一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法

2023-05-14 10:09:06 2

一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法
【專利摘要】本發明公開了一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，解決了現有技術的鋁基葉輪電鍍技術得到的鍍層與鋁基體的結合強度低，鍍層耐腐蝕性及硬度差的問題，本發明通過對鋁基葉輪進行預處理，先在鋁基葉輪表面形成一層過渡層，並使隱藏在過渡層晶格之間的雜質氣化能完全去除，再在過渡層上進行電鍍，利用鍍層與過渡層之間機械作用與化學作用的配合，可大大提高了鍍層與過渡層之間結合強度；還通過優化鍍液配方和施鍍工藝條件，在鋁基葉輪表面形成一層Ni-P-PTFE複合鍍層，得到的複合鍍層光滑緻密，硬度高，耐磨性及耐腐蝕性好，且具有優異的不粘性，與渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的結合強度高，能大大延長渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的使用壽命。
【專利說明】一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發動機【技術領域】，尤其是涉及一種用於低壓廢氣再循環發動機上的渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法.【背景技術】
[0002]鋁及鋁合金由於密度小、比強度高、易於壓力加工、成本低等特點，在電子、汽車、航空、國防等諸多領域得到廣泛應用。目前低壓廢氣再循環發動機上渦輪增壓器壓端採用的葉輪便是鋁基葉輪。
[0003]而採取低壓廢氣再循環的發動機所輸送的混合氣除了吸入的新鮮空氣外，還有溼廢氣，後者主要由殘留的氧、燃燒產物水和二氧化碳，以及少量的氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳、未燃烴等有害成分構成，由於廢氣中所含有多種有害成分，因此低壓廢氣輸入渦輪增壓器中後便會對增壓器壓端的鋁基葉輪帶來如下影響:1、水冷凝造成的液滴衝擊；2、酸性凝結物造成的腐蝕；3、樹脂狀的沉積物。由於鋁及鋁合金硬度低、耐磨劑耐腐蝕性差等缺點，鋁基葉輪實際上並不能直接用於渦輪增壓器中，因此必須對鋁基葉輪進行表面處理。
[0004]目前對鋁基體進行表面處理最常用的一種方法是電鍍，通過電鍍使鋁基葉輪表面形成一層鍍層以提高其硬度、防腐蝕性能等特性，但是鋁基體是一種難鍍基體，形成的鍍層與鋁基體之間的結合強度 低，易產生起皮和脫皮等現象，主要原因是:(I)鋁質軟，膨脹係數大，鍍層與鋁基體的結合強度很低；(2)鋁基與鍍層之間往往隱藏有氫氣、水分等雜質，雜質的存在不僅易造成鍍層出現針孔、麻點等缺陷，影響鍍層的硬度及耐腐蝕性能，還會影響鍍層與鋁基體的結合強度。
[0005]

【發明內容】

[0006]本發明是為了解決現有技術的鋁基葉輪電鍍技術得到的鍍層與鋁基體的結合強度低，鍍層耐腐蝕性及硬度差的問題，提供了一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，本發明的工藝步驟簡單，形成的鍍層均勻緻密，硬度高，耐磨性及耐腐蝕性好，且具有優異的不粘性，與渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的結合強度高，能大大延長渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的使用壽命。
[0007]為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，包括以下步驟:
(一)預處理
Cl)除油:將鋁基葉輪置於除油液中浸泡Hmin後取出浙幹。
[0008](2)微蝕:將步驟(1)中的鋁基葉輪置於微蝕液中浸泡3~5min後取出，用去離子水清洗。通過微蝕使鋁基葉輪表面變粗糙，形成不規則的凹坑，這些凹坑可作為後續步驟中過渡層的附著點，從而以提高葉輪鋁基體與過渡層之間的結合強度。
