CN116200057A - 一种机械镀锌螺栓用封闭液及其配制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械镀锌螺栓用封闭液及其配制方法，属于机械镀锌层的润滑和封闭处理技术领域。本发明的机械镀锌螺栓用封闭液包括A、B两组分，组成中的A组分由质量百分含量的石墨烯0.5％～3％、纳米硅酸钾5％～15％、拉开粉2％～6％、TX‑101％～5％和余量水按一定顺序添加并辅助机械搅拌混合而成，组成中的B组分由磷酸二氢铝12％～20％、钛白粉1％～3％、钼酸钠0.3％～1％、硫酸锌3％～15％、磷酸2％～10％和余量水按一定顺序添加并辅助机械搅拌混合而成，机械镀锌螺栓经本发明封闭液处理后，螺栓表面形成一层覆盖完整的具有润滑感的封闭膜，中性盐雾试验测试的白锈开始出现时间明显延长，螺栓螺纹装配后没有锌粉脱落发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械镀锌螺栓用封闭液及其配制方法，它属于机械镀锌层的润滑和封闭处理技术领域。
背景技术
螺栓紧固件是常用的机械零件，在机械工程或基础设施建设中它发挥着重要的连接作用，螺牙部位是螺栓的重要组成部分，对承载及安全性起到主导作用。螺栓表面防护处理可采用热浸镀锌、渗锌、机械镀锌、电镀锌等工艺技术。如热浸镀锌螺栓，螺栓热浸镀锌过程会发生明显的退火软化现象，高强度螺栓尤为明显；且热浸镀锌后螺栓螺牙部位余锌难以去除干净，螺母的热浸镀锌工艺性更差。电镀锌螺栓防腐性能难以满足户外用螺栓的长效防腐要求。渗锌螺栓的工艺过程在一定程度上会降低螺栓的强度。与其他镀锌工艺相比而言，机械镀锌螺栓有着无氢脆、耐蚀性高、螺纹部位镀层厚度均匀、镀后螺栓与螺母容易配合等诸多优点，故近年来机械镀锌螺栓的应用范围不断拓广，如高速公路护栏板连接螺栓或拼接螺栓大量采用机械镀锌螺栓，太阳能光伏支架的连接螺栓等。螺栓的机械镀锌过程在室温下操作，依靠镀液环境下的吸附沉积和冲击介质的碰撞和摩擦使锌粉在工件基体表面形成镀层；螺栓的螺纹部位为非平整表面，表面的各位置与冲击介质的相互作用强烈程度不同，作用时间的长短也不同，这导致冲击介质在螺栓螺纹部位的碰撞和摩擦也不同于其他部位，造成螺纹部位的镀层光泽性差，且镀层的致密性也逊于其他平整表面部位，这直接影响了机械镀锌螺栓的安装和服役寿命；这也是机械镀锌螺栓制造技术领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明目的在于克服当前机械镀锌螺栓表面质量存在问题，提高机械镀锌螺栓的耐蚀性和镀层表面的致密性，为此本发明提出了一种机械镀锌螺栓用封闭液，所述封闭液由质量百分含量30％～55％的A组分和质量百分含量为50％～85％的B组分组成，A组分由包括质量百分含量的石墨烯0.5％～3％、纳米硅酸钾5％～15％、拉开粉2％～6％、TX-101％～5％和余量水组成，B组分为包括磷酸二氢铝12％～20％、钛白粉1％～3％、钼酸钠0.3％～1％、硫酸锌3％～15％、磷酸2％～10％和余量水组成。
优选的，本发明所述封闭液由质量百分含量40％～45％的A组分和65％～80％的B组分组成。
优选的，本发明所述封闭液中的A组分配制备时先将石墨烯和纳米硅酸钾加入到水中，并辅助机械搅拌，边搅拌边加入拉开粉和TX-10，直至混合均匀。
