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纳米涂料在黄铜制品上的应用

时间:2020-07-17      浏览:133

纳米涂料在黄铜制品上的应用


1  概述

黄铜是由铜和锌所组成的合金,具有优异的延展性和压力加工性能,在军事武器上应用较为广泛,而黄铜有不耐磨、易腐蚀、易氧化等缺点,制成零部件后必须采用其他方式保护,以提高材料性能,纳米膜层能为黄铜的防腐提供了优异的保护。

纳米材料是将材料加工到纳米级尺寸就形成一种新的材料,从而出现许多新的材料特征。1﹞通常在1nm ~ 100nm范围内,具表面效应、小尺寸效应、界面效应、量子尺寸效应等特性。2﹞

纳米涂料是至少有一相是纳米粒子,且性能有显著提高的涂料。3﹞能赋予传统涂料不具备的功能,得到具有抗老化、耐磨损、耐腐蚀、剥离强度高、易清洁等特殊功能的保护膜层。

下面我们来介绍在黄铜制品表面形成纳米膜层的工艺过程。

2  工艺过程

黄铜制品加工成型后,需要表面处理,然后进行装配。传统表面处理工艺是采用脱脂除油→酸洗→抛光→钝化→烘干的工艺。在贮存期间容易出现腐蚀现象,特别是在潮湿高温的海洋环境中极易出现腐蚀。为了提高黄铜制品的防腐性能,通过许多的保护处理方式实验,最终选择纳米涂料,彻底解决了黄铜制品的耐蚀性较差的问题,而且赋予了其他的特殊功能。

纳米保护工艺:脱脂→抛光→钝化→烘干→覆膜→固化。

脱脂:氢氧化钠 5g/L~15g/L,碳酸钠 20g/ L~40g/L,磷酸三钠 30g/L~50g/L,硅酸钠 3g/L~5g/L,OP-10乳化剂 2mL/L~3mL/L,温度 60℃~70℃,时间 3min~5min,去除零件表面的油污。

酸蚀:硫酸 8%~10%(体积比),温度 40℃~50℃,时间 0.5 min~1min,除去零件表面的氧化物。

抛光:LD-2610抛光液 120 ml/L~200ml/L,硫酸 35 ml/L~40ml/L,双氧水 80 ml/L~120 ml/L,温度 40℃~50℃,时间 0.5 min~2min,能使铜表面光亮如镜面,具有极好的抛光效果。

钝化:LD-3330无铬钝化剂 180 ml/L~200ml/L,温度 60℃~70℃,时间 2 min ~5min,无色保护膜,对零件的光泽性基本没有影响。

烘干:温度 90℃~110℃,时间 15 min~25 min,烘干零件表面的水分。

纳米保护:本工艺使用LD-4211铜合金纳米保护剂采用AB双组分体系,使用时按A﹕B=2.3±0.05﹕1(w),AB总量﹕无水酒精=1﹕(1.7±0.3)(w)。

槽液配制:将槽体清洗干净,最后一次清洗用无水酒精,保证槽内没有水份。将加入无水酒精至槽内,约为槽体积的1/2,在轻微搅拌条件下,加入计算量A组份,搅拌均匀,等消泡后,在轻微搅拌条件下慢慢加入计算量B组分,最后加入无水酒精至规定体积,搅拌均匀,静置20~30min。

工艺参数:不挥发物含量 2.5%~3.5%(体积比),温度 10℃~20℃,时间 0.5 min~1min,

固化:温度 100~120℃,时间 25~30 min。

3  膜层性能检验

       3.1 外观:均匀透明的覆膜。

       3.2 附着力:采用GB/T 9286标准的1X1mm的划格测试,全达到0级。

      3.3 硬度:铅笔硬度实验,采用相同工艺进行覆膜处理,用不锈钢、45#钢、黄铜试片、黄铜单体分别进行硬度测试,结果表1:

             表1 不同材料覆膜处理后的硬度

硬度(铅笔)

不锈钢

45#钢

黄铜试片

黄铜单体

纳米覆膜保护

6H

5H

3H

2H

备注:执行GB/T6739标准

      3.4 耐水性:室温浸泡48h,覆膜无变化,疏水效果无明显变化。

      3.5 耐溶剂性:对多数有机溶剂都有良好的耐蚀性,分别用苯、二甲苯、甲醚、乙醇、异丁基甲酮对覆膜进行擦试,来回往返十次,覆膜无失光或脱落现象。

      3.6 耐盐雾性:采用GJB150A.11标准测试,结果如图1,图片左边采用传统工艺处理,图片右边采用纳米覆膜处理。经过中性盐雾实验,采用传统工艺处理24h开始腐蚀,48h严重腐蚀,采用纳米覆膜处理48h没有明显变化。采用BG/T1771标准测试,经72h中性盐雾实验,结果如图2,图片左边采用传统工艺处理,图片右边采用纳米覆膜处理。72h中性盐雾实验后,采用传统工艺处理的严重腐蚀,采用纳米覆膜处理的轻微腐蚀。

