CN108914044A - 一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法 - Google Patents

一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能材料技术领域，公开了一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，对防腐蚀机理进行研究，将稀土金属化合物添加到防腐涂层制备中，防止了晶间脆裂，获得了耐腐蚀和耐摩擦性优异的涂层材料，选用了等离子喷涂工艺制备涂层，具有优良的耐腐蚀性能，经得起热疲劳和热冲击，力学性能更优，并且喷涂效率高、功耗小、涂层质量高，本发明制备得到的耐磨涂层材料能够使得农业机械耐磨性能优异，耐腐蚀性提高，适用范围更广，大大提高了农业机械金属件的使用功能和寿命，满足了特定的工作环境，降低因腐蚀摩擦等引起的损坏率和维修费用，能够实现提高农业生产效率的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。

Description

一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法。
背景技术
农业机械是指在作物种植业和畜牧业生产过程中，以及农、畜产品初加工和处理过程中所使用的各种机械。农业机械包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械、植物保护机械、农田排灌机械、作物收获机械、农产品加工机械、畜牧业机械和农业运输机械等。广义的农业机械还包括林业机械、渔业机械和蚕桑、养蜂、食用菌类培植等农村副业机械。农业机械属于相对概念，指用于农业、畜牧业、林业和渔业所有机械的总称，农业机械属于农机具的范畴。推广使用农业机械称为农业机械化。
随着国家提升农机化水平及加快农村基础设施政策的实施，农业机械的使用率越来越高。机械化快速发展使得设备以及构件的服役条件愈加严苛，因此对于材料性能的要求也愈加严苛。热浸镀技术是防止钢铁设备在自然环境中免受腐蚀的最经济有效的防护措施。其中热镀锌是目前常用的热浸镀技术之一，但是熔融锌本身对热镀设备具有强烈的腐蚀作用，使得成本升高、镀层质量差、加热效率低，并且能源消耗大等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，具有优良的耐腐蚀性能，经得起热疲劳和热冲击，力学性能更优，并且喷涂效率高、功耗小、涂层质量高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，包括以下步骤：
（1）称取45-48克硝酸锌、30-35克硝酸铝、22-24克硝酸钇、15-18克硝酸铕置于大烧杯中，加入120-130毫升去离子水和60-70毫升无水乙醇，在搅拌下向烧杯中滴加质量浓度为20-25%的氢氧化钠溶液，使体系pH值在9.2-9.4范围，升温煮沸后加入5.0-6.0克结合剂，在1000-1100转/分钟下搅拌混合30-40分钟，冷却静置1-2小时，完全沉淀后，在40-45℃环境下老化3-4小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以10-12℃/分钟的速度升温至330-350℃，焙烧3.5-4.5小时，自然降温冷却后进行球磨，得到粉料即为粉末涂料；
（2）使用粗纱布将金属件表面磨平，采用机械法进行抛光，使用的抛光粉为氧化铬，抛光处理后使用碱性清洗剂将金属件表面油污擦洗干净，除油污后使用60-65℃热水清洗除去皂化产物和残留清洗剂，然后使用55-60℃热风吹干，采用等离子喷涂将步骤（1）制备得到的粉末涂料喷涂于金属件表面，喷涂前将金属件预热至120-130℃，并将粉末涂料在140-150℃下烘制2-3小时；
（3）等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.68-0.70MPa，主气流量为1520-1530升/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.64-0.66MPa，辅气流量为1000-1050升/小时，送粉气压力为0.21-0.23MPa，喷涂距离为15-16厘米，喷涂速度为2.6-2.7千克/小时，喷涂厚度为0.45-0.55毫米。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述结合剂是由磷酸二氢镁和磷酸二氢铝按照质量比为2-3:1-2的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述球磨转速为300-350转/分钟，球磨时间为10-12小时。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述碱性清洗剂按照重量份计由以下成分制成：氢氧化钠2.0-2.3份、碳酸钠2.3-2.5份、磷酸三钠1.0-1.5份、壬基酚烷基酚聚氧乙烯醚0.8-1.0份、乙二胺四乙酸二钠0.5-0.7份、去离子水150-160份。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述等离子喷涂弧电压为90V，弧电流为500A。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有农业机械金属件在防腐蚀处理方面的问题，本发明提供了一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，对防腐蚀机理进行研究，将稀土金属化合物添加到防腐涂层制备中，防止了晶间脆裂，获得了耐腐蚀和耐摩擦性优异的涂层材料，选用了等离子喷涂工艺制备涂层，具有优良的耐腐蚀性能，经得起热疲劳和热冲击，力学性能更优，并且喷涂效率高、功耗小、涂层质量高，本发明制备得到的耐磨涂层材料能够使得农业机械耐磨性能优异，耐腐蚀性提高，适用范围更广，大大提高了农业机械金属件的使用功能和寿命，满足了特定的工作环境，降低因腐蚀摩擦等引起的损坏率和维修费用，能够实现提高农业生产效率的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，包括以下步骤：
（1）称取45克硝酸锌、30克硝酸铝、22克硝酸钇、15克硝酸铕置于大烧杯中，加入120毫升去离子水和60毫升无水乙醇，在搅拌下向烧杯中滴加质量浓度为20%的氢氧化钠溶液，使体系pH值在9.2-9.4范围，升温煮沸后加入5.0克结合剂，在1000转/分钟下搅拌混合30分钟，冷却静置1小时，完全沉淀后，在40℃环境下老化3小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以10℃/分钟的速度升温至330℃，焙烧3.5小时，自然降温冷却后进行球磨，得到粉料即为粉末涂料；
（2）使用粗纱布将金属件表面磨平，采用机械法进行抛光，使用的抛光粉为氧化铬，抛光处理后使用碱性清洗剂将金属件表面油污擦洗干净，除油污后使用60℃热水清洗除去皂化产物和残留清洗剂，然后使用55℃热风吹干，采用等离子喷涂将步骤（1）制备得到的粉末涂料喷涂于金属件表面，喷涂前将金属件预热至120℃，并将粉末涂料在140℃下烘制2小时；
（3）等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.68MPa，主气流量为1520升/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.64MPa，辅气流量为1000升/小时，送粉气压力为0.21MPa，喷涂距离为15厘米，喷涂速度为2.6千克/小时，喷涂厚度为0.45毫米。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述结合剂是由磷酸二氢镁和磷酸二氢铝按照质量比为2:1的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述球磨转速为300转/分钟，球磨时间为10小时。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述碱性清洗剂按照重量份计由以下成分制成：氢氧化钠2.0份、碳酸钠2.3份、磷酸三钠1.0份、壬基酚烷基酚聚氧乙烯醚0.8份、乙二胺四乙酸二钠0.5份、去离子水150份。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述等离子喷涂弧电压为90V，弧电流为500A。
