CN106336692A - 一种紧固件用涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧固件用涂料，该涂料所包含的组分及各组分在涂料中的质量百分比为：二硫化钼3.0-10.0%、金属氧化物0-2.0%、铝0.2-4.0%、银3.3-11.0%、镍0-4.0%、铜0-4.0%、磷酸铝铬盐3.0-20.0%、水3.0-20.0%、气相二氧化硅0.5-1.0%、助剂0.5-5.0%、甲醇或乙醇为余量。本发明还公开了该涂料的制备方法和应用。本发明涂料所得涂层与高温合金紧固件的螺纹结构表面具有良好的结合力，能在1000℃以下重复多次使用，不粉化，可防止紧固件在高温下粘结、卡咬或抱死，减少设备装置在维护和装配过程中产生不必要的损失，延长设备使用寿命。

Description

一种紧固件用涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种紧固件用涂料及其制备方法和应用，属于复合材料及其涂层制备技术领域。该涂料适用于<1000℃使用的耐高温紧固件或连接件的螺纹部分，如发动机、燃气轮机、锅炉、反应釜、高温泵、蒸汽塔、炉膛以及海洋、船舶机械等设备用的高温紧固件。

背景技术

作为高温合金紧固件，使用中经常因高温粘结而出现卡咬、抱死现象，导致设备损坏严重，造成较大经济损失。在已有的技术中，采用表面镀银、磷化后涂石墨等方案，但高温下仍然易脱落、咬死严重；采用高温或超高温润滑脂，如CN101445759A，由于合成酯类油基体不耐酸碱盐腐蚀，并且在600-800℃下使用时粉化严重，导致螺栓冷却到室温后仍不能自由分解；而CN 102464940 B中的防抱死材料，虽然能解决发动机装配螺栓在900℃以下使用后的被抱死问题，但该防抱死材料只能单次使用，使得发动机重复装配过程中的操作难度和维护成本增加，降低了维护和装配效率；因此对于高温应用，特别是800℃以上、存在腐蚀性气氛工况中的紧固件，需要解决高温紧固件重复使用中的长效防粘结和防抱死问题。

发明内容

本发明在克服上述不足之处，针对现有高温合金紧固件应用工况要求，提供了一种紧固件用涂料及其制备方法和应用，解决紧固件在高温及腐蚀性气氛工况中螺纹部分抱死，特别是解决高温发动机装配螺栓在重复使用中的长效防粘结和防抱死问题。该涂料涂覆在耐高温紧固件的螺纹表面所得涂层可防止紧固件在<1000℃的温度内产生粘结、抱死，涂层不粉化、可重复多次使用。

一种紧固件用涂料，其特征在于该涂料所包含的组分及各组分在涂料中的质量百分比为：二硫化钼3.0-10.0%、金属氧化物0-2.0%、铝0.2-4.0%、银3.3-11.0%、镍0-4.0%、铜0-4.0%、磷酸铝铬盐3.0-20.0%、水3.0-20.0%、气相二氧化硅0.5-1.0%、助剂0.5-5.0%、甲醇或乙醇为余量。

所述二硫化钼、金属氧化物、铝、银、镍和铜的粒度均≦10 μm。

所述金属氧化物为三氧化二铝、三氧化二铬和三氧化二铁中的任意一种或多种的混合物。

所述助剂为磷酸丁三酯(TBP)、乙醚中的一种或两种。

所述磷酸铝铬盐是由磷酸二氢铝和磷酸二氢铬组成的复合盐。

所述磷酸铝铬盐中磷与铝和铬的摩尔比为1.5:1～3.1:1，铝与铬的摩尔比为0.8:1～3:1。

上述紧固件用涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将二硫化钼、金属氧化物、铝、银、镍、铜高能球磨30-48小时，然后加入磷酸铝铬盐水溶液、气相二氧化硅、助剂、部分甲醇或乙醇的混合物，继续球磨1-3小时，再加入余量甲醇或乙醇，搅拌均匀得到涂料。

上述紧固件用涂料的应用，其特征在于采用喷枪将涂料均匀喷涂在高温合金紧固件的螺纹结构表面，然后在300～400℃下固化1-2小时，冷却至室温，得到紧固件用长效高温自润滑防粘涂层。

本发明所述涂料喷涂在紧固件螺纹装配表面得到的涂层具有优异的耐腐蚀、耐高温防粘、防抱死性能。

本发明的优点：

1. 本发明采用磷酸二氢铝和磷酸二氢铬组成的磷酸铝铬盐作为耐高温成膜物质。其中，适量Cr³⁺可降低Al(H₂PO₄)₃体系的脱水反应活化能，抑制其结晶化过程，且固化过程中加速其缩聚成膜，促进三维连续性非晶结构（玻璃相，粘结作用）的形成，并增加磷酸铝铬盐网络体系的无序度，从而降低磷酸铝铬盐升温过程相变产生的应力，起到填充、修补涂层裂纹的作用，提高涂层稳定性和成膜性能。

2. 本发明中采用二硫化钼、三氧化二铁、铝、银、镍等作为填料，通过高能球磨形成超细粉，其微粒子可填充到磷酸铝铬盐形成的网络结构中，从而减少涂层孔隙率，并提高涂层与基体间的热膨胀匹配性，增加涂层致密性和附着力。

