專利名稱：具有摩擦火花安全性的高強(qiáng)度變形鋁合金雙保護(hù)膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輕合金表面防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有摩擦火花安全性的高強(qiáng)度變形鋁合金雙保護(hù)膜及雙保護(hù)膜的制備方法。
輕合金材料以其輕、硬、韌、耐腐蝕等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如煤礦井下使用的高強(qiáng)度變形鋁合金單體液壓支柱就具有質(zhì)量輕、支護(hù)強(qiáng)度大、耐腐蝕、安裝拆卸方便等特點(diǎn)，但是由于鋁合金摩擦火花安全性問(wèn)題使這類產(chǎn)品的應(yīng)用受到極大限制。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)和大量驗(yàn)證試驗(yàn)，輕合金材料與生銹鋼材產(chǎn)生沖擊或摩擦?xí)r，產(chǎn)生的火花最易引燃可燃性氣體，危險(xiǎn)性極大。
目前世界上許多國(guó)家已禁止或限制在煤礦井下使用未經(jīng)表面防護(hù)處理的輕合金制品，并對(duì)摩擦火花安全性問(wèn)題進(jìn)行探索和研究。國(guó)內(nèi)外曾采用在輕合金中添加各種化學(xué)元素，或者改變加工工藝及熱處理方法來(lái)改變材料的化學(xué)物理性能，以此來(lái)降低和抑制摩擦火花引燃瓦斯的可能性，但所作嘗試未能獲得突破性進(jìn)展。
英國(guó)提出用減少輕金屬與氧親合力的方法，即將輕金屬與其它金屬熔合制成合金，規(guī)定輕金屬含量不得超過(guò)15%，這樣大大削弱了輕合金許多優(yōu)良特性，實(shí)際上這已經(jīng)不是輕合金了。
捷克和匈牙利合作，采用等離子噴涂技術(shù)在輕合金鋼基體表面噴涂一層鎳基合金，即在高溫和超音速條件下使金屬粉末熔化后噴射到基體上，但這種方法不能用于鋁合金，原因是高溫會(huì)破壞鋁合金的機(jī)械性能。
日本、前蘇聯(lián)、德國(guó)、保加利亞、波蘭等國(guó)采用在輕金屬材料上噴涂油漆、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺、醇酸樹(shù)脂等以及鋅、銅等金屬涂層，對(duì)防止磨擦火花引燃瓦斯有一定防護(hù)作用，但總的效果并不十分理想，且這種噴涂技術(shù)多用于井下設(shè)備的外殼、罩、手柄等零部件上。
我國(guó)對(duì)鋁合金在煤礦井下使用的摩擦火花安全性問(wèn)題也進(jìn)行了大量研究和試驗(yàn)，目前尚未安全解決這一難題。1985年煤炭部司局文件(85)技字056號(hào)文曾規(guī)定對(duì)鋁合金單體液壓支柱要有條件的限制使用，1992年中煤總技字(1992)第655號(hào)文件則決定煤礦井下嚴(yán)禁使用鋁合金單體液壓支柱，并指出現(xiàn)存的鋁合金單體液壓支柱必須經(jīng)有關(guān)制造廠鑲套或其它有效方法改造后方可投入井下使用。
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，而對(duì)鋁合金特別是高強(qiáng)度變形鋁合金制品進(jìn)行表面處理，提供一種具有摩擦火花安全性的雙保護(hù)膜及雙保護(hù)膜的制備方法，以有效防止鋁合金在受到?jīng)_擊、摩擦?xí)r發(fā)生鋁熱反應(yīng)和產(chǎn)生可引燃易燃易爆氣體的摩擦火花。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是為有效防止鋁合金與生銹鋼材等發(fā)生沖擊、摩擦?xí)r產(chǎn)生摩擦火花，本發(fā)明認(rèn)為所提供的保護(hù)膜應(yīng)在兩種金屬之間起到隔離、緩沖和滑動(dòng)的作用。這樣就要求保護(hù)膜在具有一定韌性的條件下硬度要高，在具有一定附著力的基礎(chǔ)上膜層要厚。
本發(fā)明所提供的雙保護(hù)膜中第一層為高強(qiáng)度變形鋁合金基體表面的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜，該氧化膜硬度為Hm300～400，膜厚為0.05～0.08mm;第二層為覆蓋在第一層上的膠性有機(jī)涂料膜，該膠性有機(jī)涂料的配方是(按重量百分比)環(huán)氧樹(shù)脂35～45%、二硫化鉬15～20%、聚酰胺樹(shù)脂10～18%、聚硫橡膠1～2%、催化劑0.1～0.3%、固化劑0.1～0.3%、混合溶劑15～30%。
