專利名稱：具有摩擦火花安全性的高強度變形鋁合金雙保護膜的制作方法
技術領域：
本發明屬于輕合金表面防護技術領域，具體涉及一種具有摩擦火花安全性的高強度變形鋁合金雙保護膜及雙保護膜的制備方法。
輕合金材料以其輕、硬、韌、耐腐蝕等優良特性被廣泛應用于各個領域，如煤礦井下使用的高強度變形鋁合金單體液壓支柱就具有質量輕、支護強度大、耐腐蝕、安裝拆卸方便等特點，但是由于鋁合金摩擦火花安全性問題使這類產品的應用受到極大限制。根據國內外文獻報導和大量驗證試驗，輕合金材料與生銹鋼材產生沖擊或摩擦時，產生的火花最易引燃可燃性氣體，危險性極大。
目前世界上許多國家已禁止或限制在煤礦井下使用未經表面防護處理的輕合金制品，并對摩擦火花安全性問題進行探索和研究。國內外曾采用在輕合金中添加各種化學元素，或者改變加工工藝及熱處理方法來改變材料的化學物理性能，以此來降低和抑制摩擦火花引燃瓦斯的可能性，但所作嘗試未能獲得突破性進展。
英國提出用減少輕金屬與氧親合力的方法，即將輕金屬與其它金屬熔合制成合金，規定輕金屬含量不得超過15%，這樣大大削弱了輕合金許多優良特性，實際上這已經不是輕合金了。
捷克和匈牙利合作，采用等離子噴涂技術在輕合金鋼基體表面噴涂一層鎳基合金，即在高溫和超音速條件下使金屬粉末熔化后噴射到基體上，但這種方法不能用于鋁合金，原因是高溫會破壞鋁合金的機械性能。
日本、前蘇聯、德國、保加利亞、波蘭等國采用在輕金屬材料上噴涂油漆、環氧樹脂、聚酰胺、醇酸樹脂等以及鋅、銅等金屬涂層，對防止磨擦火花引燃瓦斯有一定防護作用，但總的效果并不十分理想，且這種噴涂技術多用于井下設備的外殼、罩、手柄等零部件上。
我國對鋁合金在煤礦井下使用的摩擦火花安全性問題也進行了大量研究和試驗，目前尚未安全解決這一難題。1985年煤炭部司局文件(85)技字056號文曾規定對鋁合金單體液壓支柱要有條件的限制使用，1992年中煤總技字(1992)第655號文件則決定煤礦井下嚴禁使用鋁合金單體液壓支柱，并指出現存的鋁合金單體液壓支柱必須經有關制造廠鑲套或其它有效方法改造后方可投入井下使用。
本發明的目的就是針對現有技術中存在的問題，而對鋁合金特別是高強度變形鋁合金制品進行表面處理，提供一種具有摩擦火花安全性的雙保護膜及雙保護膜的制備方法，以有效防止鋁合金在受到沖擊、摩擦時發生鋁熱反應和產生可引燃易燃易爆氣體的摩擦火花。
本發明的技術解決方案是為有效防止鋁合金與生銹鋼材等發生沖擊、摩擦時產生摩擦火花，本發明認為所提供的保護膜應在兩種金屬之間起到隔離、緩沖和滑動的作用。這樣就要求保護膜在具有一定韌性的條件下硬度要高，在具有一定附著力的基礎上膜層要厚。
本發明所提供的雙保護膜中第一層為高強度變形鋁合金基體表面的硬質陽極氧化膜，該氧化膜硬度為Hm300～400，膜厚為0.05～0.08mm;第二層為覆蓋在第一層上的膠性有機涂料膜，該膠性有機涂料的配方是(按重量百分比)環氧樹脂35～45%、二硫化鉬15～20%、聚酰胺樹脂10～18%、聚硫橡膠1～2%、催化劑0.1～0.3%、固化劑0.1～0.3%、混合溶劑15～30%。
本發明所提供雙保護膜的制備方法包括對鋁合金基體的硬質陽極氧化工藝和噴涂膠性有機涂料。
在硬質陽極氧化中電解液的成分、濃度和溫度以及電流密度等都是氧化膜生成的關鍵參數，直接影響氧化膜的生成品質。常規工藝中硬質陽極氧化電解液須保持在-10℃～0℃的低溫，因此需要大型的冷卻設備，其費用昂貴、生產成本高。
本發明為了得到具有一定硬度和厚度且均勻致密的膜層，經過多次試驗對硬質陽極氧化工藝參數進行篩選和調整，在保證氧化膜硬度和膜厚的前提下力求降低生產成本。
本發明第一步采用硬質陽極氧化工藝對鋁合金基體進行處理，其氧化工藝參數為電解液中硫酸含量160～200g/l，草酸含量10～14g/l，電解液溫度10～19℃，電流密度2～3A/dm2，電壓≤25V，氧化時間80～135分鐘，封閉溫度80～95℃，封閉時間20～35分鐘。
