CN111925674A - 一种防腐自润滑紧固件及其制备工艺 - Google Patents

一种防腐自润滑紧固件及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防腐紧固件，涉及紧固件的技术领域，包括紧固件本体，所述紧固件本体表面依次涂装有防腐基层和自润滑层，所述防腐基层包括以下重量份数的组分：有机硅溶胶40～70份、锌粉10～20份；所述面层由包括以下重量份数的组分制成：氨基环氧树脂30～40份、线型硅氧烷胺固化剂20～30份、流平剂2～4份。本发明具有提高紧固件防腐能力的优点。

Description

一种防腐自润滑紧固件及其制备工艺
技术领域
本发明涉及紧固件的技术领域，尤其是涉及一种防腐自润滑紧固件及其制备工艺。
背景技术
紧固件是作紧固连接用的一类机械零件，广泛应用于源、电子、电器、机械、化工、冶金、模具、液压等等行业，以及在各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、工具、仪器、化工、仪表和用品等上面。它的特点是品种规格繁多，性能用途各异，而且标准化、系列化、通用化的程度也极高。
现有的紧固件生产工艺如授权公告号为CN102260831B的中国发明专利中公开了一种性能高同时成本低的利用高强钢制备得到的轴承、螺母等紧固件，其原材料钢以质量百分比计含有，C0.2-0.25，Si0.05-0.1，Mn0.3-0.4，Al0.08-0.1，Mo0.5-0.8，Cr1.2-1.4，Ni0.5以下，Ti0.05-0.07，Nb0.05-0.07，V0.05-0.07，Cu0.6-0.8，W0.5-0.8，B0.001-0.002，P小于0.008，S小于0.008；采用独到的热轧加工、伸线加工、冷加工、调质处理等工艺步骤实现了无须进行冷加工前退火处理的经济的制备工艺，获得了超过1300MPa的高抗拉强度以及超过4％延伸率的优异塑韧性紧固件。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有的紧固件制备工艺中主要通过对紧固件原材料的选取以及锻造加工工艺进行改进，但是制备得到的紧固件虽然强度等机械性能较好，但是紧固件本身的防腐能力较差，尤其是在高温工作环境下，紧固件基质更加容易发生氧化腐蚀。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种防腐自润滑紧固件及其制备工艺，通过在紧固件上涂覆复合涂层，使得紧固件的防腐能力得到提升，具有更好的耐久性。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种防腐紧固件，括以下重量份数的组分：
有机硅溶胶 40～70份；
锌粉 10～20份；
所述面层由包括以下重量份数的组分制成：
氨基环氧树脂 30～40份；
线型硅氧烷胺固化剂 20～30份；
流平剂 2～4份。
通过采用上述技术方案，紧固件上涂装防腐基层可以使得紧固件在长期的使用过程中，紧固件不易被环境中的介质反应腐蚀，而使得紧固件的使用寿命降低。而防腐基层成分中的有机硅溶胶在紧固件本体表面形成一层保护层，有机硅溶胶具有良好的耐候性能。且有机硅溶胶中混合的锌粉可以与紧固件基体形成原电池，使得在紧固件基体上即便形成腐蚀，也可以通过原电池效应把腐蚀的位置转移到锌粉中，从而进一步提高紧固件的耐腐蚀能力。
紧固件在涂装防腐基层后继续涂装面层，面层中的成分中的氨基环氧树脂与线型硅氧烷固化剂共同作用，形成的涂层具有耐高温和防腐的特点，从而进一步提高紧固件的防腐能力，使得紧固件即便在高温下，紧固件表面的涂层也具有良好的防腐能力。
本发明进一步设置为：所述防腐基层中还添加有3～5份石墨烯微球，所述防腐基层包括以下重量份数的组分：
有机硅溶胶 40～70份；
锌粉 10～20份；
石墨烯微球 3～5份。
