CN107488842A - 一种改善钢材表面粘结特性的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，包括如下步骤：（1）表面预处理、（2）硅烷化处理、（3）复合改性处理。本发明对钢材的表面处理方法进行了特殊的改进处理，明显改善了钢材的表面特性，提升了与树脂粘合剂间的粘结性能，提升了与配合工件间的粘结强度，使用寿命和品质均得到有效改善，极具推广使用价值。
Description
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种改善钢材表面粘结特性的处理方法。
背景技术
工程机械是装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。工程机械的加工制造中必然少不了钢材的使用，现有的加工制造工艺中，多存在着钢材与金属或非金属通过树脂粘合剂粘结的形式，而为了提升此类粘结形式的使用稳定性，需要增强两工件间的粘结力，而提升粘结力的方法有提升树脂粘合剂的特性，改善树脂粘合剂与钢材、金属、非金属等的表面粘结特性等，目前人们多注重于树脂粘合剂的性能改善，而对后者的研究较少。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种改善钢材表面粘结特性的处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
先用500目的砂纸对钢材表面进行打磨处理，完成后用压缩空气吹去其表面碎屑杂质，然后再将钢材浸入到丙酮中清洗处理15~20min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）硅烷化处理：
将步骤（1）处理后的钢材浸入到硅烷偶联剂中，加热保持硅烷偶联剂的温度为38~42℃，浸泡处理6~8min后取出，再将其放入到烘干箱内干燥处理15~20min后取出备用；
（3）复合改性处理：
a.对步骤（2）处理后的钢材进行喷砂处理，所用的介质为金刚砂，控制砂粒度为150目、喷砂时的压力为0.4~0.5MPa、喷砂的距离为125~130mm、喷砂的角度为80~90°，喷砂完成后取出备用；
b.将操作a处理后的钢材放入到盐酸溶液中浸泡处理1~2min后取出，然后再放入到氢氧化钠溶液中浸泡处理2~3min，取出后再用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的钢材放入到磷化处理液中浸泡处理10~13min后取出，用去离子水冲洗一遍后再放入到烘干箱内干燥处理20~25min后取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种。
进一步的，步骤（2）中所述的干燥处理的温度控制为140~150℃。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为5~7%，所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为7~9%。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的磷化处理液中各成分及其对应含量为：磷酸二氢钠30~35g/L、磷酸9~12ml/L、硝酸钠3~6g/L、酒石酸1~2g/L、柠檬酸0.5~1g/L、植酸0.5~1.5g/L，余量为水。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的干燥处理的温度控制为80~90℃。
改善钢材表面特性，提升其与胶黏剂界面间的粘结特性是增强工件间粘结强度的方向之一，目前也有对钢材表面特性进行改善的处理方法，但方式较为单一，处理的效果仍不令人满意，对此本发明在大量实践的基础上对钢材的表面处理工艺又进行了特殊的优化改进，其中先对钢材进行了硅烷化处理，通过硅烷偶联剂的作用，在钢材的表面上形成了一层硅烷膜，此工艺已能明显的改善钢材的表面粘结特性，现有的多数方法也就仅此处理，但还是不能满足人们对工件性能的不断追求，本发明接着又对硅烷化处理后的钢材进行了复合改性处理，具体先进行了喷砂处理，用喷砂处理来破坏部分硅烷膜，并在钢材表面形成了一些微小凹坑，提升了钢材的表面粗糙度，接着又进行了酸碱浸泡处理，其能去除喷砂处理时损伤的硅烷膜组织，使得钢材基材表面露出，为后续的处理奠定了基础，最后又进行了磷化处理，此时磷化处理液与钢材基材表面接触，对钢材产生磷化效果，磷化时钢材表面形成一层以磷酸盐为核心的放射状分布的磷化膜，因钢材表面事先形成了硅烷膜，后续生成的磷化膜以喷砂处理、酸碱浸泡处理后产生的钢材基材表面裸露点为着力固定点，沉积架设在硅烷膜的上层，与硅烷膜形成了穿插的复合膜层，当树脂粘合剂涂覆后，一部分固定在磷化膜上，一部分在磷化膜的毛细作用下，渗入到磷化膜与硅烷膜之间，而硅烷膜即具有亲无机物基团，又具有亲有机物基团，能有效的增强钢材与树脂粘合剂之间的粘结强度，在磷化膜与硅烷膜的共同作用下，树脂粘合剂在钢材表面上的粘结量、固定效果均得到明显提升，从而增强了钢材与其它工件间的粘结特性。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对钢材的表面处理方法进行了特殊的改进处理，明显改善了钢材的表面特性，提升了与树脂粘合剂间的粘结性能，提升了与配合工件间的粘结强度，使用寿命和品质均得到有效改善，极具推广使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
