CN105951085B - 航空铝合金防腐钝化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空铝合金防腐钝化剂及其制备方法，组分及各组分质量份数如下氯化钛2~8份，硝酸氧钛1~10份，氟钛酸铵1~5份，钨酸钠1~5份，硼酸5~15份，次磷酸钠3~9份，水性聚氨酯10~20份，间苯二甲胺4~8份，苯甲酸钠1~5份，二丁基月桂酸锡0.2~0.8份，聚乙二醇3~7份，植酸10~30份，二酚基丙烷2~8份，氧化剂2~5份，稳定剂1~4份，水30~60份。钝化剂的配方是基于大气腐蚀特征设计的，能迅速在铝合金表面形成钝化膜，膜层均匀致密，大气中的氧气和水分难以渗透，可以延缓暴露在高湿度环境下的航空铝合金的腐蚀速度，提高铝合金的耐腐蚀性和表面渗层的气密性，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理化学品技术领域，具体涉及一种航空铝合金防腐钝化剂及其制备方法。
背景技术
金属材料及其制品与所处自然大气环境间因气象和环境因素作用而引起的金属变质、甚至破坏的现象称为金属的大气腐蚀。其腐蚀机制主要受大气中所含的水分、氧气和腐蚀介质（包括雨水中的杂质、烟尘、表面沉积物等）的联合影响。按腐蚀反应可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种，除在干燥无水分的大气环境中发生表面氧化、硫化造成的失泽和变色等属于化学腐蚀外，在大多数情况下均属于电化学腐蚀。大气腐蚀是电化学腐蚀的一种特殊形式，是金属表面处于薄电解液层下的腐蚀过程，腐蚀过程既服从于电化学腐蚀的一般规律，又具大气腐蚀自身的特点。电解液膜是由于空气中水分在金属表面的吸附凝聚及溶有空气污染物质而形成的，阴极过程是氧的去极化作用，而阳极过程是金属的溶解和水化，但常因阳极钝化及金属离子水化过程困难而受到阻滞。液膜厚度及干湿交变频率以及氧气扩散进入液膜与金属界面的速度决定了金属的腐蚀速度。
位于沿海机场的飞机终年飞行、停放于高湿度、高温、高盐分的大气中，个别机场相对湿度在80%以上的时间高达40%。水的存在加上飞机结构铝合金加工、装配及使用中难以消除的缝隙、裸露的金属表面、灰尘积存、表面划伤和不可避免的异种金属件接触为腐蚀产生创造了必要条件。根据对沿海地区某型飞机结构腐蚀情况的调查及腐蚀原因、危害性分析发现，沿海地区使用的飞机腐蚀主要集中于飞机下表面的高湿部位和积水部位，如大梁、桁条、主起落架轮舱内、机翼前梁腹板、蒙皮下壁板边缘和连接接头等部位。其中机翼前粱腹板腐蚀最为严重，平尾配重处下壁板的腐蚀程度也难以忽视。比较而言，飞机结构的腐蚀主要是地面存放时产生的大气腐蚀，其腐蚀严重程度与飞机服役的日历年限有关，服役时间越长腐蚀越严重。已经发现飞机在沿海地区使用时，机场停放4年机翼前粱腹板和平尾配重处就开始出现腐蚀，用9年后腐蚀损伤发展到需要返厂大修的程度。另外，波音公司采集的飞机结构腐蚀数据显示，世界上各个航空公司二级以上腐蚀的报告率，从1993年至1997年呈下降趋势，而1998年以后总体呈回升趋势。
为延长飞机的使用寿命，保证飞机的安全性、可靠性和耐久性，各航空公司每年投入相当数量的人力、物力与财力，对飞机结构的腐蚀部位进行及时而又必要的修理。由于铝合金腐蚀是难以避免的，通过不断修理希望彻底消除腐蚀的想法难以实现，最好的办法只能是在采取较为完善的腐蚀防护措施前提下，实时监测飞机结构件的腐蚀损伤，以此作为腐蚀修理的技术参考。因此，围绕飞机结构腐蚀进行“航空铝合金防腐钝化剂”研究具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种航空铝合金防腐钝化剂及其制备方法，钝化剂的配方是基于大气腐蚀特征设计的，能迅速在铝合金表面形成钝化膜，膜层均匀致密，大气中的氧气和水分难以渗透，可以延缓暴露在高湿度环境下的航空铝合金的腐蚀速度，提高铝合金的耐腐蚀性和表面渗层的气密性，延长使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种航空铝合金防腐钝化剂，组分及各组分质量份数如下：氯化钛2~8份，硝酸氧钛1~10份，氟钛酸铵 1~5份，钨酸钠1~5份，硼酸5~15份，次磷酸钠3~9份，水性聚氨酯10~20份，间苯二甲胺 4~8份，苯甲酸钠1~5份，二丁基月桂酸锡0.2~0.8份，聚乙二醇3~7份，植酸10~30份，二酚基丙烷2~8份，氧化剂 2~5份，稳定剂 1~4份，水30~60份。
