CN112521836A - 一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂6~10%，酚醛树脂2~5%，有机硅树脂0.1~0.3%，聚四氟乙烯4~7%，纳米三氟化镧0.5~1.5%，片状铝粉1~3%，球状铝粉1.5~4.0%，有机膨润土0.1~0.3%，余量为混合溶剂；所述混合溶剂按体积百分比计由24%~28%的无水乙醇、17%~20%的丁酮和55%~57%的甲苯混合均匀而成。本发明涂料附着力良好，机械强度高，耐脱漆剂性能和耐流体性能良好，具有优异的润滑耐磨性能和腐蚀防护性能，同时本发明铝涂料在常温下干燥速度快，操作工艺方便，更适用于需要浸涂的紧固件内螺纹。

Description

一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料

技术领域

本发明涉及自润滑铝涂层技术，尤其涉及一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料。

背景技术

紧固件是常见的机械连接方式，称为“工业之米”，广泛用于通用机械、工程机械及国防工业等领域。根据飞机机体结构连接特性和机型大小，在飞机上紧固件的应用数量从几万件到近百万件不等。随着现代军机飞行速度、机动性能、挂载能力、结构强度、使用寿命的大幅提升，以及大量新材料、新技术在航空航天领域的应用，对机体结构的紧固连接提出了更高的要求。

由于钛及钛合金具有重量轻、高比强度、优良的耐腐蚀性、良好的耐高温性能等优点，在航空、航天、船舶、地面武器装备等国防工业中得到了广泛应用。目前钛合金紧固件已成为高技术装备的关键基础零部件。但是钛合金紧固件与铝、钢等电位差较大的金属接触时易发生电偶腐蚀，并且钛合金耐磨性差，微动磨损易导致抗疲劳及耐腐蚀降低。传统的钛合金紧固件表面处理技术，如镀锌、镀铬等一方面无法满足新材料紧固件对装配、耐腐蚀、润滑、附着、耐脱漆等性能要求；另一方面，出于对自然环境和人居环境造成严重的污染和影响考虑，西方发达国家如美国和欧盟等已经明令禁止表面镀铬、镀锌技术。航空紧固件自润滑铝涂层作为一种替代传统航空紧固件电镀层表面处理的新型“绿色”表面处理新材料，已经受到国际航空界的广泛关注。美国Hi-Shear 公司于上世纪80年代开始在这方面开展了大量研究工作，形成Hi-Kote系列产品（Hi-Kote1，Hi-Kote1NC，Hi-Kote2及Hi-Kote4NC），其中Hi-Kote4NC防腐蚀和润滑性能优异，无污染，可直接应用于中低干涉的螺栓连接，无需对螺纹做额外地润滑处理，实现了自润滑铝涂层在钛合金紧固件上的工程化应用，并形成相关的标准规范Hi-Shear294和Hi-Shear294。目前该类涂层技术为其独家掌握的核心技术，对外进行严格的技术封锁，加之对我国的禁运和限制采购，目前国内型号还无法应用该技术。

国内对新型战斗机钛合金紧固件润滑防腐处理技术研究较晚，目前采用涂铝涂料然后复合十六醇润滑，仍然停留在国外Hi-Kote1标准的水平，自润滑效果需要加十六醇来实现，由于十六醇本身润滑能力有限，并且在复合后存在脱落和挥发的缺陷，导致装配性能不稳定并且直接影响装配后螺栓的连接可靠性和预紧力效果，不能满足装备的设计需求。国内既有的无镉自润滑铝涂层和国外相比存在较大差距，无法满足国际相关标准规范要求，仅仅解决了国内航空紧固件用铝涂层有无的问题。因此，发展高性能自润滑铝涂层，彻底解决机体结构连接及装配时出现的咬死、脱落、松动、腐蚀、力矩失效等问题，保证技战效率，填补我国目前在该领域的空白和实现相关高性能铝涂料产品的国产化生产，对提升我国武器装备水平有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种性能优良的紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料。

为解决上述问题，本发明所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂6~10%，酚醛树脂2~5%，有机硅树脂0.1~0.3%，聚四氟乙烯4~7%，纳米三氟化镧0.5~1.5%，片状铝粉1~3%，球状铝粉1.5~4.0%，有机膨润土0.1~0.3%，余量为混合溶剂；所述混合溶剂按体积百分比计由24%~28%的无水乙醇、17%~20%的丁酮和55%~57%的甲苯混合均匀而成。