实施例2
一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，包括以下步骤：
（1）称取46克硝酸锌、33克硝酸铝、23克硝酸钇、16克硝酸铕置于大烧杯中，加入125毫升去离子水和65毫升无水乙醇，在搅拌下向烧杯中滴加质量浓度为22%的氢氧化钠溶液，使体系pH值在9.2-9.4范围，升温煮沸后加入5.5克结合剂，在1050转/分钟下搅拌混合35分钟，冷却静置1.5小时，完全沉淀后，在42℃环境下老化3.5小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以11℃/分钟的速度升温至340℃，焙烧4.0小时，自然降温冷却后进行球磨，得到粉料即为粉末涂料；
（2）使用粗纱布将金属件表面磨平，采用机械法进行抛光，使用的抛光粉为氧化铬，抛光处理后使用碱性清洗剂将金属件表面油污擦洗干净，除油污后使用62℃热水清洗除去皂化产物和残留清洗剂，然后使用58℃热风吹干，采用等离子喷涂将步骤（1）制备得到的粉末涂料喷涂于金属件表面，喷涂前将金属件预热至125℃，并将粉末涂料在145℃下烘制2.5小时；
（3）等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.69MPa，主气流量为1525升/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.65MPa，辅气流量为1030升/小时，送粉气压力为0.22MPa，喷涂距离为15.5厘米，喷涂速度为2.65千克/小时，喷涂厚度为0.50毫米。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述结合剂是由磷酸二氢镁和磷酸二氢铝按照质量比为2.5:1.5的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述球磨转速为320转/分钟，球磨时间为11小时。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述碱性清洗剂按照重量份计由以下成分制成：氢氧化钠2.1份、碳酸钠2.4份、磷酸三钠1.3份、壬基酚烷基酚聚氧乙烯醚0.9份、乙二胺四乙酸二钠0.6份、去离子水155份。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述等离子喷涂弧电压为90V，弧电流为500A。
实施例3
一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，包括以下步骤：
（1）称取48克硝酸锌、35克硝酸铝、24克硝酸钇、18克硝酸铕置于大烧杯中，加入130毫升去离子水和70毫升无水乙醇，在搅拌下向烧杯中滴加质量浓度为25%的氢氧化钠溶液，使体系pH值在9.2-9.4范围，升温煮沸后加入6.0克结合剂，在1100转/分钟下搅拌混合40分钟，冷却静置2小时，完全沉淀后，在45℃环境下老化4小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以12℃/分钟的速度升温至350℃，焙烧4.5小时，自然降温冷却后进行球磨，得到粉料即为粉末涂料；
（2）使用粗纱布将金属件表面磨平，采用机械法进行抛光，使用的抛光粉为氧化铬，抛光处理后使用碱性清洗剂将金属件表面油污擦洗干净，除油污后使用65℃热水清洗除去皂化产物和残留清洗剂，然后使用60℃热风吹干，采用等离子喷涂将步骤（1）制备得到的粉末涂料喷涂于金属件表面，喷涂前将金属件预热至130℃，并将粉末涂料在150℃下烘制3小时；
（3）等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.70MPa，主气流量为1530升/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.66MPa，辅气流量为1050升/小时，送粉气压力为0.23MPa，喷涂距离为16厘米，喷涂速度为2.7千克/小时，喷涂厚度为0.55毫米。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述结合剂是由磷酸二氢镁和磷酸二氢铝按照质量比为3:2的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述球磨转速为350转/分钟，球磨时间为12小时。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述碱性清洗剂按照重量份计由以下成分制成：氢氧化钠2.3份、碳酸钠2.5份、磷酸三钠1.5份、壬基酚烷基酚聚氧乙烯醚1.0份、乙二胺四乙酸二钠0.7份、去离子水160份。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述等离子喷涂弧电压为90V，弧电流为500A。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，步骤（1）粉末涂料制备中省略硝酸钇的添加，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，步骤（1）粉末涂料制备中省略硝酸铕的添加，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，省略步骤（2）的处理过程，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，步骤（3）中氢气压力为0.75MPa，主气流量为1550升/小时，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-4的方法对农业机械金属件的进行防腐蚀处理，以采用电镀锌粉的方法作为对照组，以相同质地和规格大小（表面积2.5平方厘米，重200克）的钢板金属件作为试验样品，采用各组处理方法进行防腐蚀处理，将各组制备得到的覆有涂层材料的金属件进行耐腐蚀试验（浸酸处理液浓度为7.5摩尔/升的盐酸溶液，浸渍5小时后测定前后质量差，浸碱处理液浓度为8.5摩尔/升的氢氧化钠溶液，浸渍5小时后测定前后质量差），试验中保持无关变量一致，结果如下表所示：
项目 金属件失重g（酸蚀） 金属件失重g（酸蚀） 磨损率（10-4mm3/min） 最大剪切应力（MPa）
实施例1 0.07 0.09 6.8 320
实施例2 0.06 0.08 6.3 330
实施例3 0.07 0.08 6.6 325
对比例1 0.35 0.46 14.3 440
对比例2 0.33 0.42 13.5 470
对比例3 0.44 0.61 19.5 530
对比例4 0.29 0.38 10.3 350
对照组 0.95 1.23 28.7 630
（摩擦试验在MFT-5000 万能摩擦磨损试验机上进行，试验载荷为30牛顿，速度为25毫米/分钟，试验时间为20分钟）
本发明制备得到的耐磨涂层材料能够使得农业机械耐磨性能优异，耐腐蚀性提高，适用范围更广，大大提高了农业机械金属件的使用功能和寿命，满足了特定的工作环境，降低因腐蚀摩擦等引起的损坏率和维修费用，能够实现提高农业生产效率的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。

