船舶緊固件鎘-鋅-氟碳複合塗層及製備方法
2023-09-20 16:06:25
專利名稱：船舶緊固件鎘-鋅-氟碳複合塗層及製備方法
技術領域：
本發明涉及船舶緊固件鎘-鋅-氟碳複合塗層及製備方法。
背景技術：
船舶緊固件的腐蝕通常指應力條件下的電化學腐蝕，即應力電化學腐蝕；海洋環境中，船舶緊固件腐蝕還屬於有Cl_離子存在的電化學腐蝕，在上述兩種類型疊加的情況下，緊固件的腐蝕反應速率遠大於通常的自然鏽蝕速率。這種腐蝕的失效方式屬於晶間腐蝕斷裂，通常是引起重大機械事故的主導性誘因。因此，對海洋環境條件中的緊固件進行充分的保護是保證安全生產，提高生產效率的必需手段。目前，熱浸鋅、真空鋅/鋁共滲、鍍鋅及達克羅等工藝是船舶緊固件常用的防腐技術。但是，它們在實際生產過程中的使用效果並不理想，例如，在緊固件安裝過程中，緊固件受到較強的夾持應力和軸向的擠壓或拉伸應力，因而其外露表面的防鏽層嚴重損壞，隨後在船舶建造過程開始發生腐蝕。交船時，緊固件表面已經出現了較嚴重的鏽蝕，有一些舷外部位的緊固件已經無法正常拆換，不但貽誤工時，還造成了大量的浪費。事實表明，當前船舶緊固件採取的防腐技術沒能有效的遏制腐蝕的發生，船舶緊固件的腐蝕防護問題依然嚴峻。導致緊固件保護層剝落的因素有兩方面因素一、塗層與緊固件基體之間的結合力不足；二、緊固件螺紋內側的滑動摩擦力過大，從而使層間剪切應力大於塗層與基體間的抗剪極限。解決塗層剝落問題也應該從上述兩方面入手，不但要保證防護塗層與基體的結合力，也需要採取措施在螺紋內側降低摩擦係數，避免產生過大剪切力。
發明內容
為了克服現有船舶緊固件不耐腐蝕的缺點，本發明提出了船舶緊固件鎘-鋅-氟碳複合塗層及製備方法。該方法通過在緊固件基底製備鎘、鋅和氟碳複合保護層，解決船舶緊固件的抗腐蝕問題。本發明採用的技術方案是
緊固件外表由內向外分別設有鍍鎘層、鍍鋅層和氟碳塗層，形成緊固件複合保護層。緊固件複合保護層的製備過程緊固件本體按順序經過除油、清洗、電化學浸蝕、 浸蝕後清洗、鍍鎘、鍍鋅、鈍化、除氫處理、噴塗氟碳塗料、氟碳塗層固化過程。具體操作步驟
1、緊固件除油用80 90°C鹼液浸泡緊固件，進行除油；
2、清洗經過鹼液除油後的緊固件用50 60°C清水清洗三次；
3、電化學浸蝕採用陰極一陽極聯合浸蝕法，陰極浸蝕與陽極浸蝕時間比為3:2；
陰極浸蝕以鉛板為陽極，緊固件為陰極，陰極浸蝕電流密度為8A / dm2，浸蝕溫度 60°C，時間為10分鐘；
陽極浸蝕以鐵板為陰極，緊固件為陽極，電流密度為4A / dm2，浸蝕溫度35°C，浸蝕時間為6分鐘；
4、浸蝕氧化皮後清洗用23°C冷水對浸蝕氧化皮後的緊固件進行清洗；
5、鍍鎘採用氨羧絡合物鍍鎘工藝；
6、鍍鋅採用鹼性無氰鍍鋅工藝；
7、鈍化採用三價鉻鈍化工藝；
8、除氫處理除氫過程溫度範圍180 190°C，保溫2.5小時；
9、噴塗氟碳塗料將經過除氫處理的緊固件用熱風吹乾後，表面噴塗氟碳塗料，溼膜厚度範圍10 15微米；
10、氟碳塗層固化將經過噴塗氟碳塗料的緊固件置於固化器中，在溫度條件下固化40分鐘，使緊固件表面塗覆的氟碳塗料成膜固化。積極效果，採用本發明的方法能夠在緊固件表面形成鎘-鋅-氟碳複合保護層，從而保護緊固件不受腐蝕源的侵蝕。本發明的複合保護層具有強度高、耐磨損、使用壽命長的優點。適宜在船舶製造及其它機械製造領域的緊固件表面防護應用。
圖1為船舶緊固件鎘、鋅和氟碳複合保護層設置狀態圖。圖中，1.緊固件，1.1.螺齒，1.11.鍍鎘層，1.12.鍍鋅層，1.13.氟碳塗層。
具體實施例方式船舶緊固件包括螺栓、螺杆，螺母，墊片、墊圈、鎖釘和連接件，為用於機械緊固及部件安裝固定的器件。據圖1所示，以螺栓的螺齒部位為例，在緊固件1上設有螺齒1. 1，螺齒外側依次為鍍鎘層1. 11，鍍鋅層1. 12和氟碳塗層1. 13。緊固件複合保護層的製備過程