本發(fā)明所提供雙保護(hù)膜的制備方法包括對(duì)鋁合金基體的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝和噴涂膠性有機(jī)涂料。
在硬質(zhì)陽(yáng)極氧化中電解液的成分、濃度和溫度以及電流密度等都是氧化膜生成的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響氧化膜的生成品質(zhì)。常規(guī)工藝中硬質(zhì)陽(yáng)極氧化電解液須保持在-10℃～0℃的低溫，因此需要大型的冷卻設(shè)備，其費(fèi)用昂貴、生產(chǎn)成本高。
本發(fā)明為了得到具有一定硬度和厚度且均勻致密的膜層，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)對(duì)硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝參數(shù)進(jìn)行篩選和調(diào)整，在保證氧化膜硬度和膜厚的前提下力求降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明第一步采用硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝對(duì)鋁合金基體進(jìn)行處理，其氧化工藝參數(shù)為電解液中硫酸含量160～200g/l，草酸含量10～14g/l，電解液溫度10～19℃，電流密度2～3A/dm2，電壓≤25V，氧化時(shí)間80～135分鐘，封閉溫度80～95℃，封閉時(shí)間20～35分鐘。
本發(fā)明電解液的溫度要求比常規(guī)工藝明顯提高，采用鹽水循環(huán)冷卻即可實(shí)現(xiàn)，不需要大型冷卻設(shè)備，因此可大大降低生產(chǎn)成本。
鋁合金基體經(jīng)過(guò)上述硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理，其氧化膜硬度達(dá)Hm300～400，膜厚達(dá)0.05～0.08mm。經(jīng)過(guò)氧化處理的工件即可實(shí)施膠性有機(jī)涂料的噴涂工藝。
本發(fā)明第二步將膠性有機(jī)涂料噴涂到鋁合金基體的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜上。該膠性有機(jī)涂料的制備方法是(按重量百分比)將35～45%環(huán)氧樹(shù)脂溶液(50%環(huán)氧樹(shù)脂)與15～20%的二硫化鉬(MoS2)混合后球磨48小時(shí)，在10～18%的聚酰胺樹(shù)脂中加入15～30%的混合溶劑，攪拌20～30分鐘后，與球磨好的環(huán)氧樹(shù)脂、二硫化鉬液混合并攪拌10分鐘。然后再依次加入1～2%聚硫橡膠、0.1～0.3%催化劑、0.1～0.3%固化劑，繼續(xù)充分?jǐn)嚢?0分鐘后，經(jīng)180目/吋的濾網(wǎng)過(guò)濾后，即可實(shí)施噴涂。
上述膠性有機(jī)涂料中所采用的催化劑是DMP-30(2，4，6-三[(二甲氨基)甲基]苯酚)，固化劑是DTA(二乙烯三胺)，混合溶劑是二甲苯和正丁醇，其中二甲苯為75%，正丁醇為25%。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果1、本發(fā)明采用硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理技術(shù)和噴涂膠性有機(jī)涂料相結(jié)合，對(duì)高強(qiáng)度變形鋁合金表面進(jìn)行雙保護(hù)膜處理，達(dá)到了沖擊或摩擦火花安全性的要求。經(jīng)國(guó)家煤礦防塵通風(fēng)安全產(chǎn)品質(zhì)檢中心依據(jù)GB13813-92《煤礦用金屬材料摩擦火花安全性試驗(yàn)方法和判定原則》，對(duì)經(jīng)過(guò)雙保護(hù)膜處理的鋁合金試件進(jìn)行測(cè)試。在自由落錘沖擊、摩擦兩種工況條件下，進(jìn)行了十組共計(jì)320次重復(fù)性試驗(yàn)，均未發(fā)生過(guò)一次引燃試驗(yàn)用氣體，達(dá)到和超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)值中的規(guī)定。檢測(cè)試驗(yàn)證明了雙保護(hù)膜確實(shí)有效地抑制了高強(qiáng)度變形鋁合金表面摩擦火花的產(chǎn)生。
