CN1112058A

CN1112058A - 具有摩擦火花安全性的高强度变形铝合金双保护膜

Info

Publication number: CN1112058A
Application number: CN 94115891
Authority: CN
Inventors: 梁福德; 张景行; 马景民; 汪亚昭; 李千有; 韩官荣; 王秉武; 张吉福; 张晓峰; 李奕坤; 赵云成; 聂秀龙; 张安林; 杨国红
Original assignee: PINGYANG MACHINERY PLANT SHANXI
Current assignee: PINGYANG MACHINERY PLANT SHANXI
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1995-11-22

Abstract

本发明涉及一种具有摩擦火花安全性的高强度变形铝合金双保护膜及双保护膜的制备方法。采用一种经济的硬质阳极氧化工艺，使铝合金基体表面生居硬度Hm300～400、膜厚0.05～0.08mm的硬质阳极氧化膜，然后在氧化膜上喷涂一层由环氧树脂、二硫化钼、聚酰胺树脂和聚硫橡胶等组成的胶性有机涂料。经检测试验证明双保护膜确实有效地抑制了铝合金表面摩擦火花的产生。本发明可广泛应用于有严格防火防爆要求的煤矿、化工、石油、消防等行业轻合金的表面防护处理。

Description

本发明属于轻合金表面防护技术领域，具体涉及一种具有摩擦火花安全性的高强度变形铝合金双保护膜及双保护膜的制备方法。

轻合金材料以其轻、硬、韧、耐腐蚀等优良特性被广泛应用于各个领域，如煤矿井下使用的高强度变形铝合金单体液压支柱就具有质量轻、支护强度大、耐腐蚀、安装拆卸方便等特点，但是由于铝合金摩擦火花安全性问题使这类产品的应用受到极大限制。根据国内外文献报导和大量验证试验，轻合金材料与生锈钢材产生冲击或摩擦时，产生的火花最易引燃可燃性气体，危险性极大。

目前世界上许多国家已禁止或限制在煤矿井下使用未经表面防护处理的轻合金制品，并对摩擦火花安全性问题进行探索和研究。国内外曾采用在轻合金中添加各种化学元素，或者改变加工工艺及热处理方法来改变材料的化学物理性能，以此来降低和抑制摩擦火花引燃瓦斯的可能性，但所作尝试未能获得突破性进展。

英国提出用减少轻金属与氧亲合力的方法，即将轻金属与其它金属熔合制成合金，规定轻金属含量不得超过15%，这样大大削弱了轻合金许多优良特性，实际上这已经不是轻合金了。

捷克和匈牙利合作，采用等离子喷涂技术在轻合金钢基体表面喷涂一层镍基合金，即在高温和超音速条件下使金属粉末熔化后喷射到基体上，但这种方法不能用于铝合金，原因是高温会破坏铝合金的机械性能。

日本、前苏联、德国、保加利亚、波兰等国采用在轻金属材料上喷涂油漆、环氧树脂、聚酰胺、醇酸树脂等以及锌、铜等金属涂层，对防止磨擦火花引燃瓦斯有一定防护作用，但总的效果并不十分理想，且这种喷涂技术多用于井下设备的外壳、罩、手柄等零部件上。

我国对铝合金在煤矿井下使用的摩擦火花安全性问题也进行了大量研究和试验，目前尚未安全解决这一难题。1985年煤炭部司局文件（85）技字056号文曾规定对铝合金单体液压支柱要有条件的限制使用，1992年中煤总技字（1992）第655号文件则决定煤矿井下严禁使用铝合金单体液压支柱，并指出现存的铝合金单体液压支柱必须经有关制造厂镶套或其它有效方法改造后方可投入井下使用。

本发明的目的就是针对现有技术中存在的问题，而对铝合金特别是高强度变形铝合金制品进行表面处理，提供一种具有摩擦火花安全性的双保护膜及双保护膜的制备方法，以有效防止铝合金在受到冲击、摩擦时发生铝热反应和产生可引燃易燃易爆气体的摩擦火花。

本发明的技术解决方案是：

为有效防止铝合金与生锈钢材等发生冲击、摩擦时产生摩擦火花，本发明认为所提供的保护膜应在两种金属之间起到隔离、缓冲和滑动的作用。这样就要求保护膜在具有一定韧性的条件下硬度要高，在具有一定附着力的基础上膜层要厚。

本发明所提供的双保护膜中第一层为高强度变形铝合金基体表面的硬质阳极氧化膜，该氧化膜硬度为Hm300～400，膜厚为0.05～0.08mm;第二层为覆盖在第一层上的胶性有机涂料膜，该胶性有机涂料的配方是（按重量百分比）：环氧树脂35～45%、二硫化钼15～20%、聚酰胺树脂10～18%、聚硫橡胶1～2%、催化剂0.1～0.3%、固化剂0.1～0.3%、混合溶剂15～30%。

