CN107400894B - 一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法 - Google Patents

一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）清洗处理、（2）除油脱脂处理、（3）酸碱清洗处理、（4）表面打磨处理、（5）干燥处理、（6）硅烷处理剂制备、（7）硅烷化处理、（8）清洗干燥处理。本发明在对铝合金泵盖有机硅烷处理的过程中，通过引入特殊改性后的纳米二氧化硅颗粒成分，有效促进和提升了泵盖表面硅烷膜的形成速度和质量，显著降低了铝合金泵盖自腐蚀电流密度，耐腐蚀性和表面硬度均得到有效提升，使用寿命提高了4倍以上，具有很强的市场竞争力。

Description

一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法
技术领域
本发明属于材料表面加工处理技术领域，具体涉及一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法。
背景技术
泵盖是泵中必不可少的零部件之一，为了减少泵的整体重量，现多数泵盖的制造均选用铝合金材料，而铝属于活泼金属，其合金材料零件使用前必须对其表面进行防护性处理。传统方式是在其表面上喷覆防腐涂料，但涂料常存在有害物质含量高、不利于作业人员身体健康的问题。有机硅烷处理技术具有污染程度低、毒性小、耐腐蚀性能好的特点，在金属表面预处理领域逐渐表现出较强的竞争力。随着人们对于产品性能的不断追求，对应的加工处理工艺及效果则需不断的进行改善，现有的有机硅烷处理技术效果仍需进一步提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法，包括如下步骤：
（1）清洗处理：
先用去离子水对铝合金泵盖表面进行冲洗处理，清洗去除表面灰尘、碎屑杂质后备用；
（2）除油脱脂处理：
将步骤（1）处理后的铝合金泵盖放入除油脱脂液中进行浸泡处理，期间加热保持除油脱脂液的温度为36~42℃，浸泡处理25~30min后将铝合金泵盖取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；所述的除油脱脂液由如下重量份的物质组成：5~7份烷基酚聚氧乙烯醚、12~15份六偏磷酸钠、4~6份脂肪醇聚氧乙烯醚、20~25份丙酮、280~300份水；
（3）酸碱清洗处理：
先将步骤（2）处理后的铝合金泵盖放入质量分数为5~8%的氢氧化钠溶液中浸泡处理3~5min，取出后去离子水冲洗一次后再放入质量分数为10~12%的硫酸溶液中浸泡处理4~6min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（4）表面打磨处理：
先用320目的砂纸对步骤（3）处理后的铝合金泵盖表面进行打磨，然后用500目的砂纸对铝合金泵盖表面进行二次打磨，接着用800目的砂纸对铝合金泵盖表面进行三次打磨，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（5）干燥处理：
将步骤（4）处理后的铝合金泵盖放入干燥箱内进行干燥处理，控制干燥时干燥箱内的温度为75~80℃，烘干完毕后将铝合金泵盖取出备用；
（6）硅烷处理剂制备：
将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：2~3：13~15混合均匀，加热控制其温度为24~28℃，调节其pH值为3.5~4，水解处理5~6h，然后再加入其总质量0.3~0.5%的改性纳米二氧化硅，高速搅拌均匀后制得硅烷处理剂备用，所述的改性纳米二氧化硅的制备方法为：
a.将纤维素和N,N'-羰基二咪唑按照质量比1.2~1.5：1的量混合放入反应釜中，然后加入其总质量4~6倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为50~55℃，保温处理1~1.5h后制得混合物A；
b.对操作a所得的混合物A进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅰ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅰ放入温度为80~85℃的干燥箱内干燥处理，完成后得混合物B备用；
c.将纳米二氧化硅与操作b所得的混合物B按照质量比100：3~5进行混合，然后共同放入质量分数为2~4%的盐酸溶液中，以200~300转/分的转速不断搅拌处理40~50min后的得混合物C，最后对混合物C进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅱ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅱ放入温度为90~95℃的干燥箱内干燥处理，完成后即得改性纳米二氧化硅；
（7）硅烷化处理：
将步骤（5）处理后的铝合金泵盖浸入到步骤（6）制得的硅烷处理剂中，加热保持硅烷处理剂的温度为65~70℃，保持此温度对铝合金泵盖浸泡处理1~1.5h后，再将铝合金泵盖取出备用；
