專利名稱：船舶緊固件鎘-鋅-氟碳復(fù)合涂層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶緊固件鎘-鋅-氟碳復(fù)合涂層及制備方法。
背景技術(shù)：
船舶緊固件的腐蝕通常指應(yīng)力條件下的電化學(xué)腐蝕，即應(yīng)力電化學(xué)腐蝕；海洋環(huán)境中，船舶緊固件腐蝕還屬于有Cl_離子存在的電化學(xué)腐蝕，在上述兩種類型疊加的情況下，緊固件的腐蝕反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于通常的自然銹蝕速率。這種腐蝕的失效方式屬于晶間腐蝕斷裂，通常是引起重大機(jī)械事故的主導(dǎo)性誘因。因此，對海洋環(huán)境條件中的緊固件進(jìn)行充分的保護(hù)是保證安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率的必需手段。目前，熱浸鋅、真空鋅/鋁共滲、鍍鋅及達(dá)克羅等工藝是船舶緊固件常用的防腐技術(shù)。但是，它們在實(shí)際生產(chǎn)過程中的使用效果并不理想，例如，在緊固件安裝過程中，緊固件受到較強(qiáng)的夾持應(yīng)力和軸向的擠壓或拉伸應(yīng)力，因而其外露表面的防銹層嚴(yán)重?fù)p壞，隨后在船舶建造過程開始發(fā)生腐蝕。交船時，緊固件表面已經(jīng)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的銹蝕，有一些舷外部位的緊固件已經(jīng)無法正常拆換，不但貽誤工時，還造成了大量的浪費(fèi)。事實(shí)表明，當(dāng)前船舶緊固件采取的防腐技術(shù)沒能有效的遏制腐蝕的發(fā)生，船舶緊固件的腐蝕防護(hù)問題依然嚴(yán)峻。導(dǎo)致緊固件保護(hù)層剝落的因素有兩方面因素一、涂層與緊固件基體之間的結(jié)合力不足；二、緊固件螺紋內(nèi)側(cè)的滑動摩擦力過大，從而使層間剪切應(yīng)力大于涂層與基體間的抗剪極限。解決涂層剝落問題也應(yīng)該從上述兩方面入手，不但要保證防護(hù)涂層與基體的結(jié)合力，也需要采取措施在螺紋內(nèi)側(cè)降低摩擦系數(shù)，避免產(chǎn)生過大剪切力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有船舶緊固件不耐腐蝕的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了船舶緊固件鎘-鋅-氟碳復(fù)合涂層及制備方法。該方法通過在緊固件基底制備鎘、鋅和氟碳復(fù)合保護(hù)層，解決船舶緊固件的抗腐蝕問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
緊固件外表由內(nèi)向外分別設(shè)有鍍鎘層、鍍鋅層和氟碳涂層，形成緊固件復(fù)合保護(hù)層。緊固件復(fù)合保護(hù)層的制備過程緊固件本體按順序經(jīng)過除油、清洗、電化學(xué)浸蝕、 浸蝕后清洗、鍍鎘、鍍鋅、鈍化、除氫處理、噴涂氟碳涂料、氟碳涂層固化過程。具體操作步驟
1、緊固件除油用80 90°C堿液浸泡緊固件，進(jìn)行除油；
2、清洗經(jīng)過堿液除油后的緊固件用50 60°C清水清洗三次；