本发明所提供双保护膜的制备方法包括对铝合金基体的硬质阳极氧化工艺和喷涂胶性有机涂料。

在硬质阳极氧化中电解液的成分、浓度和温度以及电流密度等都是氧化膜生成的关键参数，直接影响氧化膜的生成品质。常规工艺中硬质阳极氧化电解液须保持在-10℃～0℃的低温，因此需要大型的冷却设备，其费用昂贵、生产成本高。

本发明为了得到具有一定硬度和厚度且均匀致密的膜层，经过多次试验对硬质阳极氧化工艺参数进行筛选和调整，在保证氧化膜硬度和膜厚的前提下力求降低生产成本。

本发明第一步采用硬质阳极氧化工艺对铝合金基体进行处理，其氧化工艺参数为：电解液中硫酸含量160～200g/l，草酸含量10～14g/l，电解液温度10～19℃，电流密度2～3A/dm²，电压≤25V，氧化时间80～135分钟，封闭温度80～95℃，封闭时间20～35分钟。

本发明电解液的温度要求比常规工艺明显提高，采用盐水循环冷却即可实现，不需要大型冷却设备，因此可大大降低生产成本。

铝合金基体经过上述硬质阳极氧化处理，其氧化膜硬度达Hm300～400，膜厚达0.05～0.08mm。经过氧化处理的工件即可实施胶性有机涂料的喷涂工艺。

本发明第二步将胶性有机涂料喷涂到铝合金基体的硬质阳极氧化膜上。该胶性有机涂料的制备方法是（按重量百分比）：将35～45%环氧树脂溶液（50%环氧树脂）与15～20%的二硫化钼（MoS₂）混合后球磨48小时，在10～18%的聚酰胺树脂中加入15～30%的混合溶剂，搅拌20～30分钟后，与球磨好的环氧树脂、二硫化钼液混合并搅拌10分钟。然后再依次加入1～2%聚硫橡胶、0.1～0.3%催化剂、0.1～0.3%固化剂，继续充分搅拌20分钟后，经180目/吋的滤网过滤后，即可实施喷涂。

上述胶性有机涂料中所采用的催化剂是DMP-30（2，4，6-三[（二甲氨基）甲基]苯酚），固化剂是DTA（二乙烯三胺），混合溶剂是二甲苯和正丁醇，其中二甲苯为75%，正丁醇为25%。

本发明的优点及效果：

1、本发明采用硬质阳极氧化处理技术和喷涂胶性有机涂料相结合，对高强度变形铝合金表面进行双保护膜处理，达到了冲击或摩擦火花安全性的要求。经国家煤矿防尘通风安全产品质检中心依据GB13813-92《煤矿用金属材料摩擦火花安全性试验方法和判定原则》，对经过双保护膜处理的铝合金试件进行测试。在自由落锤冲击、摩擦两种工况条件下，进行了十组共计320次重复性试验，均未发生过一次引燃试验用气体，达到和超过了标准值中的规定。检测试验证明了双保护膜确实有效地抑制了高强度变形铝合金表面摩擦火花的产生。

2、本发明采用的硬质阳极氧化工艺，具有槽液成分简单、工艺稳定、生产成本低等优点，工艺参数中温度值高、电液密度小，与通用的低温硫酸硬质阳极氧化工艺比较，节省电能三分之一以上，且生成的氧化膜硬度高、膜层厚、耐磨耐腐蚀、绝缘性能好（击穿电压超过2000伏）。该氧化膜对抑制摩擦火花的产生起到关键作用。

3、本发明采用的胶性有机涂料，施工工艺简单，其涂层致密、柔韧、光滑、附着力强，有优异的抗冲击、摩擦和耐腐蚀性能，且涂料中无类似硝基纤维素材料，无助燃作用，该涂料膜对氧化膜起到很好的保护作用。

4、双保护膜的研制成功填补了国内空白，对煤矿井下使用轻合金的安全性开辟了新的技术途径。该技术可广泛应用于有严格防火防爆要求的轻合金表面防护，诸如煤矿、化工、石油、消防、铁路、船舶等众多行业。

