CN107400895B - 一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，包括如下步骤：（1）表面预处理、（2）改性硅烷处理液制备、（3）改性处理。本发明针对铝镁合金的自身特性，合理调整改善了对联轴器的表面处理工艺，在具体的有机硅烷处理的过程中，通过向硅烷偶联剂中添加引入特殊改性后的纳米二氧化硅颗粒成分，有效的促进和提升了联轴器表面硅烷膜的成型速度和成膜质量，显著降低了铝镁合金联轴器自腐蚀电流密度，有效提升了整体的耐腐蚀性能和表面特性，同时将其使用寿命提高了5倍以上，很好的改善了泵的使用性能，推广价值较高。
Description
技术领域
本发明属于泵用材料表面加工处理技术领域，具体涉及一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺。
背景技术
泵是现在人们生活中必不可少的机械设备之一，为日常的生产提供了便利。联轴器是一些泵体内必须的零部件，按常用的使用形式可分为爪型弹性联轴器、弹性柱销联轴器和膜片联轴器等，其主要起到传递功率，补偿泵轴与电机轴的相对位移，缓和冲击，改变轴系的自振频率和避免发生危害性振动等功能。铝镁合金因其优异的综合特性被不断的开发使用，现有的多种联轴器均由铝镁合金制成，但铝镁合金的耐腐蚀性能不佳，使用时需要对其进行处理以增强耐腐蚀特性。传统方式是在其表面上喷覆防腐涂料，但涂料常存在有害物质含量高、不利于作业人员身体健康的问题。有机硅烷处理技术具有污染程度低、毒性小、耐腐蚀性能好的特点，在金属表面预处理领域逐渐表现出较强的竞争力。随着人们对于产品性能的不断追求，对应的加工处理工艺及效果则需不断的进行改善，现有的有机硅烷处理技术效果仍需进一步提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先将待加工的铝镁合金联轴器浸入去离子水中，不断搅拌清洗其表面的灰尘杂质，完成后捞出备用；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入除油液中进行除油脱脂处理，处理时加热保持除油液的温度为40~45℃，同时施加频率为30~33kHz的超声波进行处理，总计浸泡处理15~20min后将铝镁合金联轴器取出，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.先将操作b处理后的铝镁合金联轴器放入氢氧化钠溶液中浸泡处理6~8min，取出后再放入盐酸溶液中浸泡处理7~10min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
d.将操作c处理后的铝镁合金联轴器放入温度为80~85℃的干燥箱内进行干燥处理，40~50min后取出备用；
（2）改性硅烷处理液制备：
a.将纤维素放入质量分数为8~10%的柠檬酸中浸泡处理30~35min，期间不断进行搅拌处理，过滤取出后用去离子水冲洗一遍备用；
b.将操作a处理后的纤维素同聚碳酸酯、聚乙烯树脂按照质量比60~70：4~6：3~5进行混合放入反应釜中，然后再向反应釜中加入其总质量75~80%的N,N'-羰基二咪唑，最后再加入纤维素、聚碳酸酯、聚乙烯树脂、N,N'-羰基二咪唑总质量6~8倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为48~53℃，保温处理90~100min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得混合物A备用；
c.将操作b所得的混合物A与纳米二氧化硅按照质量比1：20~24进行混合，然后放入质量分数为3~5%的磷酸溶液中，加热保持磷酸溶液的温度为37~41℃，不断搅拌处理30~35min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得改性纳米二氧化硅备用；
d. 将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：3~4：14~16混合均匀，加热保持其温度为26~29℃，调节其pH值为3.2~3.8，水解处理4~6h，然后再加入其总质量0.7~0.9%的操作c所得的改性纳米二氧化硅，最后高速搅拌均匀后制得改性硅烷处理液备用；
（3）改性处理：
a.将步骤（1）处理后的铝镁合金联轴器浸入到步骤（2）所得的改性硅烷处理液中，加热保持改性硅烷处理液的温度为67~73℃，浸泡处理40~45min后取出，然后再放入温度为110~115℃的条件下固化处理10~15min；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入到体积比为1：8的硝酸酒精溶液中3~5min进行出光处理，然后用去离子水冲洗干净，最后放入温度为55~60℃的条件下烘干即可。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的除油液由如下重量份的物质组成：6~10份壬基酚聚氧乙烯醚、14~17份十二烷基苯磺酸钠、5~8份十二烷基三甲基氯化铵、26~30份丙酮、320~350份水。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为4~6%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为8~10%。