所述氧化剂为高锰酸钾或者氯酸钾。
所述稳定剂为磷酸二氢钾或者磷酸二氢钠。
所述航空铝合金防腐钝化剂，组分及各组分质量份数如下：氯化钛4~6份，硝酸氧钛3~7份，氟钛酸铵 2~4份，钨酸钠2~4份，硼酸8~12份，次磷酸钠5~7份，水性聚氨酯12~18份，间苯二甲胺5~7份，苯甲酸钠2~4份，二丁基月桂酸锡0.4~0.6份，聚乙二醇4~6份，植酸15~25份，二酚基丙烷4~6份，氧化剂3~4份，稳定剂2~3份，水40~50份。
所述航空铝合金防腐钝化剂，组分及各组分质量份数如下：氯化钛5份，硝酸氧钛5份，氟钛酸铵 3份，钨酸钠3份，硼酸10份，次磷酸钠6份，水性聚氨酯15份，间苯二甲胺6份，苯甲酸钠3份，二丁基月桂酸锡0.5份，聚乙二醇5份，植酸20份，二酚基丙烷5份，氧化剂3.5份，稳定剂2.5份，水45份。
所述航空铝合金防腐钝化剂的制备方法，包括如下步骤：
1）将氯化钛、硝酸氧钛、氟钛酸铵、钨酸钠、硼酸和次磷酸钠加入水中，升温至20~40℃，搅拌溶解得溶液A；
2）将水性聚氨酯、间苯二甲胺、苯甲酸钠、二丁基月桂酸锡、聚乙二醇、植酸和二酚基丙烷混合，加热至60~80℃，搅拌30~50min，冷却至室温，得到溶液B；
3）将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀后加入余下组分，搅拌均匀即可，得到航空铝合金防腐钝化剂。
步骤1）中优选加热至30℃，搅拌10min。
步骤2）中优选加热至70℃，搅拌40min。
有益效果：本发明提供的航空铝合金防腐钝化剂及其制备方法，钝化剂的配方是基于大气腐蚀特征设计的，能迅速在铝合金表面形成钝化膜，膜层均匀致密，大气中的氧气和水分难以渗透，可以延缓暴露在高湿度环境下的航空铝合金的腐蚀速度，提高铝合金的耐腐蚀性和表面渗层的气密性，延长使用寿命。
具体实施方式
实施例1
一种航空铝合金防腐钝化剂，组分及各组分质量份数如下：氯化钛2份，硝酸氧钛10份，氟钛酸铵 1份，钨酸钠1份，硼酸15份，次磷酸钠9份，水性聚氨酯10份，间苯二甲胺 8份，苯甲酸钠5份，二丁基月桂酸锡0.2份，聚乙二醇3份，植酸30份，二酚基丙烷2份，氧化剂氯酸钾 2份，磷酸二氢钾 1份，水30份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将氯化钛、硝酸氧钛、氟钛酸铵、钨酸钠、硼酸和次磷酸钠加入水中，升温至30℃，搅拌溶解得溶液A；
2）将水性聚氨酯、间苯二甲胺、苯甲酸钠、二丁基月桂酸锡、聚乙二醇、植酸和二酚基丙烷混合，加热至70℃，搅拌40min，冷却至室温，得到溶液B；
3）将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀后加入余下组分，搅拌均匀即可，得到航空铝合金防腐钝化剂。
实施例2
一种航空铝合金防腐钝化剂，组分及各组分质量份数如下：氯化钛8份，硝酸氧钛1份，氟钛酸铵5份，钨酸钠5份，硼酸5份，次磷酸钠3份，水性聚氨酯20份，间苯二甲胺 4份，苯甲酸钠1份，二丁基月桂酸锡0.8份，聚乙二醇7份，植酸10份，二酚基丙烷8份，高锰酸钾 5份，磷酸二氢钠 4份，水60份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将氯化钛、硝酸氧钛、氟钛酸铵、钨酸钠、硼酸和次磷酸钠加入水中，升温至30℃，搅拌溶解得溶液A；
2）将水性聚氨酯、间苯二甲胺、苯甲酸钠、二丁基月桂酸锡、聚乙二醇、植酸和二酚基丙烷混合，加热至70℃，搅拌40min，冷却至室温，得到溶液B；