緊固件本體按順序經過除油、清洗、電化學浸蝕、浸蝕後清洗、鍍鎘、鍍鋅、鈍化、除氫處理、噴塗氟碳塗料、氟碳塗層固化過程。具體操作步驟
1、緊固件除油用80 90°C鹼液浸泡緊固件，進行除油；
鹼液組成在每升水溶液中，按質量加有25克氫氧化鈉，30克碳酸鈉，7克十二水磷酸鈉，10克矽酸鈉，1. 7 2克OP乳化劑；
2、清洗經過鹼液除油後的緊固件用50 60°C清水清洗三次；
3、電化學浸蝕採用陰極一陽極聯合浸蝕法，陰極浸蝕與陽極浸蝕時間比為3:2，將清洗後的緊固件置入容器中，加入浸蝕液，通過浸蝕液的浸泡，除去緊固件的氧化皮；
陰極浸蝕以鉛板為陽極，緊固件為陰極，陰極浸蝕電流密度為8A / dm2，浸蝕溫度 60°C，時間為10分鐘；
浸蝕液組成在每升溶液中，按質量加入43克比重1. 84的濃硫酸，觀克比重1. 19的鹽酸，22克氯化鈉，1 5克烏洛託品；
陽極浸蝕以鐵板為陰極，緊固件為陽極，電流密度為4A / dm2，浸蝕溫度35°C，浸蝕時間為6分鐘；浸蝕液組成在每升溶液中，按質量加入12克比重1. 84的濃硫酸，230克七水硫酸亞鐵，50克氯化鈉，5克二甲苯硫脲；
4、浸蝕後清洗用23°C冷水對浸蝕後的緊固件進行清洗；
5、鍍鎘採用氨羧絡合物鍍鎘工藝；
在每升鍍鎘液中，按質量加入47克硫酸鎘，200克氯化銨，80克N(CH2COOH)3，10毫升 DE添加劑，調節pH值為7.0，在室溫條件下，採用陰極電流密度為0.6A / dm2；
6、鍍鋅採用鹼性無氰鍍鋅工藝；
在每升鍍鋅液中，按質量加有12克氧化鋅，100克氫氧化鈉，5. 5克DZ-503添加劑，2. 5 克活性炭粉。電鍍溫度30°C，陰極電流密度為2A / dm2，陽、陰極面積比為2:1，緊固件間距在200毫米以上；
7、鈍化採用三價鉻鈍化工藝；
操作流程為緊固件鍍鋅後用冷水清洗2次，再用1. 5%稀硝酸溶液拋光，經鈍化後，對鍍鋅緊固件進行清洗，最後用離心熱風吹乾；
鈍化液組成在每升鈍化液中，按質量加有40克三氯化鉻，2克氟化銨，3. 5毫升硝酸， 6克硝酸鈷，調節pH值為2. 0，操作溫度23°C，鈍化浸漬時間25秒；
8、鍍鋅層除氫處理除氫過程溫度在180 190°C，保溫2.5小時。目的是為了降低由於鎘、鋅鍍層製備過程產生氫脆的風險；
9、噴塗氟碳塗料將經過除氫處理後的緊固件用熱風吹乾後，進行表面噴塗氟碳塗料， 溼膜厚度範圍10 15微米；
10、氟碳塗層固化將經過噴塗氟碳塗料的緊固件置於固化器中，在溫度條件下固化40分鐘，使緊固件表面塗覆的氟碳塗料成膜固化。本發明的優點
本發明包括緊固件外表的氟碳塗料封閉層和緊固件基底的鍍鎘、鍍鋅層兩部分。緊固件外表氟碳塗層能夠減小剪切應力，避免安裝過程中的塗層脫落，極大限度的保證緊固件表面塗層的完整性；另外，氟碳塗層具有極強的耐化學品性，完整的氟碳塗層能夠起到屏蔽電解質的作用，避免腐蝕介質與金屬相接觸。當氟碳塗層破損，含氯離子的溶液與金屬層接觸後，基底鍍鎘、鍍鋅鍍層能夠發揮長效的犧牲陽極作用。基底鍍層採用鎘/鋅雙重複合的模式成膜，在氯離子溶液中與鋼鐵材料間的電位差匹配恰當，避免了單一鍍層電化學消耗過快的問題，能夠保證緊固件始終處於足量而有效的保護之中。本方法從電解質屏蔽和電化學保護兩方面系統地解決了緊固件的腐蝕失效問題。 針對安裝過程中緊固件塗層破損的問題，採用電化學方法進行補償，合理的設計鎘、鋅鍍層與緊固件本體金屬間的電位差，形成長期犧牲陽極效應，用以解決緊固件的腐蝕問題。
權利要求