进一步的，步骤（2）操作d中所述的高速搅拌的速度为2000~2500转/分。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的烘干处理时保持烘干环境中空气的相对湿度为40~50%。
传统的有机硅烷处理是仅仅用硅烷偶联剂对合金表面进行改性生成硅烷膜处理，其处理方式简单，生成的硅烷膜质量不佳，使用特性仍需进一步的改进，基于此，本发明对传统的方法进行了针对性的改进处理，具体是在进行硅烷化处理前先独特配制了改性硅烷处理液，其中添加了特殊的改性纳米二氧化硅成分，添加的纳米二氧化硅可有效的抑制腐蚀铝镁合金过程中阴极反应的产生，并能提升硅烷膜的厚度和硬度，进而提升了整体的耐腐蚀性能，同时为了更进一步的提升防腐效果，又对纳米二氧化硅进行了改性处理，用N,N'-羰基二咪唑活化后的纤维素对纳米二氧化硅表面进行接枝处理，有效改善了传统纤维素仅仅通过物理包覆作用连接在纳米氧化锌的表面上造成吸附量极少的问题，接枝改性后的纳米二氧化硅能更有效稳定的固定在硅烷膜中，提升膜整体的理化性能，同时接枝的纤维素具有大量的羟基，而硅烷偶联剂是通过水解后生成的硅醇与铝镁合金基体表面的羟基发生缩合反应和交联作用进行结合生成硅烷膜，进而改性后的纳米二氧化硅又反向促进了硅烷膜的生成，此外，在制备时又在纤维素内引入了酸酯和树脂成分，添加的微量酸酯和树脂成分在硅烷化成膜后又能进行自身的聚合，并能与其余成分聚合，进一步提升了膜整体的综合特性。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明针对铝镁合金的自身特性，合理调整改善了对联轴器的表面处理工艺，在具体的有机硅烷处理的过程中，通过向硅烷偶联剂中添加引入特殊改性后的纳米二氧化硅颗粒成分，有效的促进和提升了联轴器表面硅烷膜的成型速度和成膜质量，显著降低了铝镁合金联轴器自腐蚀电流密度，有效提升了整体的耐腐蚀性能和表面特性，同时将其使用寿命提高了5倍以上，很好的改善了泵的使用性能，推广价值较高。
具体实施方式
实施例1
一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先将待加工的铝镁合金联轴器浸入去离子水中，不断搅拌清洗其表面的灰尘杂质，完成后捞出备用；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入除油液中进行除油脱脂处理，处理时加热保持除油液的温度为40℃，同时施加频率为30kHz的超声波进行处理，总计浸泡处理15min后将铝镁合金联轴器取出，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.先将操作b处理后的铝镁合金联轴器放入氢氧化钠溶液中浸泡处理6min，取出后再放入盐酸溶液中浸泡处理7min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
d.将操作c处理后的铝镁合金联轴器放入温度为80℃的干燥箱内进行干燥处理，40min后取出备用；
（2）改性硅烷处理液制备：
a.将纤维素放入质量分数为8%的柠檬酸中浸泡处理30min，期间不断进行搅拌处理，过滤取出后用去离子水冲洗一遍备用；
b.将操作a处理后的纤维素同聚碳酸酯、聚乙烯树脂按照质量比60：4：3进行混合放入反应釜中，然后再向反应釜中加入其总质量75%的N,N'-羰基二咪唑，最后再加入纤维素、聚碳酸酯、聚乙烯树脂、N,N'-羰基二咪唑总质量6倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为48℃，保温处理90min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得混合物A备用；
c.将操作b所得的混合物A与纳米二氧化硅按照质量比1：20进行混合，然后放入质量分数为3%的磷酸溶液中，加热保持磷酸溶液的温度为37℃，不断搅拌处理30min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得改性纳米二氧化硅备用；
d. 将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：3：14混合均匀，加热保持其温度为26℃，调节其pH值为3.2，水解处理4h，然后再加入其总质量0.7%的操作c所得的改性纳米二氧化硅，最后高速搅拌均匀后制得改性硅烷处理液备用；
（3）改性处理：