3）将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀后加入余下组分，搅拌均匀即可，得到航空铝合金防腐钝化剂。
实施例3
一种航空铝合金防腐钝化剂，组分及各组分质量份数如下：氯化钛4份，硝酸氧钛7份，氟钛酸铵 2份，钨酸钠2份，硼酸8份，次磷酸钠5份，水性聚氨酯12份，间苯二甲胺5份，苯甲酸钠2份，二丁基月桂酸锡0.4份，聚乙二醇4份，植酸15份，二酚基丙烷4份，氧化剂氯酸钾3份，磷酸二氢钾2份，水40份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将氯化钛、硝酸氧钛、氟钛酸铵、钨酸钠、硼酸和次磷酸钠加入水中，升温至30℃，搅拌溶解得溶液A；
2）将水性聚氨酯、间苯二甲胺、苯甲酸钠、二丁基月桂酸锡、聚乙二醇、植酸和二酚基丙烷混合，加热至70℃，搅拌40min，冷却至室温，得到溶液B；
3）将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀后加入余下组分，搅拌均匀即可，得到航空铝合金防腐钝化剂。
实施例4
一种航空铝合金防腐钝化剂，组分及各组分质量份数如下：氯化钛6份，硝酸氧钛3份，氟钛酸铵 4份，钨酸钠4份，硼酸12份，次磷酸钠7份，水性聚氨酯18份，间苯二甲胺7份，苯甲酸钠4份，二丁基月桂酸锡0.6份，聚乙二醇6份，植酸25份，二酚基丙烷6份，氧化剂高锰酸钾4份，磷酸二氢钠3份，水50份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将氯化钛、硝酸氧钛、氟钛酸铵、钨酸钠、硼酸和次磷酸钠加入水中，升温至20~40℃，搅拌溶解得溶液A；
2）将水性聚氨酯、间苯二甲胺、苯甲酸钠、二丁基月桂酸锡、聚乙二醇、植酸和二酚基丙烷混合，加热至60~80℃，搅拌30~50min，冷却至室温，得到溶液B；
3）将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀后加入余下组分，搅拌均匀即可，得到航空铝合金防腐钝化剂。
实施例5
一种航空铝合金防腐钝化剂，组分及各组分质量份数如下：氯化钛5份，硝酸氧钛5份，氟钛酸铵 3份，钨酸钠3份，硼酸10份，次磷酸钠6份，水性聚氨酯15份，间苯二甲胺6份，苯甲酸钠3份，二丁基月桂酸锡0.5份，聚乙二醇5份，植酸20份，二酚基丙烷5份，高锰酸钾3.5份，磷酸二氢钾2.5份，水45份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将氯化钛、硝酸氧钛、氟钛酸铵、钨酸钠、硼酸和次磷酸钠加入水中，升温至30℃，搅拌溶解得溶液A；
2）将水性聚氨酯、间苯二甲胺、苯甲酸钠、二丁基月桂酸锡、聚乙二醇、植酸和二酚基丙烷混合，加热至70℃，搅拌40min，冷却至室温，得到溶液B；
3）将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀后加入余下组分，搅拌均匀即可，得到航空铝合金防腐钝化剂。
对比例1
本实施例同实施例5的区别仅在于：不包含植酸和二酚基丙烷，其他组分及其含量，制备方法同实施例5。
对比例2
本实施例同实施例5的区别仅在于：不包含氯化钛、硝酸氧钛和氟钛酸铵，其他组分及其含量，制备方法同实施例5。
将铝合金用 DK7732 型电火花数控线切割机床加工成规格为13mm×13mm×5mm的小片，打磨，直到表面露出金属光泽、平整且无划痕即可，作为测试样品，将铝合金采用实施例1~5及对比例1和2的航空铝合金防腐钝化剂进行涂覆钝化，涂覆量为5mL/g，然后80℃干燥5min，然后进行性能测试，结果见表1。
参照机械行业标准 JB/T 6073-1992，采用全浸腐蚀试验测定航空铝合金防腐钝化剂在铝合金表面形成涂层的耐蚀性能：取样品浸入 5% NaCl 溶液中浸泡，试样用塑料绳悬挂，上端距液面大于 2cm，溶液 pH 值为 6.5，每隔六天更换一次盐水，敞口放置，温度25±2℃，记录每个样品出现第一个红锈的时间，耐蚀时间作为耐蚀性评价结果。
