CN105970200A - 一种列车车门防护层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种列车车门防护层，其特征在于：包括体积分数分别为50～70%的纳米氧化物和30～50%硅烷膜；其中纳米氧化物包括氧化锆、氧化铝和二氧化钛中的至少两种；在防护层中，纳米氧化物起骨架作用，硅烷膜起润滑作用。该防护层的制备工艺依次如下：预先对车门基体表面进行织构化处理；配制施镀液；随后将织构化处理后的基体浸入到施镀液中进行施镀，最后在基体表面得到一层防护层。本发明在常温下能够得到表面致密、均匀的纳米氧化物陶瓷防护膜，该陶瓷防护层表面光滑、耐腐蚀能力优异，耐磨性能优良，热稳定性好，且制备工艺简单、重复性好，生产效率高，能源消耗低，对环境无污染，且对基体工件的形状没有限制，适用于大尺寸的零件表面处理。

Description

一种列车车门防护层及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金表面处理技术领域，尤其涉及一种列车车门防护层及其制备方法。
背景技术
伴随着高速列车综合技术性能的提高，对列车整体的美观性、防腐性等性能提出了更高的要求。一般，高速列车车门采用中空防锈铝合金型材及板材组焊而成。铝合金材料本身具有非常好的防腐性能，但受周围环境介质的化学作用或电化学作用，仍会产生腐蚀。在潮湿的天气中，铝合金表面会形成一层水膜，更为严重的是潮湿空气中存在一定的Cl2、SO2以及CO2等物质时，铝合金材料更容易发生点蚀、晶间腐蚀以及应力腐蚀等，因此有必要在铝合金材料表面形成一层保护层，以避免受到外界的腐蚀破坏。当列车在高速行驶中，所处环境温度有可能在短时间内发生急剧的变化，这就要求列车车门保护层与基体之间具有良好的结合力。此外，由于高速列车运行速度为200～400m/h，运行区间跨度广，湿度、温度、环境和气候条件非常复杂，部分地区风沙污染严重，这就需要考虑高速运行时列车车门的耐磨性、耐冲击形变能力和耐候性能。
目前铝合金普遍采用的是涂料涂装、络酸盐化学转换膜、阳极氧化及热喷涂技术提高耐蚀性。其中涂料涂装工艺、化学转化膜工艺及阳极氧化封闭层中需使用含重金属络的处理液，会对环境和人体造成较大的危害，亟需淘汰。由于陶瓷保护层与铝合金基体的热膨胀系数相差较大，热喷涂时必须在基体上喷涂中间层，导致喷涂工艺复杂，工作效率较低。近年来，以硅烷水解产物为主的有机-无机掺杂涂层和以氟锆酸盐和氟钛酸盐为主的表面陶瓷化处理由于具有与基体结合力良好，绿色环保等特点成为研究热点。但这种工艺存在耐蚀性不足、薄膜稳定性较差等缺点，导致使用效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种列车车门防护层及其制备方法，该防护层与基体之间的结合力高，兼具良好的耐腐蚀、耐磨损、热稳定和耐候性等性能，且制备工艺稳定，生产效率高。
为解决现有技术问题，本发明公开了一种列车车门防护层，包括体积分数分别为50～70%的纳米氧化物和30～50%硅烷膜；其中纳米氧化物包括氧化锆、氧化铝和二氧化钛中的至少两种；在防护层中，纳米氧化物起骨架作用，硅烷膜起润滑作用。
本发明还公开了一种列车车门防护层的制备方法，包括如下步骤：
第一步，车门基体表面织构化处理：首先对车门基体进行除油、除锈处理，随后将其浸泡于刻蚀液中进行刻蚀，随后取出用清水清洗数次；
第二步，配制施镀液：所述施镀液组成如下：镀膜剂40～60g/L，助镀剂60～100g/L，缓冲剂20～50g/L，络合剂15～30g/L，稳定剂80～150g/L，其余为溶剂水；随后采用盐酸溶液将施镀液的pH值调节至4～5之间，并将施镀液加热到30～40 ℃；