a.将步骤（1）处理后的铝镁合金联轴器浸入到步骤（2）所得的改性硅烷处理液中，加热保持改性硅烷处理液的温度为67℃，浸泡处理40min后取出，然后再放入温度为110℃的条件下固化处理10min；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入到体积比为1：8的硝酸酒精溶液中3min进行出光处理，然后用去离子水冲洗干净，最后放入温度为55℃的条件下烘干即可。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的除油液由如下重量份的物质组成：6份壬基酚聚氧乙烯醚、14份十二烷基苯磺酸钠、5份十二烷基三甲基氯化铵、26份丙酮、320份水。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为4%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为8%。
进一步的，步骤（2）操作d中所述的高速搅拌的速度为2000转/分。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的烘干处理时保持烘干环境中空气的相对湿度为40%。
实施例2
一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先将待加工的铝镁合金联轴器浸入去离子水中，不断搅拌清洗其表面的灰尘杂质，完成后捞出备用；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入除油液中进行除油脱脂处理，处理时加热保持除油液的温度为43℃，同时施加频率为32kHz的超声波进行处理，总计浸泡处理18min后将铝镁合金联轴器取出，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.先将操作b处理后的铝镁合金联轴器放入氢氧化钠溶液中浸泡处理7min，取出后再放入盐酸溶液中浸泡处理9min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
d.将操作c处理后的铝镁合金联轴器放入温度为82℃的干燥箱内进行干燥处理，45min后取出备用；
（2）改性硅烷处理液制备：
a.将纤维素放入质量分数为9%的柠檬酸中浸泡处理33min，期间不断进行搅拌处理，过滤取出后用去离子水冲洗一遍备用；
b.将操作a处理后的纤维素同聚碳酸酯、聚乙烯树脂按照质量比65：5：4进行混合放入反应釜中，然后再向反应釜中加入其总质量78%的N,N'-羰基二咪唑，最后再加入纤维素、聚碳酸酯、聚乙烯树脂、N,N'-羰基二咪唑总质量7倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为50℃，保温处理95min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得混合物A备用；
c.将操作b所得的混合物A与纳米二氧化硅按照质量比1：22进行混合，然后放入质量分数为4%的磷酸溶液中，加热保持磷酸溶液的温度为39℃，不断搅拌处理33min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得改性纳米二氧化硅备用；
d. 将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：3.5：15混合均匀，加热保持其温度为28℃，调节其pH值为3.5，水解处理5h，然后再加入其总质量0.8%的操作c所得的改性纳米二氧化硅，最后高速搅拌均匀后制得改性硅烷处理液备用；
（3）改性处理：
a.将步骤（1）处理后的铝镁合金联轴器浸入到步骤（2）所得的改性硅烷处理液中，加热保持改性硅烷处理液的温度为70℃，浸泡处理43min后取出，然后再放入温度为112℃的条件下固化处理13min；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入到体积比为1：8的硝酸酒精溶液中4min进行出光处理，然后用去离子水冲洗干净，最后放入温度为58℃的条件下烘干即可。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的除油液由如下重量份的物质组成：8份壬基酚聚氧乙烯醚、16份十二烷基苯磺酸钠、7份十二烷基三甲基氯化铵、28份丙酮、340份水。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为5%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为9%。
进一步的，步骤（2）操作d中所述的高速搅拌的速度为2200转/分。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的烘干处理时保持烘干环境中空气的相对湿度为45%。
实施例3
一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先将待加工的铝镁合金联轴器浸入去离子水中，不断搅拌清洗其表面的灰尘杂质，完成后捞出备用；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入除油液中进行除油脱脂处理，处理时加热保持除油液的温度为45℃，同时施加频率为33kHz的超声波进行处理，总计浸泡处理20min后将铝镁合金联轴器取出，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.先将操作b处理后的铝镁合金联轴器放入氢氧化钠溶液中浸泡处理8min，取出后再放入盐酸溶液中浸泡处理10min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
