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JUNE

2010

铜合金与镁合金表面干膜润滑涂层去除剂

发布时间:2010-6-12 16:52:551392次

据全球金属网报道:

  在航空领域,有许多附件由镁合金镶嵌铜合金衬套构成,并在铜合金衬套表面喷涂耐高温干膜润滑涂层。修理附件时,需去除原涂层并重新喷涂。此类耐高温干膜润滑涂层由环氧、有机硅、酚醛树脂和耐磨填料组成,再经高温烘烤而成,其结合强度高、耐磨和耐化学介质性优异,加上成膜于精密的镁合金和铜合金组合件上,难以用一般的化学去除方法清除。实际生产中一般只能用软刮刀手工铲除,不仅费时,且易损伤基体,特别是当零件形状复杂时,用刮刀去除则更困难[1]。目前,用于飞机外表蒙皮的脱漆剂技术已经很成熟[2]。本研究构思沿用二氯甲烷为主溶剂的配方,通过工艺实验确定其成分及参数,控制化学去除剂对基体材料的腐蚀,从而研制出一种能够去除此类零件表面润滑涂层的化学去除剂。还模拟了零件中铜衬套在镁合金壳体间形成的缝隙,并验证了所研制化学去除剂对零件的缝隙腐蚀情况。

  1.实验部分

  1.1化学去除剂的制备及试样准备

  主要化学试剂:二氯甲烷、甲醇、羟丙基纤维素、铜合金防变色剂、缓蚀剂、表面活性剂、石蜡等。

  配置主要操作步骤:在烧杯中加入所需量的主溶剂二氯甲烷、促进剂、助溶剂,搅拌下加入缓蚀剂与防变色剂,让其充分溶解,并在水浴槽中恒温(35±2)℃下加入羟丙基纤维素,搅拌调匀后,冷却至室温即可。进行以上操作时需带上橡皮手套,在抽风条件下进行。

  试片的制备:在25mm×50mm×2mm的铜合金与镁合金材料试片上喷涂耐高温、耐磨、润滑涂层。

  1.2化学去除剂成分参数优化实验方案设计

  优化实验方案设计列于表1。

  1.3腐蚀实验方案设计

  (1)基体表面腐蚀采用浸泡方式。将试片放入所配制好的化学去除剂中,在恒温(35±1)℃下浸泡1h、2h、3h,用失质量法和表观检查法检测其腐蚀情况[3]。腐蚀产物的清除:镁合金:铬酐CrO3200g/L,室温8~10min;铜合金:盐酸(密度1.84g/mL)500mL/L,室温1~3min。试样的清洗与干燥[4]:将试片放入流动冷水中用毛刷轻轻刷洗干净,取出后放在干净的滤纸上用吹风机热风吹干,并将试样用中性包装纸包好,放入干燥器,1h后称量

  注:1.每次配制量约为100g左右;

  2.固定值为在做一个参数的优化实验时,其余参数取初设固定值。当一参数被优化后,固定值改用优化后参数;

  3.涂层的去除率按90%面积被去除的时间,去除时用刀片辅助将溶胀后的涂层轻轻刮掉。

  (2)模拟铜合金与镁合金之间缝隙,如图1所示,并采用上述方法检测其腐蚀情况。

图1 缝隙腐蚀实验示意图

图1 缝隙腐蚀实验示意图

 

2.实验结果

  2.1组分及参数的优化实验结果

  2.1.1主溶剂用量的选定

  主溶剂中的二氯甲烷属于小分子,故对大分子及链段间隙的渗透能力强,与有机物的相溶性好,可使涂层胀溶或溶解,导致大分子体积增大,产生内应力,破坏涂层与底材的附着力,从而使涂层容易从材料基体表面脱落下来[5]。其用量对涂层去除时间的影响如图2所示。

图2 二氯甲烷用量与涂层去除时间的关系

图2 二氯甲烷用量与涂层去除时间的关系

 

  由图2可知,涂层去除时间随二氯甲烷的加入量增加而减少,但当CH2Cl2用量达到60g以上时,涂层去除时间的减少变少,最后趋于平缓。这是因为CH2Cl2在达到一定量以后,此时涂层去除的溶解能力趋于恒定,大量的CH2Cl2分子包围了涂层分子,增加的CH2Cl2的分子不能进一步包围涂层分子。另外因为CH2Cl2本身的挥发性,当CH2Cl2含量过高时,挥发性也会急剧加大,对环境和人身危害加大,因此考虑到环境因素,将CH2Cl2用量控制在60~65g之间为宜,实验选用60g。

  2.1.2助溶剂用量的选定

  加入助溶剂的目的是为了增加对其他成分的溶解性,协同主溶剂分子充分渗入涂层,解除涂层与底材之间的附着力,从而加快涂层去除速率。实验中助溶剂选用甲醇,甲醇相对分子质量小,溶解性强并且价格较低[6]。其用量对涂层去除时间的影响如图3所示。

图3 甲醇用量与涂层去除时间的关系

  图3 甲醇用量与涂层去除时间的关系

  由图3可以得出,甲醇对化学去除剂涂层去除效果有一定的影响。其用量选为16g。

  2.1.3促进剂用量的选定

  促进剂一般是一些亲核试剂,它跟主溶剂结合能产生协同效应,从而提高涂层去除速度和效率[7]。有机酸是常用的促进剂,它能使大分子链段间产生一定程度的酸解,有利于主溶剂更迅速地渗入到涂膜中,加速涂层的脱除。促进剂对涂层去除效果的影响如图4所示。

图4 促进剂用量与涂层去除时间的关系

  图4 促进剂用量与涂层去除时间的关系

  由图4可以分析得出,促进剂用量以25g为宜。

  2.1.4增稠剂用量的选定

  加入增稠剂目的是为了增加化学去除剂的黏度,便于在垂直面刷涂[8]。另外,由于二氯甲烷属于易挥发型溶剂,需用增稠剂抑制其挥发性,提高化学去除剂的去除效率。常用的增稠剂为纤维素。实验采用了羟丙基纤维素,并与常用的甲基纤维素作对比实验。实验结果如图5所示。

图5 不同增稠剂涂层去除效果对比

  图5 不同增稠剂涂层去除效果对比

  由图5可以看出,羟丙基纤维素的去除效果比甲基纤维素的效果要好。羟丙基纤维素不仅在黏度方面优于传统的甲基纤维素,在对主溶剂二氯甲烷抑制方面效果更佳。

  2.1.5其他参数的选择

  (1)表面活性剂:为了更好地润湿涂层表面,使去除剂里面的小分子容易浸入涂层中,可在化学去除剂中加入适量的表面活性剂。实验选用的表面活性剂用量为0.75g。

  (2)缓蚀剂的选择:为了使基体镁合金和铜合金表面不受到腐蚀,需在配方中加入一定量的缓蚀剂,实验选用的缓蚀剂和防变色剂用量各为1.5g,通过失质量法得出缓蚀剂对基体的作用效果,如表2所示。

表2 缓蚀剂的作用效果

  表2 缓蚀剂的作用效果

  注:浸泡条件为恒温35℃(后面浸泡实验条件相同)。

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