载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金及其制备方法

本发明属于金属表面处理，具体涉及载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金及其制备方法。

背景技术：

1、镁合金比强度高、密度低，是汽车、电子、国防等领域轻量化制造的理想材料之一。然而，镁合金微电偶腐蚀严重，表面膜疏松多孔，易发生各种类型的腐蚀，严重影响镁的结构强度和各项性能，大大降低其服役使用寿命。因此，通常要在镁合金表面制备出致密且坚固的涂层，以达到提高镁合金耐蚀性的目的。此外，许多应用场景下需保障镁合金表面耐蚀涂层具有一定的导电性，以消除静电积聚使得其他电子元件免受干扰或损坏。

2、目前，常见的镁合金表面耐蚀防护涂层包括微弧氧化膜、化学转化膜、ldh(层状双羟基复合金属氢氧化物)等，主要通过使部分表层基体材料发生化学反应形成氧化膜层，以实现抑制基体表面进一步被腐蚀，这样的工艺将对基体材料表面产生破坏，此外，现有技术公开的膜层虽然具有一定的耐蚀性，但通常无法保障膜层的电学性能或力学性能的同步提高，另外，现有技术获得的膜层材料的厚度通常较薄，因为厚膜铺膜过程中，将出现铺膜不均匀、分层现象或与基体附着力较差的问题。因此，如何在不破坏基体材料表面的情况下，开发具有高耐蚀、高导电防护、高力学性能、均匀性、厚度可调可控以及涂层与基体材料附着力较好的多功能镁合金涂层材料是目前亟待解决技术难题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术难题，本发明提供了载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金，它的制备方法包括如下步骤：

2、步骤1，将透明载体置于载物台上，下面放置碳源材料，在近红外激光辐照下，获得具有转移石墨涂层的载体；所述的激光辐照：激光辐照时间为2-30s，激光功率为5-100w，激光波长为700-3000nm；所述的透明载体为石英片或玻璃片，碳源为石墨板、石墨纸、石墨烯薄膜、多壁碳纳米管薄膜或聚酰亚胺薄膜；

3、步骤2，在步骤1制备得到的具有转移石墨涂层的载体下放置镁合金，再经过近红外激光辐照后，获得载有金刚石-石墨混合相涂层1的镁合金，其中，按照质量百分比计：混合相涂层1中的金刚石相为：50-100％；所述的激光辐照：时间为5-30s，激光功率10-100w，激光波长为700-3000nm；所述的镁合金为az31、az91、mg-al-ca、mg-zn-ca或mg-li合金；

4、步骤3，在步骤1制备的具有转移石墨涂层的载体下放置步骤2获得的载有金刚石-石墨混合相涂层1的镁合金，再经过近红外激光辐照后获得载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金，载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金梯度碳膜主要由获得载有金刚石-石墨混合相涂层1和石墨-金刚石混合相涂层2组成，所述的石墨-金刚石混合相涂层2，其中，按照质量百分比计：混合相涂层2中的石墨相为：51-98％；所述的激光辐照：时间为5-30s，激光功率10-50w，激光波长为700-3000nm；

5、步骤3所述的载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金中的碳膜厚度为2-200μm，自腐蚀电位正向移动300-600mv，自腐蚀电流密度≤7×10-7a cm-2，表面接触电阻≤7mωcm-2。

6、进一步地，步骤1所述激光辐照：激光辐照时间为10-20s，激光波长为780-1100nm，激光功率为20-80w。

7、进一步地，步骤2所述的按照质量百分比计：混合相涂层1中的金刚石相为：52-80％；

8、进一步地，步骤3所述的按照质量百分比计：混合相涂层2中的石墨相为：55-90％。

9、进一步地，载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金中的碳膜厚度为5-160μm。

10、本发明与目前现有技术相比具有以下特点：

11、与现有技术相比，本发明根据基体合金组成及结构，通过原料之间的相互作用、配比、工艺及工艺参数的协同调控，取得如下显著提升效果：

12、(1)本发明通过在镁合金表面沉积梯度碳膜，实现了金刚石、石墨组分占比、及结构的梯度分布，即形成了石墨-金刚石/金刚石-石墨交替混合相涂层组成的复合梯度碳膜，金刚石、石墨组分之间的相互作用、组分之间的占比调控及结构的梯度分布等方面的协同调控作用，同步提升了镁合金涂层材料的耐蚀性、高导电性、力学性能和高附着力。本发明获得的梯度碳膜的厚度为2-160μm，同步实现薄厚膜的可调可控，打破了现有技术较难实现厚膜的技术瓶颈。通过激光诱导部分碳键sp2(石墨相)到sp3(金刚石相)有效调控转变，无需高温或真空设备，制备出内层碳膜金刚石相为主相、外层石墨相为主相的梯度碳膜。

13、(2)本发明制备的梯度碳膜与基体镁合金基体结合力强，具有良好的机械、化学稳定性、热稳定性、力学性能、耐腐蚀性和导电性；且工艺简单、成本低，符合实际生产需要，扩大了镁合金的应用领域。

14、(3)与商业化镁合金相比，本发明获得的载有梯度碳膜的镁合金相关性能均优于现有技术获得的涂层镁合金，本发明获得的载有梯度碳膜的镁合金自腐蚀电位正向移动300-600mv，自腐蚀电流密度≤7×10-7a cm-2，表面接触电阻≤7mωcm-2。

技术特征：

1.载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金，其特征在于：它的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金，其特征在于：步骤1所述激光辐照：激光辐照时间为10-20s，激光波长为780-1100nm，激光功率为20-80w。

3.根据权利要求1所述的载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金，其特征在于：步骤2所述的按照质量百分比计：混合相涂层1中的金刚石相为：52-80％。

4.根据权利要求1所述的载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金，其特征在于：步骤3所述的按照质量百分比计：混合相涂层2中的石墨相为：55-90％。

5.根据权利要求1-4任意所述的载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金，其特征在于：载有耐蚀-导电多功能梯度碳膜的镁合金中的碳膜厚度为5-160μm。

技术总结本发明属于金属材料表面处理技术领域，提供了载有耐蚀‑导电多功能梯度碳膜的镁合金及其制备方法。所述的梯度碳膜主要由金刚石相为主要相的混合相与由石墨相为主要相的混合相组成，所述的梯度碳膜薄厚可控；根据基体料组成，通过激光及相关参数的协同调控，实现碳膜中金刚石、石墨相成分的占比可调可控以及膜层材料结构的梯度转变，获得具有内层绝缘、外层导电梯度结构、高附着力、高力学性能和高耐腐蚀性的多功能复合梯度碳膜。该发明的制备方法较为简单，节约了成本。该碳膜进一步扩大了基体镁合金的应用领域。技术研发人员：司文平,王慧远,张凯,刘旭,王霖倩,王璟受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11