d.将操作c处理后的铝镁合金联轴器放入温度为85℃的干燥箱内进行干燥处理，50min后取出备用；
（2）改性硅烷处理液制备：
a.将纤维素放入质量分数为10%的柠檬酸中浸泡处理35min，期间不断进行搅拌处理，过滤取出后用去离子水冲洗一遍备用；
b.将操作a处理后的纤维素同聚碳酸酯、聚乙烯树脂按照质量比70：6：5进行混合放入反应釜中，然后再向反应釜中加入其总质量80%的N,N'-羰基二咪唑，最后再加入纤维素、聚碳酸酯、聚乙烯树脂、N,N'-羰基二咪唑总质量8倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为53℃，保温处理100min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得混合物A备用；
c.将操作b所得的混合物A与纳米二氧化硅按照质量比1：24进行混合，然后放入质量分数为5%的磷酸溶液中，加热保持磷酸溶液的温度为41℃，不断搅拌处理35min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得改性纳米二氧化硅备用；
d. 将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：4：16混合均匀，加热保持其温度为29℃，调节其pH值为3.8，水解处理6h，然后再加入其总质量0.9%的操作c所得的改性纳米二氧化硅，最后高速搅拌均匀后制得改性硅烷处理液备用；
（3）改性处理：
a.将步骤（1）处理后的铝镁合金联轴器浸入到步骤（2）所得的改性硅烷处理液中，加热保持改性硅烷处理液的温度为73℃，浸泡处理45min后取出，然后再放入温度为115℃的条件下固化处理15min；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入到体积比为1：8的硝酸酒精溶液中5min进行出光处理，然后用去离子水冲洗干净，最后放入温度为60℃的条件下烘干即可。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的除油液由如下重量份的物质组成：10份壬基酚聚氧乙烯醚、17份十二烷基苯磺酸钠、8份十二烷基三甲基氯化铵、30份丙酮、350份水。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为6%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为10%。
进一步的，步骤（2）操作d中所述的高速搅拌的速度为2500转/分。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的烘干处理时保持烘干环境中空气的相对湿度为50%。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，在步骤（2）改性硅烷处理液制备的操作b中不使用N,N'-羰基二咪唑对纤维素进行活化处理，即不添加N,N'-羰基二咪唑成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（2）改性硅烷处理液制备的操作b中不添加聚碳酸酯和聚乙烯树脂成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，在步骤（2）改性硅烷处理液制备中选用等质量份的普通市售纳米二氧化硅取代改性纳米二氧化硅，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的铝镁合金表面有机硅烷化处理工艺。
为了对比本发明效果，选用同一材质的铝镁合金作为实验对象，其中所选铝镁合金中各化学元素组分百分比含量为：Mg 3.4~3.7%，Cu 0.1~0.4%，Mn 0.15%，Fe 0.7%，Si0.4~0.7%，Zn 0.25%，余量为Al；将所选的铝镁合金材料随机分为四组，分别对应使用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对照组的方法进行处理，然后对处理后的铝镁合金材料进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
注：上表1中所述的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度是通过电化学测试而得，具体方式是将对应处理后的铝镁合金作为工作电极，以铂电极作为辅助电极，以氧化汞电极和饱和甘汞电极作为参比电极，电解溶液为质量分数3.8%的 NaCl溶液，测量不同铝镁合金电极试样的塔菲尔曲线，控制测试电位的扫面范围是开路电位±1.5V，扫描频率设置为 0.5mV/s，由此得出自腐蚀电位和自腐蚀电流密度。