本發明電解液的溫度要求比常規工藝明顯提高，采用鹽水循環冷卻即可實現，不需要大型冷卻設備，因此可大大降低生產成本。
鋁合金基體經過上述硬質陽極氧化處理，其氧化膜硬度達Hm300～400，膜厚達0.05～0.08mm。經過氧化處理的工件即可實施膠性有機涂料的噴涂工藝。
本發明第二步將膠性有機涂料噴涂到鋁合金基體的硬質陽極氧化膜上。該膠性有機涂料的制備方法是(按重量百分比)將35～45%環氧樹脂溶液(50%環氧樹脂)與15～20%的二硫化鉬(MoS2)混合后球磨48小時，在10～18%的聚酰胺樹脂中加入15～30%的混合溶劑，攪拌20～30分鐘后，與球磨好的環氧樹脂、二硫化鉬液混合并攪拌10分鐘。然后再依次加入1～2%聚硫橡膠、0.1～0.3%催化劑、0.1～0.3%固化劑，繼續充分攪拌20分鐘后，經180目/吋的濾網過濾后，即可實施噴涂。
上述膠性有機涂料中所采用的催化劑是DMP-30(2，4，6-三[(二甲氨基)甲基]苯酚)，固化劑是DTA(二乙烯三胺)，混合溶劑是二甲苯和正丁醇，其中二甲苯為75%，正丁醇為25%。
本發明的優點及效果1、本發明采用硬質陽極氧化處理技術和噴涂膠性有機涂料相結合，對高強度變形鋁合金表面進行雙保護膜處理，達到了沖擊或摩擦火花安全性的要求。經國家煤礦防塵通風安全產品質檢中心依據GB13813-92《煤礦用金屬材料摩擦火花安全性試驗方法和判定原則》，對經過雙保護膜處理的鋁合金試件進行測試。在自由落錘沖擊、摩擦兩種工況條件下，進行了十組共計320次重復性試驗，均未發生過一次引燃試驗用氣體，達到和超過了標準值中的規定。檢測試驗證明了雙保護膜確實有效地抑制了高強度變形鋁合金表面摩擦火花的產生。
2、本發明采用的硬質陽極氧化工藝，具有槽液成分簡單、工藝穩定、生產成本低等優點，工藝參數中溫度值高、電液密度小，與通用的低溫硫酸硬質陽極氧化工藝比較，節省電能三分之一以上，且生成的氧化膜硬度高、膜層厚、耐磨耐腐蝕、絕緣性能好(擊穿電壓超過2000伏)。該氧化膜對抑制摩擦火花的產生起到關鍵作用。
3、本發明采用的膠性有機涂料，施工工藝簡單，其涂層致密、柔韌、光滑、附著力強，有優異的抗沖擊、摩擦和耐腐蝕性能，且涂料中無類似硝基纖維素材料，無助燃作用，該涂料膜對氧化膜起到很好的保護作用。
4、雙保護膜的研制成功填補了國內空白，對煤礦井下使用輕合金的安全性開辟了新的技術途徑。該技術可廣泛應用于有嚴格防火防爆要求的輕合金表面防護，諸如煤礦、化工、石油、消防、鐵路、船舶等眾多行業。
下面結合實施例進一步說明本發明以下實施例是對煤礦井下用157鋁合金單體液壓支柱表面的雙保護膜技術處理。
硬質陽極氧化處理實施例1鋁合金支柱經過化學除油堿蝕、硝酸出光后，在硫酸為190g/l、草酸為13g/l的溶液中進行氧化，氧化時電解液溫度為16℃，電流密度為2.5A/dm2，電壓從17V升至19V，時間為70分鐘，其中電解液采用鹽水循環冷卻，之后再經重鉻酸鹽封閉，封閉溫度為80℃，時間為20分鐘，經過上述硬質陽極氧化處理，實際測得氧化膜硬度Hm312，膜厚0.05mm。
硬質陽極氧化處理實施例2鋁合金支柱經過前序處理，在硫酸為165g/l、草酸為11g/l的溶液中進行氧化，氧化時電解液溫度為13℃，電流密度為3A/dm2，電壓從18V升至21V，時間為80分鐘，其中電解液采用鹽水循環冷卻，之后再經重鉻酸鹽封閉，封閉溫度為95℃，時間為25分鐘。經過上述硬質陽極氧化處理，實際測得氧化膜硬度Hm401，膜厚0.085mm。
硬質陽極氧化處理實施例3鋁合金支柱經過前序處理，在硫酸為195g/l、草酸為10g/l的溶液中進行氧化，氧化時電解液溫度為18℃，電流密度為2.0A/dm2，電壓從16V升至18V，時間為70分鐘，其中電解液采用鹽水循環冷卻，之后再經重鉻酸鹽封閉，封閉溫度為95℃，時間為20分鐘。經過上述硬質陽極氧化處理，實際測得氧化膜硬度Hm351，膜厚0.085mm。