[0009](3)生成過渡層:將步驟(2)中的鋁基葉輪置於去離子水中超聲清洗，洗淨後將鋁基葉輪浸入質量濃度15~20%的水合肼溶液中浸泡3(T40min，取出後用去離水進行清洗。利用質量濃度15~20%的水合肼對鋁基葉輪進行處理，只是對鋁表面處理而不傷及鋁基葉輪的本體。通過水合肼溶液的極化作用，鋁基葉輪表面形成一層凹凸不平的導電氧化膜(即過渡層)，該氧化膜可以防止葉輪的鋁基體被腐蝕，同時該氧化膜表面呈細小的、分布均勻的蜂窩狀，表面更為粗糙，能大大提高鋁基葉輪的表面積，與鍍層之間可形成機械嚙合作用，能大大提高鍍層與過渡層之間的結合強度，另外，該氧化膜中水合結構的-OH能與鍍液中的聚四氟乙烯(PTFE)發生反應，產生高強度的共價鍵結合，從而使鍍層與過渡層之間的結合強度進一步提高。本發明通過水合肼溶液的處理在鋁基葉輪表面形成一層導電氧化膜，利用鍍層與過渡層之間機械作用與化學作用的配合，可大大提高了鍍層與過渡層之間結合強度。
[0010](4)活化:將步驟(3)得到的鋁基葉輪置於無水乙醇中浸泡3~5min後取出，於相對溼度< 10%的環境下恆溫烘乾。活化是本發明的關鍵點，由於過渡層的晶格之間往往會隱藏一些雜質(如氫、氧、水分等)，這些隱藏在晶體的晶格之間的雜質不僅會造成鍍層出現針孔、麻點等缺陷，還會影響鍍層與鋁基體的結合強度。因此，本發明將過渡層在易揮發無水乙醇中浸泡，再在相對溼度< 10%的乾燥環境下烘乾，以使得隱藏在過渡層晶格之間的雜質氣化能完全去除，從而有效提高過渡層與鍍層之間的結合強度，相對溼度在10%以下，以保證除雜的效果。
[0011](二)電鍍
將步驟(4)得到的鋁基葉輪置於鍍液中進行電鍍，使鋁基葉輪表面生成厚度為5~100 μ m的鍍層即可。鍍層的厚度可通過電鍍時間控制，這是本領域的常規技術手段，便不在此贅述。
[0012]作為優選，步 驟(1)中，所述除油液的具體配方為:碳酸鈉15~20g/L，磷酸鈉25^30g/L, 0P-10乳化劑f3g/L。本發明對除油液的組分、各組分的濃度進行了篩選優化，使其具有優異的除油效果佳，且易清洗，本發明的除油液為弱鹼性，在保證除油效果的同時能避免對鋁基葉輪的腐蝕，0P-10乳化劑在除油液中可起到促進、加速出油的作用，0P-10乳化劑的含量過高，會產生較多的泡沫，影響清洗效果。
[0013]作為優選，所述除油液的溫度為3(T40°C。除油溫度控制在3(T40°C，可加快皂化反應速度和皂化產物的溶解度，加速除油過程，提高除油效果，但是溫度過高，會造成鋁基葉輪的腐蝕。
[0014]作為優選,步驟(2)中，所述微蝕液為濃度為0.8~lmol/L的氫氧化鈉溶液。作為優選，步驟(3)中，水合肼溶液的溫度為5(T60°C。水合肼溶液的溫
度為5(T60°C，形成的過渡層表面粗糙度大，有利於形成機械嚙合作用。
[0015]作為優選，步驟(4)中，恆溫烘乾的溫度控制在85~90°C。烘乾溫度控制在85^90 0C，既能保證雜質的去除效果，又能保證效率。
[0016]作為優選，步驟(二)中，所述鍍液的具體配方為:硫酸鎳20(T250g/L，氯化鎳2(T30g/L，次亞磷酸鈉8~12g/L，硼酸35~40g/L，香豆素I~2g/L，酒石酸鉀鈉8~10g/L，複合表面活性劑l~3g/L，PTFE乳液8~10ml/L。本發明對鍍液的配方進行了優化，其中，硫酸鎳為主鹽，起供給Ni+的作用；氯化鎳可提高鍍液的導電性，增加鍍液的極化度，使鍍液的分散能力得到改善；次亞磷酸鈉作為還原劑，其用量較易準確控制；硼酸為緩衝劑，起到穩定鍍液pH的作用，同時硼酸的加入還會使鍍層結晶細緻；香豆素可提高鍍液的均鍍性，使金屬沉積是完全均勻的，不會導致小晶面的形成，同時使鍍層表面光亮；酒石酸鉀鈉可改善鍍液的勻鍍性及鍍層的緻密性，使鍍層光滑緻密，硬度高；複合表面活性劑可有效防止鍍層表面出現針孔現象；PTFE乳液中的PTFE顆粒自潤滑性能，且防腐蝕性能優異，能和N1-P共沉積從而降低鍍層的摩擦係數，提高鍍層的自潤滑性、耐磨性、耐腐蝕性能，還使鍍層具有不粘性，能有效避免沉積物在鋁基葉輪上的附著，最重要的是，鍍液中的聚四氟乙烯(PTFE)能與氧化膜中水合結構的-OH發生反應，產生高強度的共價鍵結合，從而使鍍層與過渡層之間的結合強度進一步提高。本發明通過優化鍍液配方，可在鋁基葉輪表面形成一層N1-P-PTFE複合鍍層，該複合鍍層光滑緻密，硬度高，耐磨性及耐腐蝕性好，且具有優異的不粘性，與渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的結合強度高，能大大延長渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的使用壽命。
