一種列車車門防護層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種列車車門防護層，其特征在于：包括體積分?jǐn)?shù)分別為50～70%的納米氧化物和30～50%硅烷膜；其中納米氧化物包括氧化鋯、氧化鋁和二氧化鈦中的至少兩種；在防護層中，納米氧化物起骨架作用，硅烷膜起潤滑作用。該防護層的制備工藝依次如下：預(yù)先對車門基體表面進行織構(gòu)化處理；配制施鍍液；隨后將織構(gòu)化處理后的基體浸入到施鍍液中進行施鍍，最后在基體表面得到一層防護層。本發(fā)明在常溫下能夠得到表面致密、均勻的納米氧化物陶瓷防護膜，該陶瓷防護層表面光滑、耐腐蝕能力優(yōu)異，耐磨性能優(yōu)良，熱穩(wěn)定性好，且制備工藝簡單、重復(fù)性好，生產(chǎn)效率高，能源消耗低，對環(huán)境無污染，且對基體工件的形狀沒有限制，適用于大尺寸的零件表面處理。
【專利說明】
一種列車車門防護層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種列車車門防護層及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]伴隨著高速列車綜合技術(shù)性能的提高，對列車整體的美觀性、防腐性等性能提出了更高的要求。一般，高速列車車門采用中空防銹鋁合金型材及板材組焊而成。鋁合金材料本身具有非常好的防腐性能，但受周圍環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)作用或電化學(xué)作用，仍會產(chǎn)生腐蝕。 在潮濕的天氣中，鋁合金表面會形成一層水膜，更為嚴(yán)重的是潮濕空氣中存在一定的Cl2、 so2以及co2等物質(zhì)時，鋁合金材料更容易發(fā)生點蝕、晶間腐蝕以及應(yīng)力腐蝕等，因此有必要在鋁合金材料表面形成一層保護層，以避免受到外界的腐蝕破壞。當(dāng)列車在高速行駛中，所處環(huán)境溫度有可能在短時間內(nèi)發(fā)生急劇的變化，這就要求列車車門保護層與基體之間具有良好的結(jié)合力。此外，由于高速列車運行速度為200?400m/h，運行區(qū)間跨度廣，濕度、溫度、 環(huán)境和氣候條件非常復(fù)雜，部分地區(qū)風(fēng)沙污染嚴(yán)重，這就需要考慮高速運行時列車車門的耐磨性、耐沖擊形變能力和耐候性能。
[0003]目前鋁合金普遍采用的是涂料涂裝、絡(luò)酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)換膜、陽極氧化及熱噴涂技術(shù)提高耐蝕性。其中涂料涂裝工藝、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜工藝及陽極氧化封閉層中需使用含重金屬絡(luò)的處理液，會對環(huán)境和人體造成較大的危害，亟需淘汰。由于陶瓷保護層與鋁合金基體的熱膨脹系數(shù)相差較大，熱噴涂時必須在基體上噴涂中間層，導(dǎo)致噴涂工藝復(fù)雜，工作效率較低。近年來，以硅烷水解產(chǎn)物為主的有機-無機摻雜涂層和以氟鋯酸鹽和氟鈦酸鹽為主的表面陶瓷化處理由于具有與基體結(jié)合力良好，綠色環(huán)保等特點成為研究熱點。但這種工藝存在耐蝕性不足、薄膜穩(wěn)定性較差等缺點，導(dǎo)致使用效果不理想。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種列車車門防護層及其制備方法，該防護層與基體之間的結(jié)合力高，兼具良好的耐腐蝕、耐磨損、熱穩(wěn)定和耐候性等性能， 且制備工藝穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種列車車門防護層，包括體積分?jǐn)?shù)分別為 50?70%的納米氧化物和30?50%娃燒膜;其中納米氧化物包括氧化錯、氧化鋁和二氧化鈦中的至少兩種;在防護層中，納米氧化物起骨架作用，硅烷膜起潤滑作用。
[0006]本發(fā)明還公開了一種列車車門防護層的制備方法，包括如下步驟:第一步，車門基體表面織構(gòu)化處理:首先對車門基體進行除油、除銹處理，隨后將其浸泡于刻蝕液中進行刻蝕，隨后取出用清水清洗數(shù)次；第二步，配制施鍍液:所述施鍍液組成如下:鍍膜劑40?60g/L，助鍍劑60?100g/L，緩沖劑20?50g/L，絡(luò)合劑15?30g/L，穩(wěn)定劑80?150g/L，其余為溶劑水;隨后采用鹽酸溶液將施鍍液的pH值調(diào)節(jié)至4?5之間，并將施鍍液加熱到30?40 °C ;第三步:制備鍍層:將織構(gòu)化的基體浸入施鍍液中，保持10?30 min，得到表面耐蝕耐磨層。