通过采用上述技术方案，石墨烯微球具有较多的微孔结构，可以将锌粉吸附在石墨烯微球的微孔内，从而使得在单位体积的有机硅溶胶液体中，可以均匀地分散更多质量的锌粉。而石墨烯微球本身就是一种可以导电的材料，可以对紧固件基体与锌粉之间起到给电子架桥的作用，从而使得在分散更多的锌粉的同时依旧可以提高锌粉与紧固件基体之间的原电池作用。其次石墨烯微球将锌粉集中于微孔内，使得锌粉反应后不易由于锌粉腐蚀而对涂层产生较大的影响，从而提高涂层的耐久性。
本发明进一步设置为：所述面层中还添加有以下重量份数的组分：
乙酸铜 5～8份；
聚乙烯吡咯烷酮 25～65份；
钒酸钠 10～15份。
通过采用上述技术方案，面层中添加的上述组分，具有自润滑的效果，可以使得紧固件在使用的过程中与配合工件之间的摩擦，减小摩擦损耗，从而提高紧固件的使用寿命。钒酸钠和乙酸铜在聚乙烯吡咯烷酮中发生反应，而生成钒酸铜成分，钒酸铜由于基础相为过渡族的金属三元氧化物，在高温等环境中能够产生润滑作用，主要源于过渡族金属三元氧化物摩擦化学反应产生的润滑剂相。
本发明进一步设置为：所述面层中还添加有5～10重量份数的二氧化锗，所述面层包括以下重量分数的组分：
Figure BDA0002634760620000031
通过采用上述技术方案，二氧化锗具有多孔结构，当乙酸铜、聚乙烯吡咯烷酮和钒酸钠作用后生成的钒酸铜可以被二氧化锗吸附，钒酸铜边生成边被二氧化锗吸附，从而使得钒酸铜的生成效率提高，同时生成的钒酸铜不易对环氧树脂涂层体系产生较大的影响，从而保持涂层的连续性和完整性，提高面层的质量。二氧化锗而且是一种半导体材料，具有一定的导电能力，可以提高涂层的电子流动性，从而使得与紧固件接触的其他配合工件表面在发生腐蚀时，部分电子可以通过二氧化锗流入石墨烯微球中，从而对于紧固件配合的工件也起到防腐蚀保护作用。
本发明进一步设置为：所述流平剂包括以下重量百分比的组分：
甲基三氯硅烷 30～40％；
二甲基二氯硅烷 20～30％；
苯基三氯硅烷 30～40％。
通过采用上述技术方案，流平剂采用不同类型的硅烷进行复配得到，使得面层涂层液可以在紧固件表面形成更加平滑均一的涂膜，并且流平剂可以使得涂膜的固化滞后，从而使得面层中的钒酸铜反应可以有更加充分的时间进行，提高紧固件表面的自润滑成分的形成，从而提高紧固件的自润滑能力。
本发明进一步设置为：包括以下步骤：
S1：配制防腐基层涂层液，并将配制完成后的防腐基层涂层液均匀涂覆于紧固件表面，等待20～30分钟后，将紧固件烘烤0.5～1小时。
S2：配制面层涂层液，并将配制完成后的面层涂层液涂覆于步骤S1中处理完毕冷却后的紧固件表面，然后在室温下静置10～20分钟，再烘烤1～3小时。
通过采用上述技术方案，控制防腐基层的烘烤时间使得防腐基层不宜过度硬化，然后再配合面层涂层液的烘干过程使得两层涂层附着地更加牢固。
本发明进一步设置为：所述步骤S2中烘烤温度控制在80～100℃。
通过采用上述技术方案，烘烤温度低于80℃时，温度太低会使得涂层的烘干硬化过程过慢，而烘烤温度高于100℃时，温度过高会使得涂层的烘干硬化过程太快而影响涂层质量。
本发明进一步设置为：所述步骤S2中面层涂层液涂覆到紧固件表面时的具体步骤为：先将面层涂层液均分成2份，然后将其中一份面层涂覆液先涂覆于紧固件表面，并静置5～10分钟后，再涂覆另一份面层涂覆液。
通过采用上述技术方案，将面层涂层液分两次涂覆可以使得紧固件表面第一层的防腐涂层与面层涂覆液之间有一定的时间进行润湿结合，从而使得面层涂覆液与防腐涂层之间的结合更加紧密牢固。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过防腐基层和面层双层涂覆，以及防腐基层和面层的复合组分，使得紧固件本体的防腐能力以及耐高温腐蚀能力得到极大的提升；
2、通过在防腐基层和面层中分别添加自润滑组分，使得紧固件的自润滑能力得到极大的提升。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本发明公开的一种防腐紧固件，包括紧固件本体，紧固件为轴承，紧固件本体表面依次涂装有防腐基层和自润滑层，防腐基层包括以下重量份数的组分：
