一种基于双阴极等离子溅射沉积技术的铜镁合金表面耐腐蚀层的制备方法

摘要

本发明涉及一种基于双阴极等离子溅射沉积技术的铜镁合金表面耐腐蚀层的制备方法，属于金属表面处理技术领域。本发明所要解决的铜镁合金的耐腐蚀性提高的问题，采用的技术手段是首先在铜镁合金的表面通过化学镀的方法获得一层中间层，中间层主要是通过化学镀的方法获得含有Ti和B的中间层，再在中间层的基础上通过双阴极等离子溅射沉积方法获得致密化的Nb耐腐蚀层，通过Ti和B的中间层的引入可以提高Nb耐腐蚀层与基材之间的结合力并提高耐腐蚀性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于双阴极等离子溅射沉积技术的铜镁合金表面耐腐蚀层的制备方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

铜镁合金的比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相当，远高于纤维增强塑料；耐磨性能比低碳钢好,已超过压铸铝合金A380；减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金。铜镁合金的应用主要集中在铝合金生产、压铸生产、炼钢脱硫三大领域，还用在稀土合金、金属还原及其他领域。

但是铜镁合金在使用过程中存在的腐蚀性问题影响了它的应用范围。目前，大多数研究将研究重点放在添加或减少一些微量合金元素如A1、Fe、B、Re,以期提高铜镁合金的耐腐蚀性能。到目前为止，关于在铜镁合金表面进行镀层处理提高合金耐腐蚀性的报道少。

发明内容

本发明所要解决的铜镁合金的耐腐蚀性提高的问题，采用的技术手段是首先在铜镁合金的表面通过化学镀的方法获得一层中间层，中间层主要是通过化学镀的方法获得含有Ti和B的中间层，再在中间层的基础上通过双阴极等离子溅射沉积方法获得致密化的Nb耐腐蚀层，通过Ti和B的中间层的引入可以提高Nb耐腐蚀层与基材之间的结合力并提高耐腐蚀性。

技术方案是：

一种基于双阴极等离子溅射沉积技术的铜镁合金表面耐腐蚀层的制备方法，包括如下步骤：

第1步，以铜镁合金以石墨为阳极，铜镁合金为阴极，在电解液中通过电沉积获得Ti-B合金涂层；所述的电解液中包括有如下组分：四氯化钛10～30 g/L、硼盐3～5 g/L、硼酸 12～20 g/L、润湿剂 0.5～0.8g/L，通过H₂SO₄调节电解液的pH范围是4～6；电解完成后，取出工件，依次经过乙醇、水清洗后，烘干；

第2步，以金属铌作为靶材，在第1步得到的工件表面通过双阴极等离子溅射沉积方法在表面形成致密层Nb。

所述的第1步中，润湿剂选自十二烷基硫酸钠或者十二烷基磺酸钠中的一种或者两种的混合。

所述的第1步中，电流密度范围为2.0～8.0A/dm²，电沉积温度为45～65℃，沉积时间200～600s。

所述的第2步中，靶材电压为650～750 V，工件电压为140～260 V，靶材与工件间距为12～18 mm，Ar气压为25～45 Pa，沉积温度为550～850 ℃，沉积时间为1.5～3.0 h。

所述的第2步中，Nb耐腐蚀层的厚度范围是10～200μm。

所述的第1步中，铜镁合金是指Cu-Mg0.3wt%合金。

本发明还提供了由上述方法所直接制备得到的耐腐蚀的镀层铜镁合金。

另外，还提供了上述铜镁合金在腐蚀环境中的应用。

所述的腐蚀环境是指铜镁合金表面在有外力作用下的盐溶液环境。

所述的外力作用是指超声作用；所述的盐溶液是指NaCl溶液。

有益效果

本发明通过在铜镁合金的表面通过化学镀的方法获得一层中间层，中间层主要是通过化学镀的方法获得含有Ti和B的中间层，再在中间层的基础上通过双阴极等离子溅射沉积方法获得致密化的Nb耐腐蚀层，通过Ti和B的中间层的引入可以提高Nb耐腐蚀层与基材之间的结合力并提高耐腐蚀性。

附图说明

图1是镀层的铜镁合金在0.1mol/L氯化钠溶液中的开路电位曲线图。

具体实施方式

实施例1

第1步，以Cu-Mg0.3wt%铜镁合金以石墨为阳极，铜镁合金为阴极，在电解液中通过电沉积获得Ti-B合金涂层，电流密度范围为2.0A/dm²，电沉积温度为45℃，沉积时间200s；所述的电解液中包括有如下组分：四氯化钛10>2SO₄调节电解液的pH范围是4；电解完成后，取出工件，依次经过乙醇、水清洗后，烘干；