3．本发明中通过添加二硫化钼、银，促使涂层在中低温区域具有良好的润滑性，而在高温区域通过表面二硫化钼氧化并与银反应可形成具有中高温润滑作用的钼酸银，从而在涂层表面与紧固件配副表面之间形成防高温粘结的自润滑层，可长效防止紧固件与配副之间产生高温粘结和抱死的现象，大大提高了高温下紧固件螺纹咬合表面的热障和恢复室温后防抱死性能，可重复多次在800～1000℃使用，且恢复到室温后，用装配扳手可自由分解紧固件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

称取3.0克二硫化钼、1.0克三氧化二铁、0.2克铝、3.3克银、1.5克铜粉末放入球磨罐中，进行高能球磨30小时后，加入3.0克磷酸铝铬盐、水3.0克、0.5克气相二氧化硅、0.5克磷酸丁三酯、30.0克乙醇继续球磨2小时，再加入54.0克乙醇，搅拌均匀并用乙醇平衡涂料总重至100.0克。采用喷枪将涂料均匀喷涂在高温合金紧固件的螺纹结构表面，然后在320℃下固化2小时，冷却至室温，得到紧固件用长效高温自润滑防粘涂层。

实施例2

称取9.0克二硫化钼、2.0克三氧化二铝、4.0克铝、11.0克银、4.0克镍粉末放入球磨罐中，进行高能球磨30小时后，加入20.0克磷酸铝铬盐、水20.0克、0.8克气相二氧化硅、2.0克乙醚、20.0克甲醇继续球磨2小时，再加入7.2甲醇，搅拌均匀并用甲醇平衡涂料总重至100.0克。采用喷枪将涂料均匀喷涂在高温合金紧固件的螺纹结构表面，然后在380℃下固化1.5小时，冷却至室温，得到紧固件用长效高温自润滑防粘涂层。

实施例3

称取6.0克二硫化钼、1.0克三氧化二铬、2.0克铝、8.0克银粉末放入球磨罐中，进行高能球磨30小时后，加入10.0克磷酸铝铬盐、水12.0克、1.0克气相二氧化硅、3.0克乙醚、2.0克磷酸丁三酯、30.0克乙醇继续球磨2小时，再加入25.0克乙醇，搅拌均匀并用乙醇平衡涂料总重至100.0克。采用喷枪将涂料均匀喷涂在高温合金紧固件的螺纹结构表面，然后在400℃下固化1小时，冷却至室温，得到紧固件用长效高温自润滑防粘涂层。

实施例4

称取10.0克二硫化钼、2.0克铝、11.0克银粉末放入球磨罐中，进行高能球磨30小时后，加入16.0克磷酸铝铬盐、水18.0克、1.0克气相二氧化硅、3.0克乙醚、2.0克磷酸丁三酯、30.0克乙醇继续球磨2小时，再加入7.0克乙醇，搅拌均匀并用乙醇平衡涂料总重至100.0克。采用喷枪将涂料均匀喷涂在高温合金紧固件的螺纹结构表面，然后在400℃下固化1小时，冷却至室温，得到紧固件用长效高温自润滑防粘涂层。

Claims (8)

1.一种紧固件用涂料，其特征在于该涂料所包含的组分及各组分在涂料中的质量百分比为：二硫化钼3.0-10.0%、金属氧化物0-2.0%、铝0.2-4.0%、银3.3-11.0%、镍0-4.0%、铜0-4.0%、磷酸铝铬盐3.0-20.0%、水3.0-20.0%、气相二氧化硅0.5-1.0%、助剂0.5-5.0%、甲醇或乙醇为余量。

2.如权利要求1所述的涂料，其特征在于所述二硫化钼、金属氧化物、铝、银、镍和铜的粒度均≦10 μm。

3.如权利要求1所述的涂料，其特征在于所述金属氧化物为三氧化二铝、三氧化二铬和三氧化二铁中的任意一种或多种的混合物。

4.如权利要求1所述的涂料，其特征在于所述助剂为磷酸丁三酯、乙醚中的一种或两种。

5.如权利要求1所述的涂料，其特征在于所述磷酸铝铬盐是由磷酸二氢铝和磷酸二氢铬组成的复合盐。

6.如权利要求1或5所述的涂料，其特征在于所述磷酸铝铬盐中磷与铝和铬的摩尔比为1.5:1～3.1:1，铝与铬的摩尔比为0.8:1～3:1。

7.如权利要求1所述紧固件用涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将二硫化钼、金属氧化物、铝、银、镍、铜高能球磨30-48小时，然后加入磷酸铝铬盐水溶液、气相二氧化硅、助剂、部分甲醇或乙醇的混合物，继续球磨1-3小时，再加入余量甲醇或乙醇，搅拌均匀得到涂料。

8.如权利要求1所述紧固件用涂料的应用，其特征在于采用喷枪将涂料均匀喷涂在高温合金紧固件的螺纹结构表面，然后在300～400℃下固化1-2小时，冷却至室温，得到紧固件用长效高温自润滑防粘涂层。