第三步：制备镀层：将织构化的基体浸入施镀液中，保持10～30 min，得到表面耐蚀耐磨层。
优选地，第一步中的刻蚀液的组成为浓度55～65%的H3PO4、5～15%的HAC、1～4%的HNO3和26～29%的H2O2混合水溶液，刻蚀时间为1～10min。
优选地，第二步中镀膜剂为氟锆酸钾、氟钛酸钾、氟铝酸钾、氟锆酸钠、氟钛酸钠和氟铝酸钠中的至少两种。
优选地，第二步中助镀剂为烷氧基硅烷。
优选地，第二步中缓冲剂为硼酸或柠檬酸钠。
优选地，第二步中络合剂为酒石酸、柠檬酸或乳酸。
优选地，第二步中稳定剂为硫代硫酸钠。
本发明具有的有益效果：
1、采用刻蚀液对铝合金表面进行了化学刻蚀，可以在基体表面得到纳米级别的织构化层，从而明显提高陶瓷防护层与基体之间的结合力，延长防护层的使用寿命。
2、本发明中烷氧基硅烷能够和陶瓷颗粒复合交联形成稳定的网状结构，陶瓷颗粒在网状结构中起到骨架作用，从而解决了单独使用硅烷时薄膜不稳定的问题。
3、相比于化学转化和阳极氧化等技术，本发明中防护层的制备在常温下即可进行，且通过控制施镀液组成能够得到表面致密、均匀的纳米氧化物陶瓷防护层，该陶瓷防护层表面光滑，耐腐蚀能力优异，耐磨性能优良，且热稳定性好。
4、本发明所述铝合金表面防腐耐磨涂层的制备工艺简单、重复性好，能源消耗低，对环境无污染，所用原料廉价易得，成本低廉，且对基体材料的形状没有限制，适用于较大面积的铝合金工件表面处理。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
第一步，铝合金基体表面织构化处理：首先对A7NOIS-T5型铝合金列车门进行除油、除锈处理，随后将其浸泡于浓度为55%的H3PO4、15%的HAC、1%的HNO3和29%的H2O2混合水溶液中1min进行刻蚀，随后取出用清水清洗数次。
第二步，配制施镀液：所述施镀液组成如下：氟锆酸钾20g/L，氟铝酸钾20g/L，十二烷基三甲氧基硅烷60g/L，硼酸20g/L，酒石酸15g/L，硫代硫酸钠80g/L，其余为溶剂水。随后采用盐酸溶液将施镀液的pH值调节至4，并将施镀液加热到30℃。
第三步：制备镀层：将织构化的基体浸入施镀液中，保持10min，得到表面陶瓷耐蚀耐磨防护层。防护层包括体积分数分别为50%的纳米氧化物和50%硅烷膜；其中纳米氧化物为氧化锆和氧化铝；在防护层中，纳米氧化物起骨架作用，硅烷膜起润滑作用。
将制备得到的耐蚀耐磨层层在35℃中性盐雾（质量分数为5%的NaCl溶液）测试。结果发现，铝合金车门在160小时后才出现腐蚀现象，具有良好的耐蚀性能。分别采用显微硬度计和自动划痕仪测得车门表面防护层的硬度为850HV和115MPa。
实施例二
第一步，铝合金基体表面织构化处理：首先对A7NOIS-T5型铝合金列车门进行除油、除锈处理，随后将其浸泡于浓度为65%的H3PO4、5%的HAC、4%的HNO3和26%的H2O2混合水溶液中10min进行刻蚀，随后取出用清水清洗数次。
第二步，配制施镀液：所述施镀液组成如下：氟钛酸钠40g/L，氟铝酸钠20g/L，十八烷基三甲氧基硅烷100g/L，硼酸50g/L，柠檬酸30g/L，硫代硫酸钠150g/L，其余为溶剂水。随后采用盐酸溶液将施镀液的pH值调节至5，并将施镀液加热到40℃。
第三步：制备镀层：将织构化的基体浸入施镀液中，保持30min，得到表面陶瓷耐蚀耐磨防护层。防护层包括体积分数分别为70%的纳米氧化物和30%硅烷膜；其中纳米氧化物为氧化铝和二氧化钛。