所述环氧树脂为透明固体，软化点为115~135℃，环氧当量为1700~2500g/eq，环氧值为0.06eq/100g。

所述酚醛树脂为黄色固体，其分子结构式如下：

。

所述有机硅树脂的固含量为50±1%（150℃,2h），粘度≥15 s（涂-4杯，25℃），耐热性（200℃）≥300小时。

所述聚四氟乙烯的纯度大于99%，粒径为2~5微米。

所述纳米三氟化镧的纯度大于99%，粒径为40nm。

所述片状铝粉的平均粒径为3~5微米，水面遮盖力为40000cm²/g±10%。

所述球状铝粉的纯度大于99%，粒径为1~2微米。

所述有机膨润土的纯度大于99%，粒径为400目。

如上所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料的制备方法，包括以下步骤：

⑴按配方称重；

⑵将在部分混合溶剂中加入环氧树脂、酚醛树脂和有机硅树脂，于室温超声搅拌使其完全溶解后，即得溶解好的树脂体系；

⑶将聚四氟乙烯和有机膨润土加入其总重量4~5倍的混合溶剂中，搅拌后倒入锥形磨中，研磨分散两遍，即得物料A；

⑷将纳米三氟化镧加入其重量3~4倍的混合溶剂中，于室温超声分散30min，即得物料B；

⑸将片状铝粉和球状铝粉加入其总重量3~4倍的混合溶剂中，经1500~2000r/min的速率分散0.5h，即得物料B；

⑹将所述溶解好的树脂体系、所述物料A、所述物料B、所述物料C混合后，并加入剩下的所述混合溶剂，搅拌分散均匀即得铝涂料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明选择具有良好腐蚀防护及综合机械性能优异的酚醛树脂、有机硅改性环氧树脂作为基体树脂，通过树脂之间的组配，实现基体树脂的耐液体性能和耐脱漆剂性能，使其兼具强韧特性及优异的综合性能。

2、本发明选用聚四氟乙烯为润滑填料，聚四氟乙烯表面能低，具有优良的化学稳定性﹑耐腐蚀性能和润滑性能，可保证所得铝涂料即具有良好的润滑性而又不易发生腐蚀。

3、本发明选用纳米三氟化镧为功能填料，纳米三氟化镧与聚四氟乙烯具有良好地协同作用，可以提高聚四氟乙烯的承载性能和耐磨性。

4、本发明选用片状铝粉和球状铝粉为耐腐蚀填料，片状铝粉具有非常好的屏蔽性能，能够阻隔腐蚀介质的渗入，提高涂料的耐腐蚀性能，球状铝粉可以提高涂料的承载能力，起到抗磨减摩作用；同时铝粉具有很好的耐蚀性，在氧化性酸中可以生成一层致密的钝化膜（Al₂O₃)，阻止腐蚀进一步发生。

5、本发明选用有机膨润土，有机膨润土能够提高片状铝粉的定向排列，同时有机膨润土可以使铝涂料具有防沉效果，改善涂料的触变性和流动性。

6、本发明利用不同润滑﹑耐磨填料与铝粉的不同形状（主要为球形和片状结构）及与基础树脂分子链之间的嵌入、缠结，筛选出最佳尺寸合理级配模型，构筑隔绝屏蔽的三维空间结构，如图1所示。当外界因素（包括腐蚀介质和载荷）向涂层扩散时，片状铝粉和聚四氟乙烯具有很好的屏蔽阻隔作用，阻止腐蚀介质向涂层内部扩散，同时聚四氟乙烯具有很好的润滑性能﹑嵌入树脂内部的球形铝粉和稀土氟化物（纳米三氟化镧）又具有很好的承载能力和耐磨性，因此，这种隔绝屏蔽的三维结构保证了涂层润滑/耐磨与腐蚀防护功能兼具。

7、本发明属于一种快干型铝涂料，常温下干燥速度快（30~60秒即可干燥），操作工艺方便，更适用于需要浸涂的零部件。

8、对本发明铝涂料进行检测，本发明对紧固件附着力良好，具有优良的耐脱漆剂性和耐液体性能，同时兼具良好的耐磨润滑和腐蚀防护性能（参见表1），可从根本上解决飞机体结构装配时出现的咬死、脱落、松动、腐蚀和力矩失效等问题，消除飞行安全隐患，提升飞机装配质量、延长总体寿命，提升国内航空领域整体水平。本发明还可推广到舰船、兵器等先进武器装备等领域，起到有效的润滑与防护作用。

表1 快干型润滑与防腐功能一体化铝涂料主要性能指标

表2 铝涂层交替浸渍要求

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明隔绝屏蔽的三维空间结构模型。

具体实施方式

实施例1 一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂6.00g、酚醛树脂2.00g、有机硅树脂0.10g、聚四氟乙烯4.0g、纳米三氟化镧0.50g，片状铝粉3.00g、球状铝粉1.50g、有机膨润土0.30g，混合溶剂82.6g。混合溶剂按体积百分比计由25%无水乙醇、18%丁酮和57%甲苯混合均匀而成。