[0007]優(yōu)選地，第一步中的刻蝕液的組成為濃度55?65%的H3P〇4、5?15%的HAC、1?4%的 HN〇3和26?29%的H2〇2混合水溶液，刻蝕時間為1?lOmin。
[0008]優(yōu)選地，第二步中鍍膜劑為氟鋯酸鉀、氟鈦酸鉀、氟鋁酸鉀、氟鋯酸鈉、氟鈦酸鈉和氟鋁酸鈉中的至少兩種。
[0009]優(yōu)選地，第二步中助鍍劑為燒氧基娃燒。
[0010]優(yōu)選地，第二步中緩沖劑為硼酸或檸檬酸鈉。
[0011]優(yōu)選地，第二步中絡(luò)合劑為酒石酸、檸檬酸或乳酸。
[0012]優(yōu)選地，第二步中穩(wěn)定劑為硫代硫酸鈉。
[0013]本發(fā)明具有的有益效果:1、采用刻蝕液對鋁合金表面進行了化學(xué)刻蝕，可以在基體表面得到納米級別的織構(gòu)化層，從而明顯提高陶瓷防護層與基體之間的結(jié)合力，延長防護層的使用壽命。
[0014]2、本發(fā)明中烷氧基硅烷能夠和陶瓷顆粒復(fù)合交聯(lián)形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，陶瓷顆粒在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中起到骨架作用，從而解決了單獨使用硅烷時薄膜不穩(wěn)定的問題。
[0015]3、相比于化學(xué)轉(zhuǎn)化和陽極氧化等技術(shù)，本發(fā)明中防護層的制備在常溫下即可進行，且通過控制施鍍液組成能夠得到表面致密、均勻的納米氧化物陶瓷防護層，該陶瓷防護層表面光滑，耐腐蝕能力優(yōu)異，耐磨性能優(yōu)良，且熱穩(wěn)定性好。
[0016]4、本發(fā)明所述鋁合金表面防腐耐磨涂層的制備工藝簡單、重復(fù)性好，能源消耗低， 對環(huán)境無污染，所用原料廉價易得，成本低廉，且對基體材料的形狀沒有限制，適用于較大面積的鋁合金工件表面處理?！揪唧w實施方式】
[0017]下面對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0018]實施例一第一步，鋁合金基體表面織構(gòu)化處理:首先對A7N0IS-T5型鋁合金列車門進行除油、除銹處理，隨后將其浸泡于濃度為55%的H3P〇4、15%的HAC、1%的HN03和29%的H2〇2混合水溶液中 lmin進行刻蝕，隨后取出用清水清洗數(shù)次。[〇〇19]第二步，配制施鍍液:所述施鍍液組成如下:氟鋯酸鉀20g/L，氟鋁酸鉀20g/L，十二烷基三甲氧基硅烷60g/L，硼酸20g/L，酒石酸15g/L，硫代硫酸鈉80g/L，其余為溶劑水。隨后采用鹽酸溶液將施鍍液的pH值調(diào)節(jié)至4,并將施鍍液加熱到30°C。
[0020]第三步:制備鍍層:將織構(gòu)化的基體浸入施鍍液中，保持lOmin，得到表面陶瓷耐蝕耐磨防護層。防護層包括體積分?jǐn)?shù)分別為50%的納米氧化物和50%硅烷膜;其中納米氧化物為氧化鋯和氧化鋁;在防護層中，納米氧化物起骨架作用，硅烷膜起潤滑作用。[0021 ]將制備得到的耐蝕耐磨層層在35°C中性鹽霧(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液)測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁合金車門在160小時后才出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，具有良好的耐蝕性能。分別采用顯微硬度計和自動劃痕儀測得車門表面防護層的硬度為850HV和115MPa。[〇〇22]實施例二第一步，鋁合金基體表面織構(gòu)化處理:首先對A7N0IS-T5型鋁合金列車門進行除油、除銹處理，隨后將其浸泡于濃度為65%的H3P〇4、5%的HAC、4%的HN03和26%的H2〇2混合水溶液中 lOmin進行刻蝕，隨后取出用清水清洗數(shù)次。[〇〇23]第二步，配制施鍍液:所述施鍍液組成如下:氟鈦酸鈉40g/L，氟鋁酸鈉20g/L，十八烷基三甲氧基硅烷l〇〇g/L，硼酸50g/L，檸檬酸30g/L，硫代硫酸鈉150g/L，其余為溶劑水。隨后采用鹽酸溶液將施鍍液的pH值調(diào)節(jié)至5，并將施鍍液加熱到40°C。[〇〇24]第三步:制備鍍層:將織構(gòu)化的基體浸入施鍍液中，保持30min，得到表面陶瓷耐蝕耐磨防護層。防護層包括體積分?jǐn)?shù)分別為70%的納米氧化物和30%硅烷膜;其中納米氧化物為氧化鋁和二氧化鈦。