（8）清洗干燥处理：
用去离子水对步骤（7）处理后的铝合金泵盖进行冲洗，然后再将其放入温度为55~60℃的干燥箱内进行干燥处理，完成后取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的除油脱脂液浸泡处理时，同时还施加了频率为25~28kHz的超声波进行辅助处理。
进一步的，步骤（6）中所述的向硅烷偶联剂中添加改性纳米二氧化硅后的高速搅拌速度控制为1500~1800转/分。
进一步的，步骤（8）中所述的干燥箱内的相对湿度为40~45%。
本发明为了增强对铝合金泵盖的表面改性效果，对整个处理工艺进行了特殊的改进处理，进而改善了硅烷膜的质量。本发明用独特配制的硅烷处理剂来取代传统的硅烷偶联剂，在硅烷偶联剂中添加了纳米二氧化硅成分，添加的纳米二氧化硅可有效的抑制腐蚀铝合金过程中阴极反应的产生，并能提升硅烷膜的厚度和硬度，进而提升了整体的耐腐蚀性能，而为了更进一步的提升防腐效果，本发明又对纳米二氧化硅进行了改性处理，用N,N'-羰基二咪唑活化后的纤维素对纳米二氧化硅表面进行接枝处理，有效改善了传统纤维素仅仅通过物理包覆作用连接在纳米氧化锌的表面上造成吸附量极少的问题，接枝改性后的纳米二氧化硅能更有效稳定的固定在硅烷膜中，提升膜整体的理化性能，同时接枝的纤维素具有大量的羟基，而硅烷偶联剂是通过水解后生成的硅醇与铝合金基体表面的羟基发生缩合反应和交联作用进行结合生成硅烷膜，进而改性后的纳米二氧化硅又反向促进了硅烷膜的生成，最终制得的硅烷膜品质较高。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明在对铝合金泵盖有机硅烷处理的过程中，通过引入特殊改性后的纳米二氧化硅颗粒成分，有效促进和提升了泵盖表面硅烷膜的形成速度和质量，显著降低了铝合金泵盖自腐蚀电流密度，耐腐蚀性和表面硬度均得到有效提升，使用寿命提高了4倍以上，具有很强的市场竞争力。
具体实施方式
实施例1
一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法，包括如下步骤：
（1）清洗处理：
先用去离子水对铝合金泵盖表面进行冲洗处理，清洗去除表面灰尘、碎屑杂质后备用；
（2）除油脱脂处理：
将步骤（1）处理后的铝合金泵盖放入除油脱脂液中进行浸泡处理，期间加热保持除油脱脂液的温度为36℃，浸泡处理25min后将铝合金泵盖取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；所述的除油脱脂液由如下重量份的物质组成：5份烷基酚聚氧乙烯醚、12份六偏磷酸钠、4份脂肪醇聚氧乙烯醚、20份丙酮、280份水；
（3）酸碱清洗处理：
先将步骤（2）处理后的铝合金泵盖放入质量分数为5%的氢氧化钠溶液中浸泡处理3min，取出后去离子水冲洗一次后再放入质量分数为10%的硫酸溶液中浸泡处理4min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（4）表面打磨处理：
先用320目的砂纸对步骤（3）处理后的铝合金泵盖表面进行打磨，然后用500目的砂纸对铝合金泵盖表面进行二次打磨，接着用800目的砂纸对铝合金泵盖表面进行三次打磨，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（5）干燥处理：
将步骤（4）处理后的铝合金泵盖放入干燥箱内进行干燥处理，控制干燥时干燥箱内的温度为75℃，烘干完毕后将铝合金泵盖取出备用；
（6）硅烷处理剂制备：
将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：2：13混合均匀，加热控制其温度为24℃，调节其pH值为3.5，水解处理5h，然后再加入其总质量0.3%的改性纳米二氧化硅，高速搅拌均匀后制得硅烷处理剂备用，所述的改性纳米二氧化硅的制备方法为：
a.将纤维素和N,N'-羰基二咪唑按照质量比1.2：1的量混合放入反应釜中，然后加入其总质量4倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为50℃，保温处理1h后制得混合物A；
b.对操作a所得的混合物A进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅰ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅰ放入温度为80℃的干燥箱内干燥处理，完成后得混合物B备用；
c.将纳米二氧化硅与操作b所得的混合物B按照质量比100：3进行混合，然后共同放入质量分数为2%的盐酸溶液中，以200转/分的转速不断搅拌处理40min后的得混合物C，最后对混合物C进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅱ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅱ放入温度为90℃的干燥箱内干燥处理，完成后即得改性纳米二氧化硅；