Claims (5)

1.一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取45-48克硝酸锌、30-35克硝酸铝、22-24克硝酸钇、15-18克硝酸铕置于大烧杯中，加入120-130毫升去离子水和60-70毫升无水乙醇，在搅拌下向烧杯中滴加质量浓度为20-25%的氢氧化钠溶液，使体系pH值在9.2-9.4范围，升温煮沸后加入5.0-6.0克结合剂，在1000-1100转/分钟下搅拌混合30-40分钟，冷却静置1-2小时，完全沉淀后，在40-45℃环境下老化3-4小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以10-12℃/分钟的速度升温至330-350℃，焙烧3.5-4.5小时，自然降温冷却后进行球磨，得到粉料即为粉末涂料；
（2）使用粗纱布将金属件表面磨平，采用机械法进行抛光，使用的抛光粉为氧化铬，抛光处理后使用碱性清洗剂将金属件表面油污擦洗干净，除油污后使用60-65℃热水清洗除去皂化产物和残留清洗剂，然后使用55-60℃热风吹干，采用等离子喷涂将步骤（1）制备得到的粉末涂料喷涂于金属件表面，喷涂前将金属件预热至120-130℃，并将粉末涂料在140-150℃下烘制2-3小时；
（3）等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.68-0.70MPa，主气流量为1520-1530升/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.64-0.66MPa，辅气流量为1000-1050升/小时，送粉气压力为0.21-0.23MPa，喷涂距离为15-16厘米，喷涂速度为2.6-2.7千克/小时，喷涂厚度为0.45-0.55毫米。
2.如权利要求1所述一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，其特征在于，步骤（1）所述结合剂是由磷酸二氢镁和磷酸二氢铝按照质量比为2-3:1-2的比例混合得到的。
3.如权利要求1所述一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，其特征在于，步骤（1）所述球磨转速为300-350转/分钟，球磨时间为10-12小时。
4.如权利要求1所述一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，其特征在于，步骤（2）所述碱性清洗剂按照重量份计由以下成分制成：氢氧化钠2.0-2.3份、碳酸钠2.3-2.5份、磷酸三钠1.0-1.5份、壬基酚烷基酚聚氧乙烯醚0.8-1.0份、乙二胺四乙酸二钠0.5-0.7份、去离子水150-160份。
5.如权利要求1所述一种农业机械金属件的防腐蚀处理方法，其特征在于，步骤（3）所述等离子喷涂弧电压为90V，弧电流为500A。
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