下面结合实施例进一步说明本发明：

以下实施例是对煤矿井下用157铝合金单体液压支柱表面的双保护膜技术处理。

硬质阳极氧化处理实施例1：

铝合金支柱经过化学除油碱蚀、硝酸出光后，在硫酸为190g/l、草酸为13g/l的溶液中进行氧化，氧化时电解液温度为16℃，电流密度为2.5A/dm²，电压从17V升至19V，时间为70分钟，其中电解液采用盐水循环冷却，之后再经重铬酸盐封闭，封闭温度为80℃，时间为20分钟，经过上述硬质阳极氧化处理，实际测得氧化膜硬度Hm312，膜厚0.05mm。

硬质阳极氧化处理实施例2：铝合金支柱经过前序处理，在硫酸为165g/l、草酸为11g/l的溶液中进行氧化，氧化时电解液温度为13℃，电流密度为3A/dm²，电压从18V升至21V，时间为80分钟，其中电解液采用盐水循环冷却，之后再经重铬酸盐封闭，封闭温度为95℃，时间为25分钟。经过上述硬质阳极氧化处理，实际测得氧化膜硬度Hm401，膜厚0.085mm。

硬质阳极氧化处理实施例3：铝合金支柱经过前序处理，在硫酸为195g/l、草酸为10g/l的溶液中进行氧化，氧化时电解液温度为18℃，电流密度为2.0A/dm²，电压从16V升至18V，时间为70分钟，其中电解液采用盐水循环冷却，之后再经重铬酸盐封闭，封闭温度为95℃，时间为20分钟。经过上述硬质阳极氧化处理，实际测得氧化膜硬度Hm351，膜厚0.085mm。

经过上述氧化处理的工件即可实施喷涂胶性有机涂料。

胶性有机涂料的具体配方有：

配方1（按重量百分比）：E-20环氧树脂（50%）35%、二硫化钼20%、650^＃低分子聚酰胺树脂15%、YL-1000聚硫橡胶1%、DMP0.1%、DTA0.1%、二甲苯20%、正丁醇8.8%。

配方2（按重量百分比）：E-20环氧树脂（50%）45%、二硫化钼15%、650^＃低分子聚酰胺树脂18%、YL-1000聚硫橡胶2%、DMP0.2%、DTA0.2%、二甲苯13.6%、正丁醇6%。

配方3（按重量百分比）：E-20环氧树脂（50%）43%、二硫化钼17%、650^＃低分子聚酰胺树脂17%、YL-1000聚硫橡胶2%、DMP0.1%、DTA0.3%、二甲苯13%、正丁醇7.6%。

上述涂料配方按照本发明所提供的方法制备，采用常规工艺喷涂在实施例1、2、3所述的铝合金支柱硬质阳极氧化膜表面，其涂层厚度为0.15mm左右。

Claims

1、一种具有摩擦火花安全性的高强度变形铝合金双保护膜，其特征在于双保护膜中第一层为高强度变形铝合金基体表面的硬质阳极氧化膜，该氧化膜硬度为Hm300～400，膜厚为0.05～0.08mm；第二层为覆盖在第一层上的胶性有机涂料膜，该胶性有机涂料的配方是(按重量百分比)：环氧树脂35～45%、二硫化钼15～20%、聚酰胺树脂10～18%、聚硫橡胶1～2%、催化剂0.1～0.3%、固化剂0.1～0.3%，混合溶剂15～30%。

2、一种具有摩擦火花安全性的高强度变形铝合金双保护膜的制备方法，其特征在于：

a、采用硬质阳极氧化工艺对铝合金基体进行处理，其氧化工艺参数为：电解液中硫酸含量160～200g/l，草酸含量10～14g/l，电解液温度10～19℃，电流密度2～3A/dm²，电压≤25V，氧化时间80～135分钟，封闭温度80～95℃，封闭时间20～35分钟;

b、将胶性有机涂料喷涂到铝合金基体的硬质阳极氧化膜上，该胶性有机涂料的制备方法是（按重量百分比）：将35～45%环氧树脂溶液（50%环氧树脂）与15～20%的二硫化钼（MoS₂）混合后球磨48小时，在10～18%的聚酰胺树脂中加入15～30%的混合溶剂，搅拌20～30分钟后，与球磨好的环氧树脂、二硫化钼液混合并搅拌10分钟;然后再依次加入1～2%聚硫橡胶、0.1～0.3%催化剂、0.1～0.3%固化剂，继续充分搅拌20分钟后，经180目/吋的滤网过滤后，即可实施喷涂。

3、根据权利要求2所述的高强度变形铝合金双保护膜的制备方法，其特征在于胶性有机涂料中所采用的催化剂是DMP-30（2，4，6-三[（二甲氨基）甲基]苯酚），固化剂是DTA（二乙烯三胺），混合溶剂是二甲苯和正丁醇，其中二甲苯为75%，正丁醇为25%。