镁合金表面CVD钨复合涂层制备工艺研究

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镁合金作为目前最轻的金属结构材料,因具有较高的比强度、比刚度、良好的导热导电性、尺寸稳定性和易于回收再利用等优异性能,被誉为“21世纪的绿色结构材料”,已被广泛应用在航空、航天、汽车、电子、生物医学等领域,成为本世纪最有前景的朝阳产业。然而镁合金耐蚀耐磨性差,严重制约了其使用范围。因此要发挥镁合金优异性能,使其大规模应用于工业领域,必须采用合适的方法对基体表面进行改性处理。化学气相沉积法是制备耐高温、防腐蚀涂层的一种有效方法。本实验采用喷涂与化学气相沉积相结合的方法在镁合金表面制备Cu/W复合涂层,通过优化工艺,获得与镁基体结合良好的复合涂层,显著提高了镁合金表面的耐蚀耐磨性。  本实验采用自制实验装置,以六氟化钨和氢气为反应源气体,采用常压、开管气流化学沉积方法在镁合金表面制备Cu/W复合涂层,研究了基于冷喷涂/电弧喷涂的镁合金表面低温化学气相沉积工艺。实验过程中采用X射线衍射仪(XRD)、X荧光光谱分析仪(XRF)、扫描电镜(SEM)和显微硬度仪等技术对复合涂层的形貌、成分、组织结构和显微硬度进行了表征,并利用高温摩擦磨损试验机(HT-1000)、综合电化学方法、WS-2005涂层附着力自动划痕仪测试分析了复合涂层的耐磨、耐蚀性和结合力大小。  实验分析结果表明:温度高于250℃时,氢气还原六氟化钨反应即可发生。涂层结构主要受温度控制,其表现为随着温度的升高,涂层由稳定相α-W和介稳相β-w混合结构向单一稳定相α-W转变。当温度升高至440℃时,涂层为单一的稳定结构α-W,Cu基体在低温条件下沉积钨时,XRD分析显示涂层中存在WO3杂质相。  镁合金基体在温度为440℃,沉积5min时,获得了与基体结合良好的Cu/W复合涂层。相比镁合金基体,Cu/W复合涂层的制备使镁合金表面显微硬度有了大幅度增加,表面磨损率降低,耐磨性增加;基于冷喷涂和基于电弧喷涂化学气相沉积制备的复合涂层腐蚀电位相比镁基体分别正移了1.3V、1.11V,镁合金表面耐蚀性明显提高;与直接化学气相沉积制备钨涂层相比,复合涂层临界载荷值由15.9N分别增加到136.4N和117.8N,显著改善了钨涂层与基体的结合力。  Cu过渡层的制备,明显改善了钨涂层与基体间的结合力,并表现出了优异的耐蚀耐磨性。
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