[0017]作為優選，所述複合表面活性劑由全氟辛基季胺碘化物與烷基酚聚氧乙烯醚按質量比1: 2^3混合而成。本發明的鍍液中含有PTFE顆粒，而PTFE是一種高疏水性物質，在與水組成的體系中，其表面不能被水潤溼，不能在鍍液中均勻分散，而本發明的關鍵正是在於讓PTFE微粒均勻地分散於鍍液中。本發明通過全氟辛基季胺碘化物與烷基酚聚氧乙烯醚的協同配合，能大大增加PTFE微粒的親和力，使得PTFE微粒能均勻地分散於複合鍍液中，同時還能避免PTFE微粒的團聚。
[0018]作為優選，所述PTFE乳液中，PTFE的質量百分含量為50~60%，PTFE的粒度為
0.2^0.5 μ m。PTFE乳液可市購，PTFE微粒在PTFE乳液中的含量及粒度大小均會影響鍍層的性能，含量過高，鍍層的硬度較差，含量過低，不粘性及耐磨性差，且與過渡層的結合強度低；粒度太小，會降低共析量，粒度過大，微粒共析嵌合時間長，不易鑲嵌牢固，易脫落。因此本發明必須嚴格限定PTFE顆粒的濃度及粒度大小，以保證鍍層的性能。 [0019]作為優選，步驟(二)中，電鍍的工藝參數為:電流密度3~5A/dm2，溫度為6(T80°C，pH3^5,陽極採用Pt片。本發明中電鍍溫度需控制在6(T80°C，溫度過高，鍍液粘度下降，導致PTFE微粒在鍍層中的沉積量下降，會大大影響鍍層的性能。
[0020]因此，本發明具有如下有益效果:
(1)通過對鋁基葉輪進行預處理，先在鋁基葉輪表面形成一層過渡層，並使隱藏在過渡層晶格之間的雜質氣化能完全去除，再在過渡層上進行電鍍，利用鍍層與過渡層之間機械作用與化學作用的配合，可大大提高了鍍層與過渡層之間結合強度；
(2)通過優化鍍液配方和施鍍工藝條件，在鋁基葉輪表面形成一層N1-P-PTFE複合鍍層，得到的複合鍍層光滑緻密，硬度高，耐磨性及耐腐蝕性好，且具有優異的不粘性，與渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的結合強度高，能大大延長渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的使用壽命。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面通過【具體實施方式】對本發明做進一步的描述。
[0022]在本發明中，若非特指，所有設備和原料均可從市場購得或是本行業常用的，其中，PTFE乳液購自浙江巨聖氟化學有限公司。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域常規方法。
[0023]實施例1
一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，包括以下步驟:(一)預處理
(I)除油:將鋁基葉輪置於除油液中浸泡Irnin後取出浙幹，除油液的具體配方為:碳酸鈉15g/L，磷酸鈉25g/L，OP-1O乳化劑lg/L，除油液的溫度為3(T40°C。
[0024](2)微蝕:將步驟(1)中的鋁基葉輪置於微蝕液中浸泡3min後取出，用去離子水清洗，微蝕液為濃度為0.8mol/L的氫氧化鈉溶液。
[0025](3)生成過渡層:將步驟(2)中的鋁基葉輪置於去離子水中超聲清洗，洗淨後將鋁基葉輪浸入溫度為50°C，質量濃度15%的水合肼溶液中浸泡30min，取出後用去離水進行清洗。
[0026](4)活化:將步驟(3)得到的鋁基葉輪置於無水乙醇中浸泡3min後取出，於相對溼度≤10%的環境下以85°C恆溫烘乾。
[0027](二)電鍍
將步驟(4)得到的鋁基葉輪置於鍍液中進行電鍍，使鋁基葉輪表面生成厚度為5μπι的鍍層即可，電鍍的工藝參數為:電流密度3A/dm2，溫度為60°C，pH3，陽極採用Pt片，鍍液的具體配方為:硫酸鎳200g/L，氯化鎳20g/L，次亞磷酸鈉8g/L，硼酸35g/L，香豆素lg/L，酒石酸鉀鈉8g/L，複合表面活性劑lg/L，PTFE乳液8ml/L，其中，複合表面活性劑由全氟辛基季胺碘化物與烷基酚聚氧乙烯醚按質量比1:2混合而成，PTFE乳液中，PTFE的質量百分含量為50%, PTFE的粒度為0.2 μ m。