先用500目的砂纸对钢材表面进行打磨处理，完成后用压缩空气吹去其表面碎屑杂质，然后再将钢材浸入到丙酮中清洗处理15min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）硅烷化处理：
将步骤（1）处理后的钢材浸入到硅烷偶联剂中，加热保持硅烷偶联剂的温度为38℃，浸泡处理6min后取出，再将其放入到烘干箱内干燥处理15min后取出备用；
（3）复合改性处理：
a.对步骤（2）处理后的钢材进行喷砂处理，所用的介质为金刚砂，控制砂粒度为150目、喷砂时的压力为0.4MPa、喷砂的距离为125mm、喷砂的角度为80°，喷砂完成后取出备用；
b.将操作a处理后的钢材放入到盐酸溶液中浸泡处理1min后取出，然后再放入到氢氧化钠溶液中浸泡处理2min，取出后再用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的钢材放入到磷化处理液中浸泡处理10min后取出，用去离子水冲洗一遍后再放入到烘干箱内干燥处理20min后取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550。
进一步的，步骤（2）中所述的干燥处理的温度控制为140℃。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为5%，所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为7%。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的磷化处理液中各成分及其对应含量为：磷酸二氢钠30g/L、磷酸9ml/L、硝酸钠3g/L、酒石酸1g/L、柠檬酸0.5g/L、植酸0.5g/L，余量为水。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的干燥处理的温度控制为80℃。
实施例2
一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
先用500目的砂纸对钢材表面进行打磨处理，完成后用压缩空气吹去其表面碎屑杂质，然后再将钢材浸入到丙酮中清洗处理18min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）硅烷化处理：
将步骤（1）处理后的钢材浸入到硅烷偶联剂中，加热保持硅烷偶联剂的温度为40℃，浸泡处理7min后取出，再将其放入到烘干箱内干燥处理19min后取出备用；
（3）复合改性处理：
a.对步骤（2）处理后的钢材进行喷砂处理，所用的介质为金刚砂，控制砂粒度为150目、喷砂时的压力为0.45MPa、喷砂的距离为128mm、喷砂的角度为85°，喷砂完成后取出备用；
b.将操作a处理后的钢材放入到盐酸溶液中浸泡处理1.4min后取出，然后再放入到氢氧化钠溶液中浸泡处理2.6min，取出后再用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的钢材放入到磷化处理液中浸泡处理12min后取出，用去离子水冲洗一遍后再放入到烘干箱内干燥处理23min后取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh560。
进一步的，步骤（2）中所述的干燥处理的温度控制为145℃。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为6%，所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为8%。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的磷化处理液中各成分及其对应含量为：磷酸二氢钠33g/L、磷酸11ml/L、硝酸钠5g/L、酒石酸1.5g/L、柠檬酸0.8g/L、植酸1g/L，余量为水。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的干燥处理的温度控制为85℃。
实施例3
一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
先用500目的砂纸对钢材表面进行打磨处理，完成后用压缩空气吹去其表面碎屑杂质，然后再将钢材浸入到丙酮中清洗处理20min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）硅烷化处理：
将步骤（1）处理后的钢材浸入到硅烷偶联剂中，加热保持硅烷偶联剂的温度为42℃，浸泡处理8min后取出，再将其放入到烘干箱内干燥处理20min后取出备用；
（3）复合改性处理：
a.对步骤（2）处理后的钢材进行喷砂处理，所用的介质为金刚砂，控制砂粒度为150目、喷砂时的压力为0.5MPa、喷砂的距离为130mm、喷砂的角度为90°，喷砂完成后取出备用；
b.将操作a处理后的钢材放入到盐酸溶液中浸泡处理2min后取出，然后再放入到氢氧化钠溶液中浸泡处理3min，取出后再用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的钢材放入到磷化处理液中浸泡处理13min后取出，用去离子水冲洗一遍后再放入到烘干箱内干燥处理25min后取出即可。
进一步的，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh570。