      3.7 疏水疏油性:纳米保护覆膜具有优良的疏水疏油效果,疏水疏油最直接的表现是接触角,接触角越大,疏水疏油效果越好。θ<90°,则固体表面是亲水性的,即液体较易润湿固体,其角越小,表示润湿性越好;若θ>90°,则固体表面是疏水性的,即液体不容易润湿固体,容易在表面上移动。

4是未处理和处理的疏水疏油效果。图片左边未处理,图片右边覆膜处理。未处理的表面用油墨笔能写出清晰的字,而纳米覆膜处理的表面用油墨笔写出的字只有一个痕迹,没有明显的字体。

      3.8 自清洁性:用平面1mX1m来实验,如图5所示,图片左边未处理,图片右边覆膜处理。经过1个月曝露集灰尘后,用水冲洗的效果。

      3.9 耐高温性:将覆膜部件直接放入烘箱,温度保持一定,恒温1h。分别采用200240300三段温度实验,200实验覆膜无变化,240实验覆膜失光,透明性变差,300实验覆膜严重失光,变得半透明。

      3.10 耐霉菌性:采用GJB150A.10标准测试,经一个周期(28天)试验,符合要求。

      3.11 射击试验

经靶场进行强度射击试验,检查外观:底缘没有裂,体部和肩部没有纵向和横向裂缝,口部没有横向裂缝;底平面没有烧蚀;钝化膜没有起皮、鼓泡、脱落的疵病。

4 影响因素

      4.1 前处理的影响

脱脂不彻底,局部有污物,影响纳米覆膜液的附着,覆膜不连续,局部发花或不上膜。

清洗不干净,零件表面有盐迹,膜层会出现颗粒,而且盐类物质进入覆膜液中,加速纳米保护剂的团聚速度,缩短纳米覆膜液的使用周期。

      4.2 环境因素的影响

环境清洁度的影响,空气中都有或多或少的灰尘颗粒,纳米涂料中除了溶剂,成膜物都是纳米材料,灰尘落入覆膜液中,灰尘就是一个团聚核,纳米粒子就会吸附团聚灰尘核,使纳米粒子团聚越来越大,破坏了纳米稳定性,失去纳米特性。

环境温度的影响,纳米对温度非常敏感,温度越高,纳米粒子的布朗运动越剧烈,纳米粒子之间碰撞的机会增加,纳米容易团聚;纳米覆膜液中含有固化材料,温度越高,与成膜物反应就会越快,从而使覆膜液变质;但低于5℃,其稳定性反而降低,故一般控制温度在5℃~20℃的范围内,工艺选择范围是5℃~20℃。 

湿度的影响,水分在纳米覆膜液中,会加速纳米粒子的固化。纳米涂料中溶剂采用乙醇,而乙醇有吸水效果,空气湿度越大覆膜液吸收的水分越多,覆膜液的使用周期越短,所以覆膜液在不使用的时候,一定要密封,减少水分含量。

       4.3 不挥发物的影响

不挥发物含量直接影响覆膜厚度,含量低,覆膜薄,出现覆膜疏水疏油效果不好,耐蚀性降低;含量高,覆膜容易出现流挂或堆积。

      4.4 固化剂的影响

通过大量实验和性能测试,确定主成膜剂和固化剂的比例2.31, 如果增加固化剂的量,覆膜硬度提高,脆性加大,高低温突变易脆裂;降低固化剂的量,覆膜不能完全交联固化,耐蚀性降低。

     4.5 固化条件的影响

浸泡或喷涂覆膜处理,需要及时进行烘烤,固化温度低,需要的时间长,固化温度高,需要的时间短。从保证覆膜性能方面讲,一定要保证固化温度和时间,确保覆膜完全固化成膜。

5 结论

通过在黄铜制品上涂覆纳米膜层,很好地解决黄铜制品的耐蚀性和耐磨性,提高了产品的表面质量,避免了采用传统工艺加工的黄铜制品在转运、检验、装配过程中的碰伤 、划伤等现象,提高了黄铜制品的良品率,装配完成后也不需要人工清洗,直接装箱。