[0028]鍍層的附著強度檢測:用硬質鋼刀在鋁基葉輪表面劃相互平行和交錯的劃痕，再用鋼絲刷摩擦表面，鍍層無起皮、剝落現象。說明得到的鍍層結合強度好。
[0029]鍍層的光亮度檢測:目測法測試鍍層的光亮度。製備的鍍層表面光亮，能看出面部五官和眉毛，且輪廓清晰，按照目測光亮度評定法的分級參考標準，鍍層為二級光亮，光亮度較佳。
[0030]腐蝕試驗:將鋁基葉輪在不同腐蝕條件下，浸泡24h，測試腐蝕速率，結果如表1所
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[0031]表1腐蝕試驗測試結果
【權利要求】
1.一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，包括以下步驟: (一)預處理 (1)除油:將鋁基葉輪置於除油液中浸泡f5min後取出浙幹； (2)微蝕:將步驟(1)中的鋁基葉輪置於微蝕液中浸泡:T5min後取出，用去離子水清洗； (3)生成過渡層:將步驟(2)中的鋁基葉輪置於去離子水中超聲清洗，洗淨後將鋁基葉輪浸入質量濃度15~20%的水合肼溶液中浸泡3(T40min，取出後用去離水進行清洗； (4)活化:將步驟(3)得到的鋁基葉輪置於無水乙醇中浸泡3~5min後取出，於相對溼度≤10%的環境下恆溫烘乾； (二)電鍍 將步驟(4)得到的鋁基葉輪置於鍍液中進行電鍍，使鋁基葉輪表面生成厚度為.5~100 μ m的鍍層即可。
2.根據權利要求1所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，步驟(1)中，所述除油液的具體配方為:碳酸鈉15~20g/L，磷酸鈉25~30g/L，OP-1O乳化劑I~3g/L。
3.根據權利要求1或2所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，所述除油液的溫度為3(T40°C。
4.根據權利要求1所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述微蝕液為濃度為0.8^1mol/L的氫氧化鈉溶液。
5.根據權利要求1所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，步驟(3)中，水合肼溶液的溫度為5(T60°C。
6.根據權利要求1所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，步驟(4)中，恆溫烘乾的溫度控制在85、0°C。
7.根據權利要求1所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，步驟(二)中，所述鍍液的具體配方為:硫酸鎳20(T250g/L，氯化鎳2(T30g/L，次亞磷酸鈉.8~12g/L,硼酸35~40g/L，香豆素f 2g/L，酒石酸鉀鈉8~10g/L，複合表面活性劑f 3g/L，PTFE 乳液 8~10ml/L。
8.根據權利要求7所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，所述複合表面活性劑由全氟辛基季胺碘化物與烷基酚聚氧乙烯醚按質量比1:2~3混合而成。
9.根據權利要求7所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，所述PTFE乳液中，PTFE的質量百分含量為50~60%，PTFE的粒度為0.2~0.5 μ m。
10.根據權利要求1所述的一種渦輪增壓器壓端鋁基葉輪的防腐蝕方法，其特徵在於，步驟(二)中，電鍍的工藝參數為:電流密度3~5A/dm2，溫度為6(T80°C，pH3~5，陽極採用Pt片。
【文檔編號】C25D3/12GK104005068SQ201410065153
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】陳衛德, 楊陽, 錢衍芳, 王永紅 申請人:寧波豐沃渦輪增壓系統有限公司, 浙江吉利控股集團有限公司