优选的，本发明所述封闭液中的B组分配制时先将磷酸加入到水中，之后加入磷酸二氢铝和钛白粉，并辅助机械搅拌，边搅拌边加入硫酸锌和钼酸钠，直至混合均匀。
优选的，本发明所述封闭液配制时，将配制好的A组分缓慢加入配制好的B组分中，边加入边搅拌，直至混合均匀。
更进一步的讲，上述机械镀锌螺栓用封闭液，用于机械镀锌螺栓的封闭处理，封闭处理时机械镀锌螺栓浸没于封闭液中，封闭液温度为室温～60℃，浸没时间10s～50s，封闭后机械镀锌螺栓热风干燥即可。
本发明的有益效果：
本发明的机械镀锌螺栓用封闭液A组分中含有纳米硅酸钾、石墨烯钛微细成膜物质，它们具有微纳颗粒的吸附性、均匀分散性等显著特征；B组分中钛白粉为优异的填充物质；A组分中的拉开粉、TX-10具有较强的乳化、渗透、分散作用，它们可以保证封闭液中的微纳颗粒和填充颗粒均匀、稳定地悬浮并分散在封闭液中；B组分中磷酸为无机酸，可以调整封闭液的pH值，以保证封闭液呈弱酸性，同时有能够控制封闭液中的微纳离子不发生凝胶或沉淀。当机械镀锌螺栓浸入封闭液时，弱酸性的封闭液在硫酸锌和钼酸钠存在的条件发生锌层的轻微溶解和金属锌离子的交换、金属表面的电化学钝化，同时悬浮于封闭液中的微纳级硅酸钾、石墨烯、钛白粉颗粒在锌层表面吸附，所述的封闭液环境下又促进了Si-O键和锌离子的键合作用，最终在机械镀锌螺栓表面形成覆盖完整的具有一定钝化效果的保护膜。经中性盐雾试验测试表明，机械镀锌螺栓经本封闭液处理后，耐盐雾性能显著提高，中性盐雾中白锈产生的时间延长至90h以上。机械镀锌螺栓和螺母多次旋拧配合试验发现，螺栓和螺母旋进和退出容易，没有发生中途螺牙咬紧或卡死现象，配合拆分后螺栓螺纹部分无粉状锌粉脱落，说明螺栓表面形成的封闭膜层具有较好的润滑和封闭作用。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实例所述机械镀锌螺栓用封闭液的组分组成为：
A组分：
B组分：
上述A组分、B组分中的组成均为工业级化工原料，按上述质量百分比称量并按添加顺序分别配制一定量的A组分和B组分；然后称量一定质量的A组分溶液缓慢加入到上述配制的一定质量的B组分溶液中，边加入边搅拌，所加入的A组分溶液和B组分溶液的质量比为30％：70％，最终得到一定质量的本发明机械镀锌螺栓用封闭剂。
称量上述的机械镀锌螺栓用封闭液体100升，将表面清洁的机械镀锌螺栓20kg浸入本封闭液中，浸没30s后自然干燥；裸视观察发现，机械镀锌螺栓表面颜色变化不明显，保留了封闭处理之前的外观颜色；抓在手中触摸后没有发现点状或片状锌粉脱落。
实施例2
本实例所述机械镀锌螺栓用封闭液的组分组成为：
A组分：
B组分：
上述A组分、B组分中的组成均为工业级化工原料，按上述质量百分比称量并按添加顺序分别配制一定量的A组分和一定量的B组分；然后称量一定质量的A组分溶液缓慢加入到上述配制的一定质量的B组分溶液中，边加入边搅拌，所加入的A组分溶液和B组分溶液的质量比为55％：45％，最终得到一定质量的本发明机械镀锌螺栓用封闭剂。
称量上述的机械镀锌螺栓用封闭液体50升并加热至60℃保温，将表面清洁的机械镀锌螺栓20kg浸入本封闭液中，浸没15s后自然干燥；裸视观察发现，与封闭处理之前相比，封闭后机械镀锌螺栓表面颜色稍微变暗，抓在手中触摸后没有发现点状或片状锌粉脱落。