（7）硅烷化处理：
将步骤（5）处理后的铝合金泵盖浸入到步骤（6）制得的硅烷处理剂中，加热保持硅烷处理剂的温度为65℃，保持此温度对铝合金泵盖浸泡处理1h后，再将铝合金泵盖取出备用；
（8）清洗干燥处理：
用去离子水对步骤（7）处理后的铝合金泵盖进行冲洗，然后再将其放入温度为55℃的干燥箱内进行干燥处理，完成后取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的除油脱脂液浸泡处理时，同时还施加了频率为25kHz的超声波进行辅助处理。
进一步的，步骤（6）中所述的向硅烷偶联剂中添加改性纳米二氧化硅后的高速搅拌速度控制为1500转/分。
进一步的，步骤（8）中所述的干燥箱内的相对湿度为40~45%。
实施例2
一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法，包括如下步骤：
（1）清洗处理：
先用去离子水对铝合金泵盖表面进行冲洗处理，清洗去除表面灰尘、碎屑杂质后备用；
（2）除油脱脂处理：
将步骤（1）处理后的铝合金泵盖放入除油脱脂液中进行浸泡处理，期间加热保持除油脱脂液的温度为40℃，浸泡处理28min后将铝合金泵盖取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；所述的除油脱脂液由如下重量份的物质组成：6份烷基酚聚氧乙烯醚、13份六偏磷酸钠、5份脂肪醇聚氧乙烯醚、22份丙酮、290份水；
（3）酸碱清洗处理：
先将步骤（2）处理后的铝合金泵盖放入质量分数为7%的氢氧化钠溶液中浸泡处理4min，取出后去离子水冲洗一次后再放入质量分数为11%的硫酸溶液中浸泡处理5min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（4）表面打磨处理：
先用320目的砂纸对步骤（3）处理后的铝合金泵盖表面进行打磨，然后用500目的砂纸对铝合金泵盖表面进行二次打磨，接着用800目的砂纸对铝合金泵盖表面进行三次打磨，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（5）干燥处理：
将步骤（4）处理后的铝合金泵盖放入干燥箱内进行干燥处理，控制干燥时干燥箱内的温度为78℃，烘干完毕后将铝合金泵盖取出备用；
（6）硅烷处理剂制备：
将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：2.5：14混合均匀，加热控制其温度为26℃，调节其pH值为3.8，水解处理5.5h，然后再加入其总质量0.4%的改性纳米二氧化硅，高速搅拌均匀后制得硅烷处理剂备用，所述的改性纳米二氧化硅的制备方法为：
a.将纤维素和N,N'-羰基二咪唑按照质量比1.4：1的量混合放入反应釜中，然后加入其总质量5倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为53℃，保温处理1.2h后制得混合物A；
b.对操作a所得的混合物A进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅰ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅰ放入温度为82℃的干燥箱内干燥处理，完成后得混合物B备用；
c.将纳米二氧化硅与操作b所得的混合物B按照质量比100：4进行混合，然后共同放入质量分数为3%的盐酸溶液中，以260转/分的转速不断搅拌处理45min后的得混合物C，最后对混合物C进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅱ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅱ放入温度为93℃的干燥箱内干燥处理，完成后即得改性纳米二氧化硅；
（7）硅烷化处理：
将步骤（5）处理后的铝合金泵盖浸入到步骤（6）制得的硅烷处理剂中，加热保持硅烷处理剂的温度为67℃，保持此温度对铝合金泵盖浸泡处理1.4h后，再将铝合金泵盖取出备用；
（8）清洗干燥处理：
用去离子水对步骤（7）处理后的铝合金泵盖进行冲洗，然后再将其放入温度为58℃的干燥箱内进行干燥处理，完成后取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的除油脱脂液浸泡处理时，同时还施加了频率为27kHz的超声波进行辅助处理。
进一步的，步骤（6）中所述的向硅烷偶联剂中添加改性纳米二氧化硅后的高速搅拌速度控制为1700转/分。
进一步的，步骤（8）中所述的干燥箱内的相对湿度为40~45%。
实施例3
一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法，包括如下步骤：
（1）清洗处理：
先用去离子水对铝合金泵盖表面进行冲洗处理，清洗去除表面灰尘、碎屑杂质后备用；
（2）除油脱脂处理：