[0025]將制備得到的耐蝕耐磨層層在35 °C中性鹽霧(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液)測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁合金車門在200小時后才出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，具有良好的耐蝕性能。分別采用顯微硬度計和自動劃痕儀測得車門表面防護層的硬度為995HV和75MPa。[0〇26] 實施例三第一步，鋁合金基體表面織構(gòu)化處理:首先對A7N0IS-T5型鋁合金列車門進行除油、除銹處理，隨后將其浸泡于濃度為60%的H3P〇4、10%的HAC、2.5%的HN03和27.5%的H2〇2混合水溶液中5min進行刻蝕，隨后取出用清水清洗數(shù)次。[〇〇27]第二步，配制施鍍液:所述施鍍液組成如下:氟鋯酸鈉25g/L，氟鈦酸鈉25g/L，十二烷基三已氧基硅烷80g/L，檸檬酸鈉40g/L，乳酸20g/L，硫代硫酸鈉100g/L，其余為溶劑水。 隨后采用鹽酸溶液將施鍍液的pH值調(diào)節(jié)至4.5，并將施鍍液加熱到35°C。[〇〇28]第三步:制備鍍層:將織構(gòu)化的基體浸入施鍍液中，保持20min，得到表面陶瓷耐蝕耐磨防護層。防護層包括體積分?jǐn)?shù)分別為60%的納米氧化物和40%硅烷膜;其中納米氧化物為氧化錯和二氧化鈦。
[0029]將制備得到的耐蝕耐磨層層在35 °C中性鹽霧(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液)測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁合金車門在180小時后才出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，具有良好的耐蝕性能。分別采用顯微硬度計和自動劃痕儀測得車門表面防護層的硬度為880HV和94MPa。
[0030]本發(fā)明中，氟鋯酸鈉、氟鈦酸鈉或氟鋁酸鈉還可以用相應(yīng)的鉀鹽化合物替代或混合使用。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種列車車門防護層，其特征在于:包括體積分?jǐn)?shù)分別為50?70%的納米氧化物和30 ?50%娃烷膜;其中納米氧化物包括氧化鋯、氧化鋁和二氧化鈦中的至少兩種;在防護層中， 納米氧化物起骨架作用，硅烷膜起潤滑作用。2.—種列車車門防護層的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:第一步，車門基體表面織構(gòu)化處理:首先對車門基體進行除油、除銹處理，隨后將其浸 泡于刻蝕液中進行刻蝕，隨后取出用清水清洗數(shù)次；第二步，配制施鍍液:所述施鍍液組成如下:鍍膜劑40?60g/L，助鍍劑60?100g/L，緩 沖劑20?50g/L，絡(luò)合劑15?30g/L，穩(wěn)定劑80?150g/L，其余為溶劑水;隨后采用鹽酸溶液 將施鍍液的pH值調(diào)節(jié)至4?5之間，并將施鍍液加熱到30?40 °C ;第三步:制備鍍層:將織構(gòu)化的基體浸入施鍍液中，保持10?30 min，得到表面耐蝕耐 磨層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種列車車門防護層的制備方法，其特征在于:第一步中的刻 蝕液的組成為濃度55?65%的H3P〇4、5?15%的HAC、1?4%的HN〇3和26?29%的H2O2混合水溶 液，刻蝕時間為1?1 Omin。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種列車車門防護層的制備方法，其特征在于:第二步中鍍膜 劑為氟鋯酸鉀、氟鈦酸鉀、氟鋁酸鉀、氟鋯酸鈉、氟鈦酸鈉和氟鋁酸鈉中的至少兩種。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種列車車門防護層的制備方法，其特征在于:第二步中助鍍 劑為燒氧基娃燒。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種列車車門防護層的制備方法，其特征在于:第二步中緩沖 劑為硼酸或檸檬酸鈉。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種列車車門防護層的制備方法，其特征在于:第二步中絡(luò)合 劑為酒石酸、檸檬酸或乳酸。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種列車車門防護層的制備方法，其特征在于:第二步中穩(wěn)定 劑為硫代硫酸鈉。
【文檔編號】C23F1/20GK105970200SQ201610366907
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】王章忠, 呂學(xué)鵬, 張保森, 巴志新, 毛向陽, 董強勝, 朱帥帥
【申請人】南京工程學(xué)院