2、本發(fā)明采用的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝，具有槽液成分簡(jiǎn)單、工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，工藝參數(shù)中溫度值高、電液密度小，與通用的低溫硫酸硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝比較，節(jié)省電能三分之一以上，且生成的氧化膜硬度高、膜層厚、耐磨耐腐蝕、絕緣性能好(擊穿電壓超過(guò)2000伏)。該氧化膜對(duì)抑制摩擦火花的產(chǎn)生起到關(guān)鍵作用。
3、本發(fā)明采用的膠性有機(jī)涂料，施工工藝簡(jiǎn)單，其涂層致密、柔韌、光滑、附著力強(qiáng)，有優(yōu)異的抗沖擊、摩擦和耐腐蝕性能，且涂料中無(wú)類似硝基纖維素材料，無(wú)助燃作用，該涂料膜對(duì)氧化膜起到很好的保護(hù)作用。
4、雙保護(hù)膜的研制成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，對(duì)煤礦井下使用輕合金的安全性開(kāi)辟了新的技術(shù)途徑。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于有嚴(yán)格防火防爆要求的輕合金表面防護(hù)，諸如煤礦、化工、石油、消防、鐵路、船舶等眾多行業(yè)。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明以下實(shí)施例是對(duì)煤礦井下用157鋁合金單體液壓支柱表面的雙保護(hù)膜技術(shù)處理。
硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理實(shí)施例1鋁合金支柱經(jīng)過(guò)化學(xué)除油堿蝕、硝酸出光后，在硫酸為190g/l、草酸為13g/l的溶液中進(jìn)行氧化，氧化時(shí)電解液溫度為16℃，電流密度為2.5A/dm2，電壓從17V升至19V，時(shí)間為70分鐘，其中電解液采用鹽水循環(huán)冷卻，之后再經(jīng)重鉻酸鹽封閉，封閉溫度為80℃，時(shí)間為20分鐘，經(jīng)過(guò)上述硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理，實(shí)際測(cè)得氧化膜硬度Hm312，膜厚0.05mm。
硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理實(shí)施例2鋁合金支柱經(jīng)過(guò)前序處理，在硫酸為165g/l、草酸為11g/l的溶液中進(jìn)行氧化，氧化時(shí)電解液溫度為13℃，電流密度為3A/dm2，電壓從18V升至21V，時(shí)間為80分鐘，其中電解液采用鹽水循環(huán)冷卻，之后再經(jīng)重鉻酸鹽封閉，封閉溫度為95℃，時(shí)間為25分鐘。經(jīng)過(guò)上述硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理，實(shí)際測(cè)得氧化膜硬度Hm401，膜厚0.085mm。
硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理實(shí)施例3鋁合金支柱經(jīng)過(guò)前序處理，在硫酸為195g/l、草酸為10g/l的溶液中進(jìn)行氧化，氧化時(shí)電解液溫度為18℃，電流密度為2.0A/dm2，電壓從16V升至18V，時(shí)間為70分鐘，其中電解液采用鹽水循環(huán)冷卻，之后再經(jīng)重鉻酸鹽封閉，封閉溫度為95℃，時(shí)間為20分鐘。經(jīng)過(guò)上述硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理，實(shí)際測(cè)得氧化膜硬度Hm351，膜厚0.085mm。
經(jīng)過(guò)上述氧化處理的工件即可實(shí)施噴涂膠性有機(jī)涂料。
膠性有機(jī)涂料的具體配方有配方1(按重量百分比)E-20環(huán)氧樹(shù)脂(50%)35%、二硫化鉬20%、650＃低分子聚酰胺樹(shù)脂15%、YL-1000聚硫橡膠1%、DMP0.1%、DTA0.1%、二甲苯20%、正丁醇8.8%。
配方2(按重量百分比)E-20環(huán)氧樹(shù)脂(50%)45%、二硫化鉬15%、650＃低分子聚酰胺樹(shù)脂18%、YL-1000聚硫橡膠2%、DMP0.2%、DTA0.2%、二甲苯13.6%、正丁醇6%。