进一步的，步骤（2）中所述的干燥处理的温度控制为150℃。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为7%，所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为9%。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的磷化处理液中各成分及其对应含量为：磷酸二氢钠35g/L、磷酸12ml/L、硝酸钠6g/L、酒石酸2g/L、柠檬酸1g/L、植酸1.5g/L，余量为水。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的干燥处理的温度控制为90℃。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（3）复合改性处理中的操作a处理，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，省去步骤（3）复合改性处理中的操作a和操作b处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，省去步骤（3）复合改性处理的整个处理操作，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，选用市售45号钢作为实验对象，其厚度为3mm，然后配制树脂粘合剂，具体配制方法是：将环氧树脂和酚醛树脂按照重量比2：1进行混合，然后加入其总质量10%的邻苯二甲酸二丁酯、15%的环氧丙烷丁基醚，搅拌处理60min后，再加入缩胺105，继续搅拌处理15min后即可；将45号钢分别对应用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3所述的方法进行处理，然后用配制树脂粘合剂进行涂装，最后参照《GB7124-86胶黏剂拉伸剪切强度测定方法（金属对金属）》制备拉剪试样，处理后的试样在80℃烤箱中烘烤固化处理150min后再对试样进行性能检测，具体对比数据如下表1所示：
表1
| 平均剪切强度（MPa） | |
| 实施例2 | 30.12 |
| 对比实施例1 | 24.15 |
| 对比实施例2 | 19.76 |
| 对比实施例3 | 22.51 |
注：上表1中所述的剪切强度是使用WAW-300微机控制电液伺服万能试验机在室温下测试拉剪强度，加载的速率为2mm/min。
由上表1可以看出，本发明实施例2对应处理后的钢材试样的粘合力最强，较现有技术的对比实施例3中单一使用硅烷偶联剂处理的效果有明显提升，而未经喷丸处理的对比实施例1，其性能较对比实施例3仅有小幅提升，而直接进行磷化处理的对比实施例2较对比实施例3的性能反而下降，其原因是磷化膜的生成效果和固定稳定性不好，同时又会影响原有硅烷膜的使用效果，起到了副作用效果。
Claims (6)
1.一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
先用500目的砂纸对钢材表面进行打磨处理，完成后用压缩空气吹去其表面碎屑杂质，然后再将钢材浸入到丙酮中清洗处理15~20min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）硅烷化处理：
将步骤（1）处理后的钢材浸入到硅烷偶联剂中，加热保持硅烷偶联剂的温度为38~42℃，浸泡处理6~8min后取出，再将其放入到烘干箱内干燥处理15~20min后取出备用；
（3）复合改性处理：
a.对步骤（2）处理后的钢材进行喷砂处理，所用的介质为金刚砂，控制砂粒度为150目、喷砂时的压力为0.4~0.5MPa、喷砂的距离为125~130mm、喷砂的角度为80~90°，喷砂完成后取出备用；
b.将操作a处理后的钢材放入到盐酸溶液中浸泡处理1~2min后取出，然后再放入到氢氧化钠溶液中浸泡处理2~3min，取出后再用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的钢材放入到磷化处理液中浸泡处理10~13min后取出，用去离子水冲洗一遍后再放入到烘干箱内干燥处理20~25min后取出即可。
2.根据权利要求1所述的一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，其特征在于，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，其特征在于，步骤（2）中所述的干燥处理的温度控制为140~150℃。
4.根据权利要求1所述的一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，其特征在于，步骤（3）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为5~7%，所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为7~9%。
5.根据权利要求1所述的一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，其特征在于，步骤（3）操作c中所述的磷化处理液中各成分及其对应含量为：磷酸二氢钠30~35g/L、磷酸9~12ml/L、硝酸钠3~6g/L、酒石酸1~2g/L、柠檬酸0.5~1g/L、植酸0.5~1.5g/L，余量为水。
6.根据权利要求1所述的一种改善钢材表面粘结特性的处理方法，其特征在于，步骤（3）操作c中所述的干燥处理的温度控制为80~90℃。
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| GR01 | Patent grant | ||
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