CN112176332A - 一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粮食机械研究技术领域，公开了一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，包括抛光处理、转化处理液处理以及硅烷化处理，通过物理抛光机对铝合金部件表面进行物理抛光，使铝合金部件表面光亮、平整，从而保证在之后的硅烷化处理过程中能够获得较高质量的转化膜，硅醇分子在于铝合金基体结合生成硅烷膜时，发生脱水缩合反应生成Si‑O‑Si键，进而在铝合金表面形成三维网络，通过控制固化条件达到最好的耐腐蚀效果，从而发挥更好的防护性能，解决了现有技术中针对铝合金材料的防腐保护性差的问题。本发明能够细化铝合金表面组织，阻止含结晶水的成分和油质的附着，阻碍腐蚀产生的条件。
Description
技术领域
本发明属于粮食机械研究技术领域，具体涉及一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法。
背景技术
铝合金及其加工材料具有一系列优良特性，诸如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易进行表面处理、良好的加工成型性以及高回收再生性等。铝在地球中的储量极其丰富，仅在氧和硅之后蕴藏量居第三位。因此,在工程领域内, 铝一直被认为是“机会金属”、“希望金属”, 铝工业则一直被认为是“朝阳工业”。
现阶段，粮食机械包括：烘干机、移动式转向抛粮机、移动式胶带运输机、移动式除尘输送机、移动式散包两用运输机、多功能伸缩式胶带运输机、多功能液压升降装仓机等；铝合金密度低，但是强度比较高，在塑性方面也比较突出，所以用来加工成各种粮食机械型材产品都能得到良好的精度。而由于铝合金的特性，跟普通的碳钢相比有更轻及耐腐蚀的性能，但抗腐蚀性不如纯铝。遇到污染性气体结合空气中水蒸气时，会产生微酸，会使铝合金更易发生化学腐蚀。铝合金的腐蚀现象不仅出现在铝合金产品的外部，同时在会在铝合金产品的内部发生。这些腐蚀不仅影响铝合金部件的美观，对铝合金部件造成损失，甚至可能导致铝合金构件内部的应力发生改变，致使铝合金构件断裂，引发安全事故。因此，研究提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法成为推动粮食机械事业发展的最为迫切的课题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，能够有效阻止引发铝合金腐蚀的各种情况，如点蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀等。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，其中主要技术手段为：利用抛光处理、转化处理液处理以及硅烷化处理提高铝合金部件的耐腐蚀性能，保障了粮食机械在不良环境下的工作使用性能；
具体的，所述提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法包括以下工艺步骤：
（1）将出生产线的铝合金部件浸入温度为35-38℃的碱性缓冲液中，振荡清洗2-3分钟，在60-70℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，使用的抛光液按照质量百分比计由以下成分制成：超细磨料占2.0-2.5%、氧化剂占3.0-3.5%，表面活性剂占0.05-0.08%、PH调节剂占0.2-0.3%、余量为去离子水，调整至pH值为9.3-9.5后进行抛光，抛光温度为34-36℃；
（2）抛光时间持续3-4分钟，抛光后使用去离子水对抛光后的铝合金部件进行清洗2-3遍，然后将铝合金部件浸没于由质量浓度为5.0-6.0%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:10-12混合的溶液中，2-3分钟后出光，同时配制含有铈金属离子的转化处理液，使用恒温水浴锅将转化处理液加热至43-45℃；
（3）将出光后的铝合金部件置于转化处理液中进行恒温浸泡，浸泡温度为25-27℃，浸泡时间为30-40分钟，然后用去离子水对其反复冲洗4-5遍，使用55-60℃的热风吹干，置于140-150℃的干燥箱中固化处理20-25分钟，然后将其浸入到硅烷溶液中进行硅烷化处理4-5分钟，处理温度为44-48℃，处理后在160-180℃的电热恒温鼓风干燥箱中进行加热保温固化90-100分钟，自然冷却即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）中所述碱性缓冲液制备方法为：称取十二水合磷酸氢二钠2.9-3.3克、磷酸二氢钾0.2-0.3克、氯化钠1.2-1.6克，溶于1.1-1.2升去离子水中，使用摩尔浓度为4.0-5.0摩尔/升的氨水调节体系pH值在7.8-8.0之间即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）中所述超细磨料按照质量百分比计含有以下成分：氧化硅粉占15-20%、碳酸钡粉末占20-25%、氧化钙