镁是最轻的金属结构材料,具有良好的导热性、电磁屏蔽性、抗冲击减震性及比强度高、比刚度高、无毒、可回收和易加工等特点,具有广阔的应用前景。但是,镁合金的电极电位远低于零,是工业合金中最低的,且镁的氧化膜疏松多孔,使其具有极高的化学和电化学活性,因此抗腐蚀性能差。另外,镁合金的硬度低,耐磨性能较差。这些缺点极大地制约了镁合金在工程领域中的应用。如何有效地提高镁合金的耐磨抗蚀性能,成为当今镁合金材料工业应用中亟待解决的关键技术难题,而镁合金表面处理是最有希望的研发方向。
在镁合金表面制备Al涂层,可以提高镁合金的耐蚀性能,这是因为:(1)Al涂层表面容易形成一层致密坚硬的Al2O3膜,其在大气中具有自修复性,可起到对基体材料的保护作用;提高铝镁合金中的Al含量,可以成倍甚至几十倍地增加镁合金的耐蚀性能;同时,在镁合金表面的铝涂层的形成过程中,涂层中Al元素会向基体镁合金方向扩散,提高镁合金中的Al含量,使镁合金自身耐蚀性能得到提高;(2)Al是镁合金中常见的合金元素,其加入不会影响镁合金的回收利用,且Al是环境友好型材料,无污染,有利于回收;(3)Al与Mg可形成金属间化合物,具有较好的耐蚀和耐磨性;(4)在众多元素中,Al与Mg的化学位最接近,二者形成腐蚀原电池的破坏性最小。
有学者利用铝、镁热膨胀系数相近(Al的热膨胀系数为23μm/℃;Mg的热膨胀系数为26μm/℃)的特点,采用高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金表面制备铝基非晶纳米晶复合涂层以实现对其表面防护的作用。结果表明,采用高速电弧喷涂技术制备的Al-Ni-Y-Co涂层中存在非晶、纳米晶和晶化相,涂层组织致密,与镁合金基体的结合强度大于25MPa,孔隙率小于2.0%,平均显微维氏硬度值大于300HV0.1,且在质量分数为5%的NaCl水溶液中表现出优于纯Al涂层的耐蚀性能。
但是,多项报道指出,在镁合金表面获得的Al涂层,往往存在孔隙率较大、结合强度不高的问题,需要采用封闭处理、热压处理或阳极氧化等技术来提高涂层的耐蚀性能,才可实现对镁合金基材的表面防护。例如,采用电弧喷涂技术在AZ91镁合金表面形成Al防护层,结果表明,未封孔的涂层试样腐蚀比原始镁合金还严重,而封孔处理后Al涂层的耐蚀性有很大提高。实验表明,经过热压和阳极氧化后处理后,涂层的耐蚀性可明显提高,其腐蚀电流密度可下降4个数量级。分析发现,处理的涂层表面形成了致密的Al2O3保护膜。