3、電化學(xué)浸蝕采用陰極一陽極聯(lián)合浸蝕法，陰極浸蝕與陽極浸蝕時間比為3:2；
陰極浸蝕以鉛板為陽極，緊固件為陰極，陰極浸蝕電流密度為8A / dm2，浸蝕溫度 60°C，時間為10分鐘；
陽極浸蝕以鐵板為陰極，緊固件為陽極，電流密度為4A / dm2，浸蝕溫度35°C，浸蝕時間為6分鐘；
4、浸蝕氧化皮后清洗用23°C冷水對浸蝕氧化皮后的緊固件進(jìn)行清洗；
5、鍍鎘采用氨羧絡(luò)合物鍍鎘工藝；
6、鍍鋅采用堿性無氰鍍鋅工藝；
7、鈍化采用三價鉻鈍化工藝；
8、除氫處理除氫過程溫度范圍180 190°C，保溫2.5小時；
9、噴涂氟碳涂料將經(jīng)過除氫處理的緊固件用熱風(fēng)吹干后，表面噴涂氟碳涂料，濕膜厚度范圍10 15微米；
10、氟碳涂層固化將經(jīng)過噴涂氟碳涂料的緊固件置于固化器中，在溫度條件下固化40分鐘，使緊固件表面涂覆的氟碳涂料成膜固化。積極效果，采用本發(fā)明的方法能夠在緊固件表面形成鎘-鋅-氟碳復(fù)合保護(hù)層，從而保護(hù)緊固件不受腐蝕源的侵蝕。本發(fā)明的復(fù)合保護(hù)層具有強(qiáng)度高、耐磨損、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。適宜在船舶制造及其它機(jī)械制造領(lǐng)域的緊固件表面防護(hù)應(yīng)用。


圖1為船舶緊固件鎘、鋅和氟碳復(fù)合保護(hù)層設(shè)置狀態(tài)圖。圖中，1.緊固件，1.1.螺齒，1.11.鍍鎘層，1.12.鍍鋅層，1.13.氟碳涂層。
具體實(shí)施例方式船舶緊固件包括螺栓、螺桿，螺母，墊片、墊圈、鎖釘和連接件，為用于機(jī)械緊固及部件安裝固定的器件。據(jù)圖1所示，以螺栓的螺齒部位為例，在緊固件1上設(shè)有螺齒1. 1，螺齒外側(cè)依次為鍍鎘層1. 11，鍍鋅層1. 12和氟碳涂層1. 13。緊固件復(fù)合保護(hù)層的制備過程
緊固件本體按順序經(jīng)過除油、清洗、電化學(xué)浸蝕、浸蝕后清洗、鍍鎘、鍍鋅、鈍化、除氫處理、噴涂氟碳涂料、氟碳涂層固化過程。具體操作步驟
1、緊固件除油用80 90°C堿液浸泡緊固件，進(jìn)行除油；
堿液組成在每升水溶液中，按質(zhì)量加有25克氫氧化鈉，30克碳酸鈉，7克十二水磷酸鈉，10克硅酸鈉，1. 7 2克OP乳化劑；
2、清洗經(jīng)過堿液除油后的緊固件用50 60°C清水清洗三次；
3、電化學(xué)浸蝕采用陰極一陽極聯(lián)合浸蝕法，陰極浸蝕與陽極浸蝕時間比為3:2，將清洗后的緊固件置入容器中，加入浸蝕液，通過浸蝕液的浸泡，除去緊固件的氧化皮；
陰極浸蝕以鉛板為陽極，緊固件為陰極，陰極浸蝕電流密度為8A / dm2，浸蝕溫度 60°C，時間為10分鐘；
浸蝕液組成在每升溶液中，按質(zhì)量加入43克比重1. 84的濃硫酸，觀克比重1. 19的鹽酸，22克氯化鈉，1 5克烏洛托品；
陽極浸蝕以鐵板為陰極，緊固件為陽極，電流密度為4A / dm2，浸蝕溫度35°C，浸蝕時間為6分鐘；浸蝕液組成在每升溶液中，按質(zhì)量加入12克比重1. 84的濃硫酸，230克七水硫酸亞鐵，50克氯化鈉，5克二甲苯硫脲；
4、浸蝕后清洗用23°C冷水對浸蝕后的緊固件進(jìn)行清洗；
5、鍍鎘采用氨羧絡(luò)合物鍍鎘工藝；
在每升鍍鎘液中，按質(zhì)量加入47克硫酸鎘，200克氯化銨，80克N(CH2COOH)3，10毫升 DE添加劑，調(diào)節(jié)pH值為7.0，在室溫條件下，采用陰極電流密度為0.6A / dm2；