粉末占30-35%、剩余为氧化镁粉末，超细磨料粒径大小在10-30纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）中所述的氧化剂配制比例为：氢氧化钠15-20克、次氯酸钠10-12克、过碳酸钠8-11克、过硼酸钠7-10克、过硼酸钾5-8克、去离子水750-800毫升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述转化处理液的配制方法为：称取0.20-0.22摩尔的硝酸铈，加入15-25毫升的质量浓度为25-30%的双氧水，加去离子水至1升，用冰醋酸将处理液的pH值调节至3.8-4.0即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）中所述的硅烷溶液配制比例为：将硅烷偶联剂KH550加水配制成质量浓度为2.5-3.0%的稀溶液，再加入为偶联剂2-3倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀即可。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决粮食机械中铝合金材质的部件在使用过程中出现腐蚀影响寿命等问题，本发明提供了一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，包括抛光处理、转化处理液处理以及硅烷化处理，通过物理抛光机对铝合金部件表面进行物理抛光，使铝合金部件表面光亮、平整，从而保证在之后的硅烷化处理过程中能够获得较高质量的转化膜，硅醇分子在于铝合金基体结合生成硅烷膜时，发生脱水缩合反应生成Si-O-Si键，进而在铝合金表面形成三维网络，通过控制固化条件达到最好的耐腐蚀效果，从而发挥更好的防护性能，解决了现有技术中针对铝合金材料的防腐保护性差的问题。本发明能够细化铝合金表面组织，阻止含结晶水的成分和油质的附着，阻碍腐蚀产生的条件。所形成的固化膜强度高，抗摩擦冲击性能强，耐腐蚀性能和耐磨性能显著提高，避免了化学腐蚀造成的影响粮食机械使用寿命的问题。
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
一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，具体的，包括以下工艺步骤：
（1）将出生产线的铝合金部件浸入温度为35℃的碱性缓冲液中，振荡清洗2分钟，在60℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，使用的抛光液按照质量百分比计由以下成分制成：超细磨料占2.0%、氧化剂占3.0%，表面活性剂占0.05%、PH调节剂占0.2%、余量为去离子水，调整至pH值为9.3后进行抛光，抛光温度为34℃；
（2）抛光时间持续3分钟，抛光后使用去离子水对抛光后的铝合金部件进行清洗2遍，然后将铝合金部件浸没于由质量浓度为5.0%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:10混合的溶液中，2分钟后出光，同时配制含有铈金属离子的转化处理液，使用恒温水浴锅将转化处理液加热至43℃；
（3）将出光后的铝合金部件置于转化处理液中进行恒温浸泡，浸泡温度为25℃，浸泡时间为30分钟，然后用去离子水对其反复冲洗4遍，使用55℃的热风吹干，置于140℃的干燥箱中固化处理20分钟，然后将其浸入到硅烷溶液中进行硅烷化处理4分钟，处理温度为44℃，处理后在160℃的电热恒温鼓风干燥箱中进行加热保温固化90分钟，自然冷却即可。
进一步的，步骤（1）中所述碱性缓冲液制备方法为：称取十二水合磷酸氢二钠2.9克、磷酸二氢钾0.2克、氯化钠1.2克，溶于1.1升去离子水中，使用摩尔浓度为4.0摩尔/升的氨水调节体系pH值在7.8-8.0之间即可。
进一步的，步骤（1）中所述超细磨料按照质量百分比计含有以下成分：氧化硅粉占15%、碳酸钡粉末占20%、氧化钙粉末占30%、剩余为氧化镁粉末，超细磨料粒径大小在10-30纳米之间。
进一步的，步骤（1）中所述的氧化剂配制比例为：氢氧化钠15克、次氯酸钠10克、过碳酸钠8克、过硼酸钠7克、过硼酸钾5克、去离子水750毫升。
进一步的，步骤（2）所述转化处理液的配制方法为：称取0.20摩尔的硝酸铈，加入15毫升的质量浓度为25%的双氧水，加去离子水至1升，用冰醋酸将处理液的pH值调节至3.8即可。
进一步的，步骤（3）中所述的硅烷溶液配制比例为：将硅烷偶联剂KH550加水配制成质量浓度为2.5%的稀溶液，再加入为偶联剂2倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀即可。
采用LD6063铝合金制备尺寸为60毫米·30毫米·2.0毫米的板材，通过实施例1的方法进行后处理加工制备试样，对各组制备的优选试样（每组5件），置于质量分数为3.5%，温度为30℃的氯化钠溶液中浸泡12小时后，烘干对试样进行性能测试，取最终的平均值。
对制备得到的试样按照GB/T 228-2002、GB/T 7998-2005标准进行性能测试，结果为：抗拉强度为191MPa，韦氏硬度为12.4HW，晶间腐蚀深度为0.035毫米。