有机硅溶胶 40份；
锌粉 10份。
面层由包括以下重量份数的组分制成：
氨基环氧树脂 30份；
线型硅氧烷胺固化剂 20份；
流平剂 2份；
流平剂包括以下重量百分比的组分：
甲基三氯硅烷 40％；
二甲基二氯硅烷 30％；
苯基三氯硅烷 30％。
防腐紧固件制备工艺，包括以下步骤：
S1：配制防腐基层涂层液，并将配制完成后的防腐基层涂层液均匀涂覆于紧固件表面，等待20分钟后，将紧固件烘烤0.5小时。
S2：配制面层涂层液，先将面层涂层液均分成2份，然后将其中一份面层涂覆液先涂覆于紧固件表面，并静置10分钟后，再涂覆另一份面层涂覆液然后在室温下静置20分钟，再烘烤3小时，烘烤温度控制在100℃。
实施例2：
本发明公开的一种防腐紧固件，包括紧固件本体，紧固件本体表面依次涂装有防腐基层和自润滑层，防腐基层包括以下重量份数的组分：
有机硅溶胶 40份；
锌粉 10份；
石墨烯微球 3份。
面层由包括以下重量份数的组分制成：
氨基环氧树脂 30份；
线型硅氧烷胺固化剂 20份；
流平剂 2份；
流平剂包括以下重量百分比的组分：
甲基三氯硅烷 40％；
二甲基二氯硅烷 30％；
苯基三氯硅烷 30％。
防腐紧固件制备工艺，包括以下步骤：
S1：配制防腐基层涂层液，并将配制完成后的防腐基层涂层液均匀涂覆于紧固件表面，等待20分钟后，将紧固件烘烤0.5小时。
S2：配制面层涂层液，先将面层涂层液均分成2份，然后将其中一份面层涂覆液先涂覆于紧固件表面，并静置5分钟后，再涂覆另一份面层涂覆液然后在室温下静置10分钟，再烘烤3小时，烘烤温度控制在100℃。
实施例3：
本发明公开的一种防腐紧固件，包括紧固件本体，紧固件本体表面依次涂装有防腐基层和自润滑层，防腐基层包括以下重量份数的组分：
有机硅溶胶 40份；
锌粉 10份；
石墨烯微球 3份。
面层由包括以下重量份数的组分制成：
Figure BDA0002634760620000061
流平剂包括以下重量百分比的组分：
甲基三氯硅烷 30％；
二甲基二氯硅烷 30％；
苯基三氯硅烷 40％。
防腐紧固件制备工艺，包括以下步骤：
S1：配制防腐基层涂层液，并将配制完成后的防腐基层涂层液均匀涂覆于紧固件表面，等待20分钟后，将紧固件烘烤0.5小时。
S2：配制面层涂层液，先将面层涂层液均分成2份，然后将其中一份面层涂覆液先涂覆于紧固件表面，并静置5分钟后，再涂覆另一份面层涂覆液然后在室温下静置20分钟，再烘烤3小时，烘烤温度控制在100℃。
防腐紧固件制备工艺，包括以下步骤：
S1：配制防腐基层涂层液，并将配制完成后的防腐基层涂层液均匀涂覆于紧固件表面，等待20～30分钟后，将紧固件烘烤0.5～1小时。
S2：配制面层涂层液，先将面层涂层液均分成2份，然后将其中一份面层涂覆液先涂覆于紧固件表面，并静置5～10分钟后，再涂覆另一份面层涂覆液然后在室温下静置10～20分钟，再烘烤1～3小时，烘烤温度控制在80～100℃。
实施例2～5与实施例1的区别在于防腐基层中各组分按重量份数计为下表：
Figure BDA0002634760620000071
实施例6～9与实施例1的区别在于防腐基层中各组分按重量份数计为下表：
Figure BDA0002634760620000072
实施例10～13与实施例1的区别在于流平剂中各组分按重量百分比计为下表：
Figure BDA0002634760620000073
Figure BDA0002634760620000081
实施例14～17与实施例1的区别在于计为下表：
Figure BDA0002634760620000082
对比例
对比例1与实施例1的区别在于：紧固件表面未涂装有防腐基层和自润滑层；
对比例2与实施例1的区别在于：紧固件表面未涂装有防腐基层；
对比例3与实施例1的区别在于：紧固件表面未涂装有自润滑层。
性能检测试验
检测方法/试验方法
盐雾实验
盐雾实验的试验条件及实施参照ASTMB117，试验前试验件需用去离子水清洗，酒精、丙酮除油，冷风吹干，然后按试验条件要求将试验件相互绝缘安装在盐雾箱内，试验周期16d。