配方3(按重量百分比)E-20環(huán)氧樹(shù)脂(50%)43%、二硫化鉬17%、650＃低分子聚酰胺樹(shù)脂17%、YL-1000聚硫橡膠2%、DMP0.1%、DTA0.3%、二甲苯13%、正丁醇7.6%。
上述涂料配方按照本發(fā)明所提供的方法制備，采用常規(guī)工藝噴涂在實(shí)施例1、2、3所述的鋁合金支柱硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜表面，其涂層厚度為0.15mm左右。
權(quán)利要求
1.一種具有摩擦火花安全性的高強(qiáng)度變形鋁合金雙保護(hù)膜，其特征在于雙保護(hù)膜中第一層為高強(qiáng)度變形鋁合金基體表面的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜，該氧化膜硬度為Hm300～400，膜厚為0.05～0.08mm；第二層為覆蓋在第一層上的膠性有機(jī)涂料膜，該膠性有機(jī)涂料的配方是(按重量百分比)環(huán)氧樹(shù)脂35～45%、二硫化鉬15～20%、聚酰胺樹(shù)脂10～18%、聚硫橡膠1～2%、催化劑0.1～0.3%、固化劑0.1～0.3%，混合溶劑15～30%。
2.一種具有摩擦火花安全性的高強(qiáng)度變形鋁合金雙保護(hù)膜的制備方法，其特征在于a、采用硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝對(duì)鋁合金基體進(jìn)行處理，其氧化工藝參數(shù)為電解液中硫酸含量160～200g/l，草酸含量10～14g/l，電解液溫度10～19℃，電流密度2～3A/dm2，電壓≤25V，氧化時(shí)間80～135分鐘，封閉溫度80～95℃，封閉時(shí)間20～35分鐘;b、將膠性有機(jī)涂料噴涂到鋁合金基體的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜上，該膠性有機(jī)涂料的制備方法是(按重量百分比)將35～45%環(huán)氧樹(shù)脂溶液(50%環(huán)氧樹(shù)脂)與15～20%的二硫化鉬(MoS2)混合后球磨48小時(shí)，在10～18%的聚酰胺樹(shù)脂中加入15～30%的混合溶劑，攪拌20～30分鐘后，與球磨好的環(huán)氧樹(shù)脂、二硫化鉬液混合并攪拌10分鐘;然后再依次加入1～2%聚硫橡膠、0.1～0.3%催化劑、0.1～0.3%固化劑，繼續(xù)充分?jǐn)嚢?0分鐘后，經(jīng)180目/吋的濾網(wǎng)過(guò)濾后，即可實(shí)施噴涂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度變形鋁合金雙保護(hù)膜的制備方法，其特征在于膠性有機(jī)涂料中所采用的催化劑是DMP-30(2，4，6-三[(二甲氨基)甲基]苯酚)，固化劑是DTA(二乙烯三胺)，混合溶劑是二甲苯和正丁醇，其中二甲苯為75%，正丁醇為25%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有摩擦火花安全性的高強(qiáng)度變形鋁合金雙保護(hù)膜及雙保護(hù)膜的制備方法。采用一種經(jīng)濟(jì)的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝，使鋁合金基體表面生居硬度Hm300～400、膜厚0.05～0.08mm的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜，然后在氧化膜上噴涂一層由環(huán)氧樹(shù)脂、二硫化鉬、聚酰胺樹(shù)脂和聚硫橡膠等組成的膠性有機(jī)涂料。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)證明雙保護(hù)膜確實(shí)有效地抑制了鋁合金表面摩擦火花的產(chǎn)生。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于有嚴(yán)格防火防爆要求的煤礦、化工、石油、消防等行業(yè)輕合金的表面防護(hù)處理。
文檔編號(hào)C25D11/04GK1112058SQ9411589
公開(kāi)日1995年11月22日 申請(qǐng)日期1994年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月31日
發(fā)明者梁福德, 張景行, 馬景民, 汪亞昭, 李千有, 韓官榮, 王秉武, 張吉福, 張曉峰, 李奕坤, 趙云成, 聶秀龍, 張安林, 楊國(guó)紅 申請(qǐng)人:山西平陽(yáng)機(jī)械廠