实施例3
本实例所述机械镀锌螺栓用封闭液的组分组成为：
A组分：
B组分：
上述A组分、B组分中的组成均为工业级化工原料，按上述质量百分比称量并按添加顺序分别配制一定量的A组分和一定量的B组分；然后称量一定质量的A组分溶液缓慢加入到上述配制的一定质量的B组分溶液中，边加入边搅拌，所加入的A组分溶液和B组分溶液的质量比为50％：50％，最终得到一定质量的本发明机械镀锌螺栓用封闭剂。
称量上述的机械镀锌螺栓用封闭液体50升并加热至50℃保温，将表面清洁的机械镀锌螺栓20kg浸入本封闭液中，浸没15s后自然干燥。裸视观察发现，与封闭处理之前相比，封闭后机械镀锌螺栓表面颜色未发生变化，抓在手中触摸时螺栓表面有光滑感，没有发现点状或片状锌粉脱落。
实施例4
本实例所述机械镀锌螺栓用封闭液的组分组成为：
A组分：
B组分：
上述A组分、B组分中的组成均为工业级化工原料，按上述质量百分比称量并按添加顺序分别配制一定量的A组分和一定量的B组分；然后称量一定质量的A组分溶液缓慢加入到上述配制的一定质量的B组分溶液中，边加入边搅拌，所加入的A组分溶液和B组分溶液的质量比为50％：50％，最终得到一定质量的本发明机械镀锌螺栓用封闭剂。
称量上述的机械镀锌螺栓用封闭液体50升室温下放置，将表面清洁的机械镀锌螺栓20kg浸入本封闭液中，浸没25s后自然干燥。裸视观察发现，与封闭处理之前相比，封闭后机械镀锌螺栓表面颜色未发生变化，抓在手中触摸时螺栓表面有光滑感，没有发现点状或片状锌粉脱落。
实施例5
本实例所述机械镀锌螺栓用封闭液的组分组成为：
A组分：
B组分：
上述A组分、B组分中的组成均为工业级化工原料，按上述质量百分比称量并按添加顺序分别配制一定量的A组分和一定量的B组分；然后称量一定质量的A组分溶液缓慢加入到上述配制的一定质量的B组分溶液中，边加入边搅拌，所加入的A组分溶液和B组分溶液的质量比为25％：75％，最终得到一定质量的本发明机械镀锌螺栓用封闭剂。
称量上述的机械镀锌螺栓用封闭液体50升室温下放置，将表面清洁的机械镀锌螺栓20kg浸入本封闭液中，浸没15s后自然干燥。裸视观察发现，与封闭处理之前相比，封闭后机械镀锌螺栓表面颜色未发生变化，抓在手中触摸时螺栓表面有光滑感，没有发现点状或片状锌粉脱落。
实施例6
本实例所述机械镀锌螺栓用封闭液的组分组成为：
A组分：
B组分：
上述A组分、B组分中的组成均为工业级化工原料，按上述质量百分比称量并按添加顺序分别配制一定量的A组分和一定量的B组分；然后称量一定质量的A组分溶液缓慢加入到上述配制的一定质量的B组分溶液中，边加入边搅拌，所加入的A组分溶液和B组分溶液的质量比为30％：70％，最终得到一定质量的本发明机械镀锌螺栓用封闭剂。
称量上述的机械镀锌螺栓用封闭液体50升并加热至35℃保温，将表面清洁的机械镀锌螺栓20kg浸入本封闭液中，浸没20s后自然干燥。裸视观察发现，与封闭处理之前相比，封闭后机械镀锌螺栓表面颜色未发生变化，抓在手中触摸时螺栓表面有光滑感，没有发现点状或片状锌粉脱落。
实施例7
本实例所述机械镀锌螺栓用封闭液的组分组成为：
A组分：
B组分：
上述A组分、B组分中的组成均为工业级化工原料，按上述质量百分比称量分别配制一定量的A组分和一定量的B组分；然后称量一定质量的A组分溶液缓慢加入到上述配制的一定质量的B组分溶液中，边加入边搅拌，所加入的A组分溶液和B组分溶液的质量比为30％：70％，最终得到一定质量的本发明机械镀锌螺栓用封闭剂。