将制备得到的耐蚀耐磨层层在35℃中性盐雾（质量分数为5%的NaCl溶液）测试。结果发现，铝合金车门在200小时后才出现腐蚀现象，具有良好的耐蚀性能。分别采用显微硬度计和自动划痕仪测得车门表面防护层的硬度为995HV和75MPa。
实施例三
第一步，铝合金基体表面织构化处理：首先对A7NOIS-T5型铝合金列车门进行除油、除锈处理，随后将其浸泡于浓度为60%的H3PO4、10%的HAC、2.5%的HNO3和27.5%的H2O2混合水溶液中5min进行刻蚀，随后取出用清水清洗数次。
第二步，配制施镀液：所述施镀液组成如下：氟锆酸钠25g/L，氟钛酸钠25g/L，十二烷基三已氧基硅烷80g/L，柠檬酸钠40g/L，乳酸20g/L，硫代硫酸钠100g/L，其余为溶剂水。随后采用盐酸溶液将施镀液的pH值调节至4.5，并将施镀液加热到35℃。
第三步：制备镀层：将织构化的基体浸入施镀液中，保持20min，得到表面陶瓷耐蚀耐磨防护层。防护层包括体积分数分别为60%的纳米氧化物和40%硅烷膜；其中纳米氧化物为氧化锆和二氧化钛。
将制备得到的耐蚀耐磨层层在35℃中性盐雾（质量分数为5%的NaCl溶液）测试。结果发现，铝合金车门在180小时后才出现腐蚀现象，具有良好的耐蚀性能。分别采用显微硬度计和自动划痕仪测得车门表面防护层的硬度为880HV和94MPa。
本发明中，氟锆酸钠、氟钛酸钠或氟铝酸钠还可以用相应的钾盐化合物替代或混合使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1. 一种列车车门防护层，其特征在于：包括体积分数分别为50～70%的纳米氧化物和30～50%硅烷膜；其中纳米氧化物包括氧化锆、氧化铝和二氧化钛中的至少两种；在防护层中，纳米氧化物起骨架作用，硅烷膜起润滑作用。
2. 一种列车车门防护层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，车门基体表面织构化处理：首先对车门基体进行除油、除锈处理，随后将其浸泡于刻蚀液中进行刻蚀，随后取出用清水清洗数次；
第二步，配制施镀液：所述施镀液组成如下：镀膜剂40～60g/L，助镀剂60～100g/L，缓冲剂20～50g/L，络合剂15～30g/L，稳定剂80～150g/L，其余为溶剂水；随后采用盐酸溶液将施镀液的pH值调节至4～5之间，并将施镀液加热到30～40 ℃；
第三步：制备镀层：将织构化的基体浸入施镀液中，保持10～30 min，得到表面耐蚀耐磨层。
3. 根据权利要求2所述的一种列车车门防护层的制备方法，其特征在于：第一步中的刻蚀液的组成为浓度55～65%的H3PO4、5～15%的HAC、1～4%的HNO3和26～29%的H2O2混合水溶液，刻蚀时间为1～10min。
4. 根据权利要求2所述的一种列车车门防护层的制备方法，其特征在于：第二步中镀膜剂为氟锆酸钾、氟钛酸钾、氟铝酸钾、氟锆酸钠、氟钛酸钠和氟铝酸钠中的至少两种。
5. 根据权利要求2所述的一种列车车门防护层的制备方法，其特征在于：第二步中助镀剂为烷氧基硅烷。
6. 根据权利要求2所述的一种列车车门防护层的制备方法，其特征在于：第二步中缓冲剂为硼酸或柠檬酸钠。
7. 根据权利要求2所述的一种列车车门防护层的制备方法，其特征在于：第二步中络合剂为酒石酸、柠檬酸或乳酸。
8. 根据权利要求2所述的一种列车车门防护层的制备方法，其特征在于：第二步中稳定剂为硫代硫酸钠。
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