由上表1可以看出，本发明处理后的铝镁合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度均有较大程度的下降，而自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的降低表现出其抗腐蚀性的提升，也即本发明处理后的铝镁合金的防腐性能得到有效增强，使用性能较好。
为了进一步对比本发明效果，对上述各组对应的铝镁合金进行NaCl溶液浸泡实验，进一步表明其耐腐蚀特性，具体是将对应铝镁合金加工成相同的体积大小（长宽高为：10cm×5 cm×5cm），然后浸入到质量分数为5%的NaCl中性溶液中，浸泡5天后检测其腐蚀失重量，具体对比数据如下表2所示：
表2
由上表2可以看出，本发明处理后的铝镁合金的表面致密性好，耐腐蚀特性强，使用性能更佳。
Claims (5)
1.一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先将待加工的铝镁合金联轴器浸入去离子水中，不断搅拌清洗其表面的灰尘杂质，完成后捞出备用；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入除油液中进行除油脱脂处理，处理时加热保持除油液的温度为40~45℃，同时施加频率为30~33kHz的超声波进行处理，总计浸泡处理15~20min后将铝镁合金联轴器取出，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.先将操作b处理后的铝镁合金联轴器放入氢氧化钠溶液中浸泡处理6~8min，取出后再放入盐酸溶液中浸泡处理7~10min，取出后用去离子水冲洗一遍后备用；
d.将操作c处理后的铝镁合金联轴器放入温度为80~85℃的干燥箱内进行干燥处理，40~50min后取出备用；
（2）改性硅烷处理液制备：
a.将纤维素放入质量分数为8~10%的柠檬酸中浸泡处理30~35min，期间不断进行搅拌处理，过滤取出后用去离子水冲洗一遍备用；
b.将操作a处理后的纤维素同聚碳酸酯、聚乙烯树脂按照质量比60~70：4~6：3~5进行混合放入反应釜中，然后再向反应釜中加入其总质量75~80%的N,N'-羰基二咪唑，最后再加入纤维素、聚碳酸酯、聚乙烯树脂、N,N'-羰基二咪唑总质量6~8倍的甲苯，加热保持反应釜内的温度为48~53℃，保温处理90~100min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得混合物A备用；
c.将操作b所得的混合物A与纳米二氧化硅按照质量比1：20~24进行混合，然后放入质量分数为3~5%的磷酸溶液中，加热保持磷酸溶液的温度为37~41℃，不断搅拌处理30~35min，之后对所得的物质进行抽滤，抽滤完成后得改性纳米二氧化硅备用；
d. 将硅烷偶联剂与去离子水、乙醇按照体积比1：3~4：14~16混合均匀，加热保持其温度为26~29℃，调节其pH值为3.2~3.8，水解处理4~6h，然后再加入其总质量0.7~0.9%的操作c所得的改性纳米二氧化硅，最后高速搅拌均匀后制得改性硅烷处理液备用；所述的高速搅拌的速度为2000~2500转/分；
（3）改性处理：
a.将步骤（1）处理后的铝镁合金联轴器浸入到步骤（2）所得的改性硅烷处理液中，加热保持改性硅烷处理液的温度为67~73℃，浸泡处理40~45min后取出，然后再放入温度为110~115℃的条件下固化处理10~15min；
b.将操作a处理后的铝镁合金联轴器浸入到体积比为1：8的硝酸酒精溶液中3~5min进行出光处理，然后用去离子水冲洗干净，最后放入温度为55~60℃的条件下烘干即可。
2.根据权利要求1所述的一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，其特征在于，步骤（1）操作b中所述的除油液由如下重量份的物质组成：6~10份壬基酚聚氧乙烯醚、14~17份十二烷基苯磺酸钠、5~8份十二烷基三甲基氯化铵、26~30份丙酮、320~350份水。
3.根据权利要求1所述的一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，其特征在于，步骤（1）操作c中所述的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为4~6%。
4.根据权利要求1所述的一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，其特征在于，步骤（1）操作c中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为8~10%。
5.根据权利要求1所述的一种泵用铝镁合金联轴器的表面处理工艺，其特征在于，步骤（3）操作b中所述的烘干处理时保持烘干环境中空气的相对湿度为40~50%。
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