将步骤（1）处理后的铝合金泵盖放入除油脱脂液中进行浸泡处理，期间加热保持除油脱脂液的温度为42℃，浸泡处理30min后将铝合金泵盖取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；所述的除油脱脂液由如下重量份的物质组成：7份烷基酚聚氧乙烯醚、15份六偏磷酸钠、6份脂肪醇聚氧乙烯醚、25份丙酮、300份水；
（3）酸碱清洗处理：
先将步骤（2）处理后的铝合金泵盖放入质量分数为8%的氢氧化钠溶液中浸泡处理5min，取出后去离子水冲洗一次后再放入质量分数为12%的硫酸溶液中浸泡处理6min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（4）表面打磨处理：
先用320目的砂纸对步骤（3）处理后的铝合金泵盖表面进行打磨，然后用500目的砂纸对铝合金泵盖表面进行二次打磨，接着用800目的砂纸对铝合金泵盖表面进行三次打磨，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（5）干燥处理：
将步骤（4）处理后的铝合金泵盖放入干燥箱内进行干燥处理，控制干燥时干燥箱内的温度为80℃，烘干完毕后将铝合金泵盖取出备用；
（6）硅烷处理剂制备：
将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：3：15混合均匀，加热控制其温度为28℃，调节其pH值为4，水解处理6h，然后再加入其总质量0.5%的改性纳米二氧化硅，高速搅拌均匀后制得硅烷处理剂备用，所述的改性纳米二氧化硅的制备方法为：
a.将纤维素和N,N'-羰基二咪唑按照质量比1.5：1的量混合放入反应釜中，然后加入其总质量6倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为55℃，保温处理1.5h后制得混合物A；
b.对操作a所得的混合物A进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅰ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅰ放入温度为85℃的干燥箱内干燥处理，完成后得混合物B备用；
c.将纳米二氧化硅与操作b所得的混合物B按照质量比100：5进行混合，然后共同放入质量分数为4%的盐酸溶液中，以300转/分的转速不断搅拌处理50min后的得混合物C，最后对混合物C进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅱ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅱ放入温度为95℃的干燥箱内干燥处理，完成后即得改性纳米二氧化硅；
（7）硅烷化处理：
将步骤（5）处理后的铝合金泵盖浸入到步骤（6）制得的硅烷处理剂中，加热保持硅烷处理剂的温度为70℃，保持此温度对铝合金泵盖浸泡处理1.5h后，再将铝合金泵盖取出备用；
（8）清洗干燥处理：
用去离子水对步骤（7）处理后的铝合金泵盖进行冲洗，然后再将其放入温度为60℃的干燥箱内进行干燥处理，完成后取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的除油脱脂液浸泡处理时，同时还施加了频率为28kHz的超声波进行辅助处理。
进一步的，步骤（6）中所述的向硅烷偶联剂中添加改性纳米二氧化硅后的高速搅拌速度控制为1800转/分。
进一步的，步骤（8）中所述的干燥箱内的相对湿度为40~45%。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，在步骤（6）硅烷处理剂制备操作a中，不利用N,N'-羰基二咪唑对纤维素进行活化处理，即不添加N,N'-羰基二咪唑成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（6）硅烷处理剂制备中，使用等质量份的普通纳米二氧化硅取代改性纳米二氧化硅，按照相同方法制成硅烷处理剂，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的铝合金表面有机硅烷化处理工艺。
为了对比本发明效果，选用同一材质的铝合金作为实验对象，其中所选铝合金中各化学元素组分百分比含量为：Mg 0.05~0.15%，Cu 0.1~0.4%，Mn 0.15%，Fe 0.7%，Si 0.4~0.7%，Zn 0.25%，余量为Al；将所选的铝合金材料随机分为四组，分别对应使用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对照组的方法进行处理，然后对处理后的铝合金材料进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
自腐蚀电位E<sub>corr</sub>（V） 自腐蚀电流密度i<sub>corr</sub>（A/cm<sup>2</sup>）
实施例2 -1.108 0.024
对比实施例1 -1.286 0.268
对比实施例2 -1.405 0.497
对照组 -1.457 0.554