6、鍍鋅采用堿性無氰鍍鋅工藝；
在每升鍍鋅液中，按質(zhì)量加有12克氧化鋅，100克氫氧化鈉，5. 5克DZ-503添加劑，2. 5 克活性炭粉。電鍍溫度30°C，陰極電流密度為2A / dm2，陽、陰極面積比為2:1，緊固件間距在200毫米以上；
7、鈍化采用三價鉻鈍化工藝；
操作流程為緊固件鍍鋅后用冷水清洗2次，再用1. 5%稀硝酸溶液拋光，經(jīng)鈍化后，對鍍鋅緊固件進(jìn)行清洗，最后用離心熱風(fēng)吹干；
鈍化液組成在每升鈍化液中，按質(zhì)量加有40克三氯化鉻，2克氟化銨，3. 5毫升硝酸， 6克硝酸鈷，調(diào)節(jié)pH值為2. 0，操作溫度23°C，鈍化浸漬時間25秒；
8、鍍鋅層除氫處理除氫過程溫度在180 190°C，保溫2.5小時。目的是為了降低由于鎘、鋅鍍層制備過程產(chǎn)生氫脆的風(fēng)險；
9、噴涂氟碳涂料將經(jīng)過除氫處理后的緊固件用熱風(fēng)吹干后，進(jìn)行表面噴涂氟碳涂料， 濕膜厚度范圍10 15微米；
10、氟碳涂層固化將經(jīng)過噴涂氟碳涂料的緊固件置于固化器中，在溫度條件下固化40分鐘，使緊固件表面涂覆的氟碳涂料成膜固化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明包括緊固件外表的氟碳涂料封閉層和緊固件基底的鍍鎘、鍍鋅層兩部分。緊固件外表氟碳涂層能夠減小剪切應(yīng)力，避免安裝過程中的涂層脫落，極大限度的保證緊固件表面涂層的完整性；另外，氟碳涂層具有極強(qiáng)的耐化學(xué)品性，完整的氟碳涂層能夠起到屏蔽電解質(zhì)的作用，避免腐蝕介質(zhì)與金屬相接觸。當(dāng)氟碳涂層破損，含氯離子的溶液與金屬層接觸后，基底鍍鎘、鍍鋅鍍層能夠發(fā)揮長效的犧牲陽極作用。基底鍍層采用鎘/鋅雙重復(fù)合的模式成膜，在氯離子溶液中與鋼鐵材料間的電位差匹配恰當(dāng)，避免了單一鍍層電化學(xué)消耗過快的問題，能夠保證緊固件始終處于足量而有效的保護(hù)之中。本方法從電解質(zhì)屏蔽和電化學(xué)保護(hù)兩方面系統(tǒng)地解決了緊固件的腐蝕失效問題。 針對安裝過程中緊固件涂層破損的問題，采用電化學(xué)方法進(jìn)行補(bǔ)償，合理的設(shè)計鎘、鋅鍍層與緊固件本體金屬間的電位差，形成長期犧牲陽極效應(yīng)，用以解決緊固件的腐蝕問題。
權(quán)利要求
1.船舶緊固件鎘-鋅-氟碳復(fù)合涂層，其特征是在緊固件(1)上設(shè)有螺齒(1.1)，螺齒外側(cè)由內(nèi)向外依次為鍍鎘層(1. 11)，鍍鋅層(1. 12)和氟碳涂層(1. 13)。
2.船舶緊固件鎘-鋅-氟碳復(fù)合涂層制備方法，其特征是緊固件本體按順序經(jīng)過除油、清洗、電化學(xué)浸蝕、浸蝕后清洗、鍍鎘、鍍鋅、鈍化、除氫處理、噴涂氟碳涂料、氟碳涂層固化過程；具體操作步驟(1)緊固件除油用80 90°C堿液浸泡緊固件，進(jìn)行除油；堿液組成在每升水溶液中，按質(zhì)量加有25克氫氧化鈉，30克碳酸鈉，7克十二水磷酸鈉，10克硅酸鈉，1. 