其它性能：接触角为136°（测试方法为采用接触角测角仪在室温下测定水滴在试样表面的接触角大小，对不同的五个点的接触角大小取平均值）。
实施例2
一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，具体的，包括以下工艺步骤：
（1）将出生产线的铝合金部件浸入温度为36℃的碱性缓冲液中，振荡清洗2.5分钟，在65℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，使用的抛光液按照质量百分比计由以下成分制成：超细磨料占2.2%、氧化剂占3.3%，表面活性剂占0.06%、PH调节剂占0.25%、余量为去离子水，调整至pH值为9.4后进行抛光，抛光温度为35℃；
（2）抛光时间持续3.5分钟，抛光后使用去离子水对抛光后的铝合金部件进行清洗2遍，然后将铝合金部件浸没于由质量浓度为5.5%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:11混合的溶液中，2.5分钟后出光，同时配制含有铈金属离子的转化处理液，使用恒温水浴锅将转化处理液加热至44℃；
（3）将出光后的铝合金部件置于转化处理液中进行恒温浸泡，浸泡温度为26℃，浸泡时间为35分钟，然后用去离子水对其反复冲洗4遍，使用58℃的热风吹干，置于145℃的干燥箱中固化处理22分钟，然后将其浸入到硅烷溶液中进行硅烷化处理4.5分钟，处理温度为46℃，处理后在170℃的电热恒温鼓风干燥箱中进行加热保温固化95分钟，自然冷却即可。
进一步的，步骤（1）中所述碱性缓冲液制备方法为：称取十二水合磷酸氢二钠3.1克、磷酸二氢钾0.25克、氯化钠1.4克，溶于1.15升去离子水中，使用摩尔浓度为4.5摩尔/升的氨水调节体系pH值在7.8-8.0之间即可。
进一步的，步骤（1）中所述超细磨料按照质量百分比计含有以下成分：氧化硅粉占18%、碳酸钡粉末占22%、氧化钙粉末占33%、剩余为氧化镁粉末，超细磨料粒径大小在10-30纳米之间。
进一步的，步骤（1）中所述的氧化剂配制比例为：氢氧化钠18克、次氯酸钠11克、过碳酸钠10克、过硼酸钠8克、过硼酸钾6.5克、去离子水780毫升。
进一步的，步骤（2）所述转化处理液的配制方法为：称取0.21摩尔的硝酸铈，加入20毫升的质量浓度为28%的双氧水，加去离子水至1升，用冰醋酸将处理液的pH值调节至3.9即可。
进一步的，步骤（3）中所述的硅烷溶液配制比例为：将硅烷偶联剂KH550加水配制成质量浓度为2.8%的稀溶液，再加入为偶联剂2.5倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀即可。
采用LD6063铝合金制备尺寸为60毫米·30毫米·2.0毫米的板材，通过实施例1的方法进行后处理加工制备试样，对各组制备的优选试样（每组5件），置于质量分数为3.5%，温度为30℃的氯化钠溶液中浸泡12小时后，烘干对试样进行性能测试，取最终的平均值。
对制备得到的试样按照GB/T 228-2002、GB/T 7998-2005标准进行性能测试，结果为：抗拉强度为192MPa，韦氏硬度为12.4HW，晶间腐蚀深度为0.033毫米。
其它性能：接触角为138°（测试方法为采用接触角测角仪在室温下测定水滴在试样表面的接触角大小，对不同的五个点的接触角大小取平均值）。
实施例3
一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，具体的，包括以下工艺步骤：
（1）将出生产线的铝合金部件浸入温度为38℃的碱性缓冲液中，振荡清洗3分钟，在70℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，使用的抛光液按照质量百分比计由以下成分制成：超细磨料占2.5%、氧化剂占3.5%，表面活性剂占0.08%、PH调节剂占0.3%、余量为去离子水，调整至pH值为9.5后进行抛光，抛光温度为36℃；
（2）抛光时间持续4分钟，抛光后使用去离子水对抛光后的铝合金部件进行清洗3遍，然后将铝合金部件浸没于由质量浓度为6.0%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:12混合的溶液中，3分钟后出光，同时配制含有铈金属离子的转化处理液，使用恒温水浴锅将转化处理液加热至45℃；
（3）将出光后的铝合金部件置于转化处理液中进行恒温浸泡，浸泡温度为27℃，浸泡时间为40分钟，然后用去离子水对其反复冲洗5遍，使用60℃的热风吹干，置于150℃的干燥箱中固化处理25分钟，然后将其浸入到硅烷溶液中进行硅烷化处理5分钟，处理温度为48℃，处理后在180℃的电热恒温鼓风干燥箱中进行加热保温固化100分钟，自然冷却即可。
进一步的，步骤（1）中所述碱性缓冲液制备方法为：称取十二水合磷酸氢二钠3.3克、磷酸二氢钾0.3克、氯化钠1.6克，溶于1.2升去离子水中，使用摩尔浓度为5.0摩尔/升的氨水调节体系pH值在7.8-8.0之间即可。
进一步的，步骤（1）中所述超细磨料按照质量百分比计含有以下成分：氧化硅粉占20%、碳酸钡粉末占25%、氧化钙粉末占35%、剩余为氧化镁粉末，超细磨料粒径大小在10-30纳米之间。