中性盐雾试验：
试验箱内的温度保持在35℃，压缩空气要预热到45℃之间并调节到足够的压力。氯化纳溶液的质量浓度为5%±1%，冷凝后溶液的pH值在6.5-7.2之间。在盐雾试验过程中，降雾量应控制在如下范围:每80cm2水平面内，每小时收集的降雾量平均为1.0~2.0ml之间，将试样放置在试验箱中进行连续喷雾72小时，测定平面部腐蚀程度。
涂膜附着力实验：
在试验片的涂膜上间隔1mm刻画横竖垂直的线，根据断开处裂痕扩展的大小判定涂膜的脆性及对本材质的附着性能是否良好。
表1：
| 耐蚀时间 | 72h平面腐蚀度 | 附着力 | |
| 实施例1 | 286h | 5.1% | 一级 |
| 实施例2 | 291h | 4.8% | 一级 |
| 实施例3 | 327h | 3.6% | 一级 |
| 实施例4 | 343h | 3.2% | 一级 |
| 实施例5 | 487h | 2.0% | 一级 |
| 对比例1 | 167h | 17.5% | 二级 |
| 对比例2 | 128h | 16.9% | 二级 |
Claims (8)
1.一种航空铝合金防腐钝化剂，其特征在于，组分及各组分质量份数如下：氯化钛2~8份，硝酸氧钛1~10份，氟钛酸铵 1~5份，钨酸钠1~5份，硼酸5~15份，次磷酸钠3~9份，水性聚氨酯10~20份，间苯二甲胺 4~8份，苯甲酸钠1~5份，二丁基月桂酸锡0.2~0.8份，聚乙二醇3~7份，植酸10~30份，二酚基丙烷2~8份，氧化剂 2~5份，稳定剂 1~4份，水30~60份。
2.根据权利要求1所述航空铝合金防腐钝化剂，其特征在于：所述氧化剂为高锰酸钾或者氯酸钾。
3.根据权利要求1所述航空铝合金防腐钝化剂，其特征在于：所述稳定剂为磷酸二氢钾或者磷酸二氢钠。
4.根据权利要求1所述航空铝合金防腐钝化剂，其特征在于，组分及各组分质量份数如下：氯化钛4~6份，硝酸氧钛3~7份，氟钛酸铵 2~4份，钨酸钠2~4份，硼酸8~12份，次磷酸钠5~7份，水性聚氨酯12~18份，间苯二甲胺5~7份，苯甲酸钠2~4份，二丁基月桂酸锡0.4~0.6份，聚乙二醇4~6份，植酸15~25份，二酚基丙烷4~6份，氧化剂3~4份，稳定剂2~3份，水40~50份。
5.根据权利要求1所述航空铝合金防腐钝化剂，其特征在于，组分及各组分质量份数如下：氯化钛5份，硝酸氧钛5份，氟钛酸铵 3份，钨酸钠3份，硼酸10份，次磷酸钠6份，水性聚氨酯15份，间苯二甲胺6份，苯甲酸钠3份，二丁基月桂酸锡0.5份，聚乙二醇5份，植酸20份，二酚基丙烷5份，氧化剂3.5份，稳定剂2.5份，水45份。
6.权利要求1所述航空铝合金防腐钝化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将氯化钛、硝酸氧钛、氟钛酸铵、钨酸钠、硼酸和次磷酸钠加入水中，升温至20~40℃，搅拌溶解得溶液A；
2）将水性聚氨酯、间苯二甲胺、苯甲酸钠、二丁基月桂酸锡、聚乙二醇、植酸和二酚基丙烷混合，加热至60~80℃，搅拌30~50min，冷却至室温，得到溶液B；
3）将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀后加入余下组分，搅拌均匀即可，得到航空铝合金防腐钝化剂。
7.根据权利要求6所述的航空铝合金防腐钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中加热至30℃，搅拌10min。
8.根据权利要求6所述的航空铝合金防腐钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中加热至70℃，搅拌40min。
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