1.船舶緊固件鎘-鋅-氟碳複合塗層，其特徵是在緊固件(1)上設有螺齒(1.1)，螺齒外側由內向外依次為鍍鎘層(1. 11)，鍍鋅層(1. 12)和氟碳塗層(1. 13)。
2.船舶緊固件鎘-鋅-氟碳複合塗層製備方法，其特徵是緊固件本體按順序經過除油、清洗、電化學浸蝕、浸蝕後清洗、鍍鎘、鍍鋅、鈍化、除氫處理、噴塗氟碳塗料、氟碳塗層固化過程；具體操作步驟(1)緊固件除油用80 90°C鹼液浸泡緊固件，進行除油；鹼液組成在每升水溶液中，按質量加有25克氫氧化鈉，30克碳酸鈉，7克十二水磷酸鈉，10克矽酸鈉，1. 7 2克OP乳化劑；(2)清洗經過鹼液除油後的緊固件用50 60°C清水清洗三次；(3)電化學浸蝕採用陰極一陽極聯合浸蝕法，陰極浸蝕與陽極浸蝕時間比為3:2，將除油清洗後的緊固件置入容器中，加入浸蝕除氧化皮液，通過浸蝕除氧化皮液的浸泡，除去緊固件的氧化皮；陰極浸蝕以鉛板為陽極，緊固件為陰極，陰極浸蝕電流密度為8A / dm2，浸蝕溫度 60°C，時間為10分鐘；浸蝕液組成在每升溶液中，按質量加入43克比重1. 84的濃硫酸，觀克比重1. 19的鹽酸，22克氯化鈉，1 5克的烏洛託品；陽極浸蝕以鐵板為陰極，緊固件為陽極，電流密度為4A / dm2，浸蝕溫度35°C，浸蝕時間為6分鐘；浸蝕液組成在每升溶液中，按質量加入12克比重1. 84的濃硫酸，230克七水硫酸亞鐵，50克氯化鈉，5克二甲苯硫脲；(4)浸蝕後清洗用23°C冷水對浸蝕後的緊固件進行清洗；(5)鍍鎘採用氨羧絡合物鍍鎘工藝；在每升鍍鎘液中，按質量加入47克硫酸鎘，200克氯化銨，80克N(CH2COOH)3，10毫升 DE添加劑，調節pH值為7.0，在室溫條件下，採用陰極電流密度為0.6A / dm2；(6)鍍鋅採用鹼性無氰鍍鋅工藝；在每升鍍鋅液中，按質量加有12克氧化鋅，100克氫氧化鈉，5. 5克DZ-503添加劑，2. 5 克活性炭粉，電鍍溫度30°C，陰極電流密度為2A / dm2，陽、陰極面積比為2:1，緊固件間距在200毫米以上；(7)鈍化採用三價鉻鈍化工藝；操作流程為緊固件鍍鋅後用冷水清洗2次，再用1. 5%稀硝酸溶液拋光，經鈍化後，對鍍鋅緊固件進行清洗，最後用熱風吹乾；鈍化液組成在每升鈍化液中，按質量加有40克三氯化鉻，2克氟化銨，3. 5毫升硝酸， 6克硝酸鈷，調節pH值為2. 0，操作溫度23°C，鈍化浸漬時間25秒；(8)除氫處理除氫過程溫度在180 190°C，保溫2.5小時；(9)噴塗氟碳塗料將經過除氫處理後的緊固件用熱風吹乾後，進行表面噴塗氟碳塗料，塗層溼膜厚度範圍在10 15微米；(10)氟碳塗層固化將經過噴塗氟碳塗料的緊固件置於固化器中，在溫度條件下固化40分鐘，使緊固件表面塗覆的氟碳塗料成膜固化。
全文摘要
本發明涉及船舶緊固件鎘-鋅-氟碳複合塗層及製備方法。緊固件外表由內向外分別設有鍍鎘層、鍍鋅層和氟碳塗層，形成緊固件複合保護層。緊固件複合保護層的製備過程緊固件本體按順序經過除油、清洗、電化學浸蝕、浸蝕後清洗、鍍鎘、鍍鋅、鈍化、除氫、噴塗氟碳塗料和氟碳塗層固化過程。採用本發明的方法能夠在緊固件基底形成鎘、鋅和氟碳複合保護層；基底鍍層與鋼鐵間的電位差匹配性設計能夠高度耐受海水腐蝕。從而保護緊固件不受腐蝕源的侵蝕。外層氟碳塗層具有強度高、耐磨損、使用壽命長的優點。本發明所具有鎘、鋅和氟碳複合塗層的緊固件，適宜在船舶製造及其它機械製造領域的緊固件表面防護應用。
文檔編號B05D7/14GK102534628SQ201010611710
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者李光民, 柏紅, 王建國, 祁芳, 耿季平, 趙連軍 申請人:渤海造船廠集團有限公司