注：上表1中所述的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度是通过电化学测试而得，具体方式是将对应处理后的铝合金作为工作电极，以铂电极作为辅助电极，以氧化汞电极和饱和甘汞电极作为参比电极，电解溶液为质量分数3.5%的 NaCl溶液，测量不同铝合金电极试样的塔菲尔曲线，控制测试电位的扫面范围是开路电位±1.5V，扫描频率设置为 0.5mV/s，由此得出自腐蚀电位和自腐蚀电流密度。
由上表1可以看出，本发明处理后的铝合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度均有较大程度的下降，而自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的降低表现出其抗腐蚀性的提升，也即本发明处理后的铝合金的防腐性能得到有效增强，使用性能较好。

Claims (3)

1.一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）清洗处理：
先用去离子水对铝合金泵盖表面进行冲洗处理，清洗去除表面灰尘、碎屑杂质后备用；
（2）除油脱脂处理：
将步骤（1）处理后的铝合金泵盖放入除油脱脂液中进行浸泡处理，期间加热保持除油脱脂液的温度为36~42℃，浸泡处理25~30min后将铝合金泵盖取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；所述的除油脱脂液由如下重量份的物质组成：5~7份烷基酚聚氧乙烯醚、12~15份六偏磷酸钠、4~6份脂肪醇聚氧乙烯醚、20~25份丙酮、280~300份水；
（3）酸碱清洗处理：
先将步骤（2）处理后的铝合金泵盖放入质量分数为5~8%的氢氧化钠溶液中浸泡处理3~5min，取出后去离子水冲洗一次后再放入质量分数为10~12%的硫酸溶液中浸泡处理4~6min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（4）表面打磨处理：
先用320目的砂纸对步骤（3）处理后的铝合金泵盖表面进行打磨，然后用500目的砂纸对铝合金泵盖表面进行二次打磨，接着用800目的砂纸对铝合金泵盖表面进行三次打磨，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（5）干燥处理：
将步骤（4）处理后的铝合金泵盖放入干燥箱内进行干燥处理，控制干燥时干燥箱内的温度为75~80℃，烘干完毕后将铝合金泵盖取出备用；
（6）硅烷处理剂制备：
将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：2~3：13~15混合均匀，加热控制其温度为24~28℃，调节其pH值为3.5~4，水解处理5~6h，然后再加入其总质量0.3~0.5%的改性纳米二氧化硅，高速搅拌均匀后制得硅烷处理剂备用，所述的向硅烷偶联剂中添加改性纳米二氧化硅后的高速搅拌速度控制为1500~1800转/分，所述的改性纳米二氧化硅的制备方法为：
a.将纤维素和N,N'-羰基二咪唑按照质量比1.2~1.5：1的量混合放入反应釜中，然后加入其总质量4~6倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为50~55℃，保温处理1~1.5h后制得混合物A；
b.对操作a所得的混合物A进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅰ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅰ放入温度为80~85℃的干燥箱内干燥处理，完成后得混合物B备用；
c.将纳米二氧化硅与操作b所得的混合物B按照质量比100：3~5进行混合，然后共同放入质量分数为2~4%的盐酸溶液中，以200~300转/分的转速不断搅拌处理40~50min后的得混合物C，最后对混合物C进行抽滤处理，然后用去离子水对抽滤所得的滤饼Ⅱ进行冲洗，最后再将滤饼Ⅱ放入温度为90~95℃的干燥箱内干燥处理，完成后即得改性纳米二氧化硅；
（7）硅烷化处理：
将步骤（5）处理后的铝合金泵盖浸入到步骤（6）制得的硅烷处理剂中，加热保持硅烷处理剂的温度为65~70℃，保持此温度对铝合金泵盖浸泡处理1~1.5h后，再将铝合金泵盖取出备用；
（8）清洗干燥处理：
用去离子水对步骤（7）处理后的铝合金泵盖进行冲洗，然后再将其放入温度为55~60℃的干燥箱内进行干燥处理，完成后取出即可。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法，其特征在于，步骤（2）中所述的除油脱脂液浸泡处理时，同时还施加了频率为25~28kHz的超声波进行辅助处理。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金泵盖的表面防腐处理方法，其特征在于，步骤（8）中所述的干燥箱内的相对湿度为40~45%。
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