓷涂層中間層。CoCrAlY合金粉末是使用溫度較高、高溫綜合性能優異的合金粉末。Al是強脫氧劑，因此Al2O3可以抑制外部介質對母材金屬的進一步腐蝕。而Cr的硬度高，生成的Cr2O3氧化膜不僅能阻止氣體對涂層的進一步氧化，同時還可以增強涂層的耐磨性。少量釔的加入，能促進具有保護性的α-Al2O3膜的形成，改善Co-Cr-Al合金氧化膜與基體的粘附性，防止氧化膜的剝落；增加結合強度和提高涂層的抗氧化性能。
用作粘結底層的CoCrAlY合金中含有Al和Cr這兩種耐蝕性能十分優秀的合金元素，即在合金表面形成一層致密的氧化膜，阻止界面氧原子通過氧化膜的向內擴散，而且氧化膜能夠完整地覆蓋合金表面。另外合金Y的加入，能促進具有保護性的α-Al2O3膜的形成，改善Co-Cr-Al合金氧化膜與基體的粘附性，防止氧化膜的剝落。等離子噴涂陶瓷涂層又對底層起了很好的覆蓋保護作用，進一步提高了合金的耐蝕性能。
本發明的涂層顯微硬度大于1020HV，遠遠高于鎂合金基體的顯微硬度(不到100HV)，大大提高了其耐磨性能。
采用鹽水浸泡試驗，也稱全浸腐蝕試驗。24h后結果如下，未噴涂試樣腐蝕劇烈，腐蝕嚴重，表面形成大量黑色點蝕坑，表面變的凹凸不平，有大量腐蝕產物產生。而噴涂試樣腐蝕緩慢，基本未受到腐蝕。
本發明的制備方法制備得到的鎂合金，其硬度高，耐磨并耐腐蝕，性能優異。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
實施例1
按照下述工藝步驟制備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化后的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌并干燥；
(3)在干燥的鎂合金基體表面用火焰噴涂CoCrAlY粘結底層，噴涂距離為100mm，噴涂角度為60°之間，送粉氣流量為0.6m3/h，涂層厚度為150μm；
(4)在CoCrAlY粘結底層上等離子噴涂Al2O3/SiC陶瓷涂層，噴涂距離為100mm，等離子焰流軸線與被噴涂試樣表面的角度不應小于45°，噴涂角度在45°，送粉氣流量為0.6m3/h，涂層厚度為350μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的CoCrAlY粘結底層，以及附著在該CoCrAlY粘結底層上的Al2O3/SiC陶瓷涂層。
實施例2
按照下述工藝步驟制備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化后的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌并干燥；
(3)在干燥的鎂合金基體表面用火焰噴涂CoCrAlY粘結底層，噴涂距離為150mm，噴涂角度為90°，送粉氣流量為0.8m3/h，涂層厚度為200μm；
(4)在CoCrAlY粘結底層上等離子噴涂Al2O3/SiC陶瓷涂層，噴涂距離為150mm，等離子焰流軸線與被噴涂試樣表面的角度不應小于45°，噴涂角度在90°，送粉氣流量為0.8m3/h，涂層厚度為700μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的CoCrAlY粘結底層，以及附著在該CoCrAlY粘結底層上的Al2O3/SiC陶瓷涂層。
實施例3
按照下述工藝步驟制備耐磨耐腐蝕鎂合金：
(1)將鎂合金基體表面噴砂粗化；
(2)將粗化后的鎂合金基體壓縮空氣噴吹，丙酮洗滌并干燥；
(3)在干燥的鎂合金基體表面用火焰噴涂CoCrAlY粘結底層，噴涂距離為130mm，噴涂角度為70°，送粉氣流量為0.7m3/h，涂層厚度為170μm；
(4)在CoCrAlY粘結底層上等離子噴涂Al2O3/SiC陶瓷涂層，噴涂距離為170mm，等離子焰流軸線與被噴涂試樣表面的角度不應小于45°，噴涂角度在60°，送粉氣流量為0.7m3/h，涂層厚度為500μm。
所述方法得到的耐磨耐腐蝕鎂合金，包括附著在鎂合金表面的CoCrAlY粘結底層，以及附著在該CoCrAlY粘結底層上的Al2O3/SiC陶瓷涂層。