7 2克OP乳化劑；(2)清洗經(jīng)過堿液除油后的緊固件用50 60°C清水清洗三次；(3)電化學(xué)浸蝕采用陰極一陽極聯(lián)合浸蝕法，陰極浸蝕與陽極浸蝕時間比為3:2，將除油清洗后的緊固件置入容器中，加入浸蝕除氧化皮液，通過浸蝕除氧化皮液的浸泡，除去緊固件的氧化皮；陰極浸蝕以鉛板為陽極，緊固件為陰極，陰極浸蝕電流密度為8A / dm2，浸蝕溫度 60°C，時間為10分鐘；浸蝕液組成在每升溶液中，按質(zhì)量加入43克比重1. 84的濃硫酸，觀克比重1. 19的鹽酸，22克氯化鈉，1 5克的烏洛托品；陽極浸蝕以鐵板為陰極，緊固件為陽極，電流密度為4A / dm2，浸蝕溫度35°C，浸蝕時間為6分鐘；浸蝕液組成在每升溶液中，按質(zhì)量加入12克比重1. 84的濃硫酸，230克七水硫酸亞鐵，50克氯化鈉，5克二甲苯硫脲；(4)浸蝕后清洗用23°C冷水對浸蝕后的緊固件進(jìn)行清洗；(5)鍍鎘采用氨羧絡(luò)合物鍍鎘工藝；在每升鍍鎘液中，按質(zhì)量加入47克硫酸鎘，200克氯化銨，80克N(CH2COOH)3，10毫升 DE添加劑，調(diào)節(jié)pH值為7.0，在室溫條件下，采用陰極電流密度為0.6A / dm2；(6)鍍鋅采用堿性無氰鍍鋅工藝；在每升鍍鋅液中，按質(zhì)量加有12克氧化鋅，100克氫氧化鈉，5. 5克DZ-503添加劑，2. 5 克活性炭粉，電鍍溫度30°C，陰極電流密度為2A / dm2，陽、陰極面積比為2:1，緊固件間距在200毫米以上；(7)鈍化采用三價鉻鈍化工藝；操作流程為緊固件鍍鋅后用冷水清洗2次，再用1. 5%稀硝酸溶液拋光，經(jīng)鈍化后，對鍍鋅緊固件進(jìn)行清洗，最后用熱風(fēng)吹干；鈍化液組成在每升鈍化液中，按質(zhì)量加有40克三氯化鉻，2克氟化銨，3. 5毫升硝酸， 6克硝酸鈷，調(diào)節(jié)pH值為2. 0，操作溫度23°C，鈍化浸漬時間25秒；(8)除氫處理除氫過程溫度在180 190°C，保溫2.5小時；(9)噴涂氟碳涂料將經(jīng)過除氫處理后的緊固件用熱風(fēng)吹干后，進(jìn)行表面噴涂氟碳涂料，涂層濕膜厚度范圍在10 15微米；(10)氟碳涂層固化將經(jīng)過噴涂氟碳涂料的緊固件置于固化器中，在溫度條件下固化40分鐘，使緊固件表面涂覆的氟碳涂料成膜固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及船舶緊固件鎘-鋅-氟碳復(fù)合涂層及制備方法。緊固件外表由內(nèi)向外分別設(shè)有鍍鎘層、鍍鋅層和氟碳涂層，形成緊固件復(fù)合保護(hù)層。緊固件復(fù)合保護(hù)層的制備過程緊固件本體按順序經(jīng)過除油、清洗、電化學(xué)浸蝕、浸蝕后清洗、鍍鎘、鍍鋅、鈍化、除氫、噴涂氟碳涂料和氟碳涂層固化過程。采用本發(fā)明的方法能夠在緊固件基底形成鎘、鋅和氟碳復(fù)合保護(hù)層；基底鍍層與鋼鐵間的電位差匹配性設(shè)計能夠高度耐受海水腐蝕。從而保護(hù)緊固件不受腐蝕源的侵蝕。外層氟碳涂層具有強(qiáng)度高、耐磨損、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所具有鎘、鋅和氟碳復(fù)合涂層的緊固件，適宜在船舶制造及其它機(jī)械制造領(lǐng)域的緊固件表面防護(hù)應(yīng)用。
文檔編號B05D7/14GK102534628SQ201010611710
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者李光民, 柏紅, 王建國, 祁芳, 耿季平, 趙連軍 申請人:渤海造船廠集團(tuán)有限公司