第2步，以金属铌作为靶材，在第1步得到的工件表面通过双阴极等离子溅射沉积方法在表面形成致密层Nb，靶材电压为650 V，工件电压为140V，靶材与工件间距为12mm，Ar气压为25Pa，沉积温度为550℃，沉积时间为1.5h，Nb耐腐蚀层的厚度约50μm。

实施例2

第1步，以Cu-Mg0.3wt%铜镁合金以石墨为阳极，铜镁合金为阴极，在电解液中通过电沉积获得Ti-B合金涂层，电流密度范围为8.0A/dm²，电沉积温度为65℃，沉积时间600s；所述的电解液中包括有如下组分：四氯化钛30>2SO₄调节电解液的pH范围是6；电解完成后，取出工件，依次经过乙醇、水清洗后，烘干；

第2步，以金属铌作为靶材，在第1步得到的工件表面通过双阴极等离子溅射沉积方法在表面形成致密层Nb，靶材电压为750 V，工件电压为260 V，靶材与工件间距为18 mm，Ar气压为45 Pa，沉积温度为850 ℃，沉积时间为3.0 h，Nb耐腐蚀层的厚度约80μm。

实施例3

第1步，以Cu-Mg0.3wt%铜镁合金以石墨为阳极，铜镁合金为阴极，在电解液中通过电沉积获得Ti-B合金涂层，电流密度范围为4.0A/dm²，电沉积温度为55℃，沉积时间500s；所述的电解液中包括有如下组分：四氯化钛15>2SO₄调节电解液的pH范围是5；电解完成后，取出工件，依次经过乙醇、水清洗后，烘干；

第2步，以金属铌作为靶材，在第1步得到的工件表面通过双阴极等离子溅射沉积方法在表面形成致密层Nb，靶材电压为690 V，工件电压为210 V，靶材与工件间距为16mm，Ar气压为35Pa，沉积温度为650 ℃，沉积时间为2.0 h，Nb耐腐蚀层的厚度约70μm。

对照例1

与实施例3的区别在于：在中间层的电解液中未加入四氯化钛。

第1步，以Cu-Mg0.3wt%铜镁合金以石墨为阳极，铜镁合金为阴极，在电解液中通过电沉积获得Ti-B合金涂层，电流密度范围为4.0A/dm²，电沉积温度为55℃，沉积时间500s；所述的电解液中包括有如下组分：硼盐4g/L、硼酸>2SO₄调节电解液的pH范围是5；电解完成后，取出工件，依次经过乙醇、水清洗后，烘干；

第2步，以金属铌作为靶材，在第1步得到的工件表面通过双阴极等离子溅射沉积方法在表面形成致密层Nb，靶材电压为690 V，工件电压为210 V，靶材与工件间距为16mm，Ar气压为35Pa，沉积温度为650 ℃，沉积时间为2.0 h，Nb耐腐蚀层的厚度约70μm。

对照例2

与实施例3的区别在于：直接在铜镁合金表面沉积Nb层。

以Cu-Mg0.3wt%铜镁合金为工作，以金属铌作为靶材，在工件表面通过双阴极等离子溅射沉积方法在表面形成致密层Nb，靶材电压为690 V，工件电压为210 V，靶材与工件间距为16mm，Ar气压为35Pa，沉积温度为650 ℃，沉积时间为2.0 h，Nb耐腐蚀层的厚度约70μm。

对照例3

直接采用Cu-Mg0.3wt%铜镁合金作为对照样品。

耐腐蚀试验

将上述的实施例和对照例1-3中制备得到的试样先置于超声场中进行超声处理1h，再取出后于0.1mol/L的NaCl溶液中进行腐蚀试验，测定电极电位和腐蚀电流。电极电位随时间变化曲线如图1所示。在经过20min试验后，电极电位和腐蚀电流情况如表1所示。

表1

从表1和图1中可以看出，对照例3中的铜镁合金在盐水中的电极电位一直处于快速下降的状态，说明其具有耐腐蚀性不好的问题；而实施例3中的合金的电极电位保持稳定的趋势，说明经过表面镀Nb之后，提高了其耐腐蚀性；实施例3相对于对照例1来说，通过在中间上加入Ti盐进行化学镀处理，可以提高Nb层与基材之间的结合力，在经过超声处理之后，表面未发生破坏，仍然保持有较好的防腐蚀性能；实施例3相对于对照例2来说，由于未加入中间镀层，导致经过超声破坏之后耐腐蚀性下降明显。同时，通过腐蚀电流测试也可以看出，通过中间层和表面Nb耐腐蚀层处理之后，铜镁合金在经过超声处理之后仍然可以保持较好的耐腐蚀性。