进一步的，步骤（1）中所述的氧化剂配制比例为：氢氧化钠20克、次氯酸钠12克、过碳酸钠11克、过硼酸钠10克、过硼酸钾8克、去离子水800毫升。
进一步的，步骤（2）所述转化处理液的配制方法为：称取0.22摩尔的硝酸铈，加入25毫升的质量浓度为30%的双氧水，加去离子水至1升，用冰醋酸将处理液的pH值调节至4.0即可。
进一步的，步骤（3）中所述的硅烷溶液配制比例为：将硅烷偶联剂KH550加水配制成质量浓度为3.0%的稀溶液，再加入为偶联剂3倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀即可。
采用LD6063铝合金制备尺寸为60毫米·30毫米·2.0毫米的板材，通过实施例1的方法进行后处理加工制备试样，对各组制备的优选试样（每组5件），置于质量分数为3.5%，温度为30℃的氯化钠溶液中浸泡12小时后，烘干对试样进行性能测试，取最终的平均值。
对制备得到的试样按照GB/T 228-2002、GB/T 7998-2005标准进行性能测试，结果为：抗拉强度为192MPa，韦氏硬度为12.4HW，晶间腐蚀深度为0.034毫米。
其它性能：接触角为137°（测试方法为采用接触角测角仪在室温下测定水滴在试样表面的接触角大小，对不同的五个点的接触角大小取平均值）。
Claims (6)
1.一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将出生产线的铝合金部件浸入温度为35-38℃的碱性缓冲液中，振荡清洗2-3分钟，在60-70℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，使用的抛光液按照质量百分比计由以下成分制成：超细磨料占2.0-2.5%、氧化剂占3.0-3.5%，表面活性剂占0.05-0.08%、PH调节剂占0.2-0.3%、余量为去离子水，调整至pH值为9.3-9.5后进行抛光，抛光温度为34-36℃；
（2）抛光时间持续3-4分钟，抛光后使用去离子水对抛光后的铝合金部件进行清洗2-3遍，然后将铝合金部件浸没于由质量浓度为5.0-6.0%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:10-12混合的溶液中，2-3分钟后出光，同时配制含有铈金属离子的转化处理液，使用恒温水浴锅将转化处理液加热至43-45℃；
（3）将出光后的铝合金部件置于转化处理液中进行恒温浸泡，浸泡温度为25-27℃，浸泡时间为30-40分钟，然后用去离子水对其反复冲洗4-5遍，使用55-60℃的热风吹干，置于140-150℃的干燥箱中固化处理20-25分钟，然后将其浸入到硅烷溶液中进行硅烷化处理4-5分钟，处理温度为44-48℃，处理后在160-180℃的电热恒温鼓风干燥箱中进行加热保温固化90-100分钟，自然冷却即可。
2.如权利要求1所述一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，其特征在于，步骤（1）中所述碱性缓冲液制备方法为：称取十二水合磷酸氢二钠2.9-3.3克、磷酸二氢钾0.2-0.3克、氯化钠1.2-1.6克，溶于1.1-1.2升去离子水中，使用摩尔浓度为4.0-5.0摩尔/升的氨水调节体系pH值在7.8-8.0之间即可。
3.如权利要求1所述一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，其特征在于，步骤（1）中所述超细磨料按照质量百分比计含有以下成分：氧化硅粉占15-20%、碳酸钡粉末占20-25%、氧化钙粉末占30-35%、剩余为氧化镁粉末，超细磨料粒径大小在10-30纳米之间。
4.如权利要求1所述一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的氧化剂配制比例为：氢氧化钠15-20克、次氯酸钠10-12克、过碳酸钠8-11克、过硼酸钠7-10克、过硼酸钾5-8克、去离子水750-800毫升。
5.如权利要求1所述一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，其特征在于，步骤（2）所述转化处理液的配制方法为：称取0.20-0.22摩尔的硝酸铈，加入15-25毫升的质量浓度为25-30%的双氧水，加去离子水至1升，用冰醋酸将处理液的pH值调节至3.8-4.0即可。
6.如权利要求1所述一种提高粮食机械中铝合金部件耐腐蚀性的方法，其特征在于，步骤（3）中所述的硅烷溶液配制比例为：将硅烷偶联剂KH550加水配制成质量浓度为2.5-3.0%的稀溶液，再加入为偶联剂2-3倍体积的无水乙醇，搅拌混合均匀即可。
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| 郝敬丽: "铝合金铈盐硅氧烷转化膜的耐蚀性及超疏水性研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》 * |
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