称量上述的机械镀锌螺栓用封闭液体50升并加热至80℃保温，封闭液中出现少量沉淀物，将表面清洁的机械镀锌螺栓20kg浸入本封闭液中，浸没30s后自然干燥。裸视观察发现，与封闭处理之前相比，封闭后机械镀锌螺栓表面存在点状花斑，抓在手中触摸时螺栓表面有光滑感，没有发现点状或片状锌粉脱落。
对上述实施例1—实施例7封闭处理的机械镀锌螺栓进行中性盐雾试验、螺纹配合试验，对比分析各实施例封闭的机械镀锌螺栓表面开始出现白锈的时间，以及多次螺纹配合试验后螺栓表面锌粉脱落的情况，分析结果如表1所示。
表1实施例1—7中性盐雾试验、螺纹配合试验对比情况
为了进一步研究各原料对机械镀锌螺栓表面封闭效果的影响，本发明实施例设置了7个对比实施例，对比实施例的条件与实施例5相同，不同在于成份的添加不一样，具体如表2所示。
表2
各实施例的实验结果如表3所示。
表3对比实施例1—4中性盐雾试验、螺纹配合试验对比情况
通过对比发现，不添加磷酸、钼酸钠的情况下，机械镀锌螺栓不能充分与封闭液进行离子交换，封闭液成膜后以弱物理吸附在螺栓表面，附着力差，受力时易出现块状脱落或大片状剥离。不添加纳米硅酸钾和石墨烯时，缺少主要成膜骨架，难以形成覆盖完整的封闭膜，不能起到封闭保护的作用，难以提高防护效果。B组分中的磷酸二氢铝具有较好的界面调节和粘接作用，能够保证封闭膜形成过程及成型膜层和螺栓表面的结合，提高封闭膜的附着强度，保证螺栓配合过程的稳定性；A组分中的拉开粉、TX-10具有较强的乳化、渗透、分散作用，可以保证封闭液的组成组分较好地分散、悬浮在封闭液中，控制成膜及厚度的均匀性，防止局部位置出现块状或瘤状的成膜，避免配合时膜层的块状破损。对比总结可以得出，本发明封闭剂中A组分和B组分的组成在成膜过程发挥着相互的协调作用，能够保证成膜的完整性和厚度均匀性、足够的附着强度，进而达到较好的封闭保护效果。
Claims (5)
1.一种机械镀锌螺栓用封闭液，其特征在于：所述封闭液由质量百分含量30％～55％的A组分和质量百分含量为50％～85％的B组分组成，A组分由包括质量百分含量的石墨烯0.5％～3％、纳米硅酸钾5％～15％、拉开粉2％～6％、TX-101％～5％和余量水组成，B组分为包括磷酸二氢铝12％～20％、钛白粉1％～3％、钼酸钠0.3％～1％、硫酸锌3％～15％、磷酸2％～10％和余量水组成。
2.根据权利要求1所述机械镀锌螺栓用封闭液，其特征在于：所述封闭液由质量百分含量40％～45％的A组分和65％～80％的B组分组成。
3.根据权利要求1或2所述机械镀锌螺栓用封闭液，其特征在于：所述封闭液中的A组分配制备时先将石墨烯和纳米硅酸钾加入到水中，并辅助机械搅拌，边搅拌边加入拉开粉和TX-10。
4.根据权利要求1或2所述机械镀锌螺栓用封闭液，其特征在于：所述封闭液中的B组分配制时先将磷酸加入到水中，之后加入磷酸二氢铝和钛白粉，并辅助机械搅拌，边搅拌边加入硫酸锌和钼酸钠。
5.根据权利要求1或2所述机械镀锌螺栓用封闭液，其特征在于：所述封闭液配制时，将配制好的A组分缓慢加入配制好的B组分中，边加入边搅拌。
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