试验结束后，取出试样，进行腐蚀形貌观察。结果记录如下表：
Figure BDA0002634760620000083
Figure BDA0002634760620000091
结论：结合实施例1～17和对比例1～3并结合上表，可以看出，防腐基层在紧固件表面起到主要的防腐作用效果，自润滑层与防腐基层共同涂装在紧固件表面后，可以更大程度地提高紧固件的防腐作用。
自润滑性能测试
先将试验轴承在洛阳轴承研究所研制的SPBTM-II型关节轴承试验机中用8×10-3N的载荷，10次/min的摆动频率，11°的摆动幅度进行循环5000次，然后再参照GB/T32562-2016《滚动轴承摩擦力矩测量方法》中的测量方法进行测试。结果如下表。
实施例 摩擦力矩
实施例1 8523
实施例2 8123
实施例3 8012
实施例4 7505
实施例5 7542
实施例6 7537
实施例7 7545
实施例8 7513
实施例9 7529
实施例10 7520
实施例11 7501
实施例12 7515
实施例13 7546
实施例14 7506
实施例15 7546
实施例16 7518
实施例17 7516
对比例1 13224
对比例2 11536
对比例3 13433
结论：结合实施例1～17和对比例1～3并结合上表，可以看出，自润滑层的涂装使得轴承的润滑性能得到较大的提升，从而使得轴承在试验机中进行试验后不易由于摩擦损伤而使得润滑效果降低，从而使得轴承在进行摩擦力矩测试时，涂装有自润滑层的轴承具有更好的润滑性能，从而使得的摩擦力矩更小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种防腐自润滑紧固件，其特征在于，包括紧固件本体，所述紧固件本体表面依次涂装有防腐基层和自润滑层，所述防腐基层包括以下重量份数的组分：
有机硅溶胶 40～70份；
锌粉 10～20份；
所述面层由包括以下重量份数的组分制成：
氨基环氧树脂 30～40份；
线型硅氧烷胺固化剂 20～30份；
流平剂 2～4份。
2.根据权利要求1所述的一种防腐自润滑紧固件，其特征在于：所述防腐基层中还添加有3～5份石墨烯微球，所述防腐基层包括以下重量份数的组分：
有机硅溶胶 40～70份；
锌粉 10～20份；
石墨烯微球 3～5份。
3.根据权利要求1所述的一种防腐自润滑紧固件，其特征在于：所述面层中还添加有以下重量份数的组分：
乙酸铜 5～8份；
聚乙烯吡咯烷酮 25～65份；
钒酸钠 10～15份。
4.根据权利要求3所述的一种防腐自润滑紧固件，其特征在于：所述面层中还添加有5～10重量份数的二氧化锗，所述面层包括以下重量分数的组分：
Figure FDA0002634760610000011
5.根据权利要求1所述的一种防腐自润滑紧固件，其特征在于：所述流平剂包括以下重量百分比的组分：
甲基三氯硅烷 30～40％；
二甲基二氯硅烷 20～30％；
苯基三氯硅烷 30～40％。
6.一种权利要求1所述的防腐自润滑紧固件制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：配制防腐基层涂层液，并将配制完成后的防腐基层涂层液均匀涂覆于紧固件表面，等待20～30分钟后，将紧固件烘烤0.5～1小时。
S2：配制面层涂层液，并将配制完成后的面层涂层液涂覆于步骤S1中处理完毕冷却后的紧固件表面，然后在室温下静置10～20分钟，再烘烤1～3小时。
7.根据权利要求1所述的一种防腐自润滑紧固件，其特征在于：所述步骤S2中烘烤温度控制在80～100℃。
8.根据权利要求1所述的一种防腐自润滑紧固件，其特征在于：所述步骤S2中面层涂层液涂覆到紧固件表面时的具体步骤为：先将面层涂层液均分成2份，然后将其中一份面层涂覆液先涂覆于紧固件表面，并静置5～10分钟后，再涂覆另一份面层涂覆液。
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