經過上述氧化處理的工件即可實施噴涂膠性有機涂料。
膠性有機涂料的具體配方有配方1(按重量百分比)E-20環氧樹脂(50%)35%、二硫化鉬20%、650＃低分子聚酰胺樹脂15%、YL-1000聚硫橡膠1%、DMP0.1%、DTA0.1%、二甲苯20%、正丁醇8.8%。
配方2(按重量百分比)E-20環氧樹脂(50%)45%、二硫化鉬15%、650＃低分子聚酰胺樹脂18%、YL-1000聚硫橡膠2%、DMP0.2%、DTA0.2%、二甲苯13.6%、正丁醇6%。
配方3(按重量百分比)E-20環氧樹脂(50%)43%、二硫化鉬17%、650＃低分子聚酰胺樹脂17%、YL-1000聚硫橡膠2%、DMP0.1%、DTA0.3%、二甲苯13%、正丁醇7.6%。
上述涂料配方按照本發明所提供的方法制備，采用常規工藝噴涂在實施例1、2、3所述的鋁合金支柱硬質陽極氧化膜表面，其涂層厚度為0.15mm左右。
權利要求
1.一種具有摩擦火花安全性的高強度變形鋁合金雙保護膜，其特征在于雙保護膜中第一層為高強度變形鋁合金基體表面的硬質陽極氧化膜，該氧化膜硬度為Hm300～400，膜厚為0.05～0.08mm；第二層為覆蓋在第一層上的膠性有機涂料膜，該膠性有機涂料的配方是(按重量百分比)環氧樹脂35～45%、二硫化鉬15～20%、聚酰胺樹脂10～18%、聚硫橡膠1～2%、催化劑0.1～0.3%、固化劑0.1～0.3%，混合溶劑15～30%。
2.一種具有摩擦火花安全性的高強度變形鋁合金雙保護膜的制備方法，其特征在于a、采用硬質陽極氧化工藝對鋁合金基體進行處理，其氧化工藝參數為電解液中硫酸含量160～200g/l，草酸含量10～14g/l，電解液溫度10～19℃，電流密度2～3A/dm2，電壓≤25V，氧化時間80～135分鐘，封閉溫度80～95℃，封閉時間20～35分鐘;b、將膠性有機涂料噴涂到鋁合金基體的硬質陽極氧化膜上，該膠性有機涂料的制備方法是(按重量百分比)將35～45%環氧樹脂溶液(50%環氧樹脂)與15～20%的二硫化鉬(MoS2)混合后球磨48小時，在10～18%的聚酰胺樹脂中加入15～30%的混合溶劑，攪拌20～30分鐘后，與球磨好的環氧樹脂、二硫化鉬液混合并攪拌10分鐘;然后再依次加入1～2%聚硫橡膠、0.1～0.3%催化劑、0.1～0.3%固化劑，繼續充分攪拌20分鐘后，經180目/吋的濾網過濾后，即可實施噴涂。
3.根據權利要求2所述的高強度變形鋁合金雙保護膜的制備方法，其特征在于膠性有機涂料中所采用的催化劑是DMP-30(2，4，6-三[(二甲氨基)甲基]苯酚)，固化劑是DTA(二乙烯三胺)，混合溶劑是二甲苯和正丁醇，其中二甲苯為75%，正丁醇為25%。
全文摘要
本發明涉及一種具有摩擦火花安全性的高強度變形鋁合金雙保護膜及雙保護膜的制備方法。采用一種經濟的硬質陽極氧化工藝，使鋁合金基體表面生居硬度Hm300～400、膜厚0.05～0.08mm的硬質陽極氧化膜，然后在氧化膜上噴涂一層由環氧樹脂、二硫化鉬、聚酰胺樹脂和聚硫橡膠等組成的膠性有機涂料。經檢測試驗證明雙保護膜確實有效地抑制了鋁合金表面摩擦火花的產生。本發明可廣泛應用于有嚴格防火防爆要求的煤礦、化工、石油、消防等行業輕合金的表面防護處理。
文檔編號C25D11/04GK1112058SQ9411589
公開日1995年11月22日 申請日期1994年8月31日 優先權日1994年8月31日
發明者梁福德, 張景行, 馬景民, 汪亞昭, 李千有, 韓官榮, 王秉武, 張吉福, 張曉峰, 李奕坤, 趙云成, 聶秀龍, 張安林, 楊國紅 申請人:山西平陽機械廠