其制备方法，包括以下步骤：

⑴按配方称重；

⑵将在部分混合溶剂中加入环氧树脂、酚醛树脂和有机硅树脂，于室温超声搅拌使其完全溶解后，即得溶解好的树脂体系；

⑶将聚四氟乙烯和有机膨润土加入其总重量4~5倍的混合溶剂中，搅拌后倒入锥形磨中，研磨分散两遍，即得物料A；

⑷将纳米三氟化镧加入其重量3~4倍的混合溶剂中，于室温超声分散30min，即得物料B；

⑸将片状铝粉和球状铝粉加入其总重量3~4倍的混合溶剂中，经1500~2000r/min的速率分散0.5h，即得物料B；

⑹将溶解好的树脂体系、物料A、物料B、物料C混合后，并加入剩下的混合溶剂，搅拌分散均匀即得铝涂料。

实施例2 一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂7.66g、酚醛树脂3.00g、有机硅树脂0.2g﹑聚四氟乙烯5.85g、纳米三氟化镧1.1g﹑片状铝粉1.50g、球状铝粉2.50g、有机膨润土0.15g，混合溶剂78.0g。混合溶剂按体积百分比计由25%无水乙醇、18%丁酮和57%甲苯混合均匀而成。

其制备方法同实施例1。

实施例3 一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂8.50g、酚醛树脂4.05g、有机硅树脂0.25g﹑聚四氟乙烯6.50g、纳米三氟化镧0.5g，片状铝粉1.00g、球状铝粉2.0g、有机膨润土0.15g，混合溶剂77.0 g。混合溶剂按体积百分比计由26%无水乙醇、18%丁酮和56%甲苯混合均匀而成。

其制备方法同实施例1。

实施例4 一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂7.50g、酚醛树脂2.50g、有机硅树脂0.20g﹑聚四氟乙烯5.50g、纳米三氟化镧1.2g，片状铝粉2.45g、球状铝粉3.00g、有机膨润土0.30g，混合溶剂77.3g。混合溶剂按体积百分比计由26%无水乙醇、17%丁酮和57%甲苯混合均匀而成。

其制备方法同实施例1。

实施例5 一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂6.50g、酚醛树脂3.50g、有机硅树脂0.1g、聚四氟乙烯4.00g、纳米三氟化镧0.85g，片状铝粉1.50g、球状铝粉2.50g、有机膨润土0.15g，混合溶剂81.0g。混合溶剂按体积百分比计由25%无水乙醇、18%丁酮和57%甲苯混合均匀而成。

其制备方法同实施例1。

实施例6 一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂8.75g、酚醛树脂4.25g、有机硅树脂0.3g﹑聚四氟乙烯6.81g、纳米三氟化镧1.5g﹑片状铝粉1.88g、球状铝粉2.50g、有机膨润土0.21g，混合溶剂74.0g。混合溶剂按体积百分比（mL）计由28%无水乙醇、17%丁酮和55%甲苯混合均匀而成。

其制备方法同实施例1。

实施例7 一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂10.00g、酚醛树脂5.00g、有机硅树脂0.30g、聚四氟乙烯7.0g、纳米三氟化镧1.5g，片状铝粉1.0g、球状铝粉4.00g、有机膨润土0.10g，混合溶剂71.1g。混合溶剂按体积百分比计由24%无水乙醇、20%丁酮和56%甲苯混合均匀而成。

其制备方法同实施例1。

上述实施例1~7中，环氧树脂为白色透明固体，软化点为115~135℃，环氧当量1700~2500g/eq，环氧值为0.06eq/100g，由福州腾远生物科技有限公司提供。

酚醛树脂由陕西太航阻火聚合物有限公司提供，为黄色固体，粘度为25s，熔点120℃，氧指数达0.48（高于大部分高分子材料的氧指数值），树脂分解温度达500℃，分子结构式如下：

。

有机硅树脂的固含量为50±1%（150℃,2h），粘度≥15 s（涂-4杯，25℃），耐热性（200℃）≥300小时。由福州腾远生物科技有限公司提供。

聚四氟乙烯的纯度大于99%，粒径为2~5微米。纳米三氟化镧的纯度大于99%，粒径为40nm。片状铝粉的平均粒径3~5微米，水面遮盖力为40000cm²/g±10%。球状铝粉的纯度大于99%，粒径为1~2微米。有机膨润土的纯度大于99%，粒径为400目。

上述实施例1~7中的铝涂料为一种悬浮液体，使用之前充分搅拌均匀。采用喷涂和浸涂方法将本发明涂料涂敷在紧固件外螺纹和内螺纹表面，制备涂层之前需对紧固件内外螺纹表面进行喷砂粗化处理，之后丙酮清洗。由于该涂料属于快干型涂料，所以喷涂时将压力调整为0.05~0.15MPa，喷涂1~2遍即可达到5~13微米的厚度；浸涂2~3遍即可达到5~20微米的厚度，每遍浸涂后涂层干燥速度快（30~60秒即可干燥）。固化条件：200℃±3℃，恒温60分钟随炉冷却后即可使用。

Claims (10)

1.一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：该涂料由下述重量百分比的组分制成：环氧树脂6~10%，酚醛树脂2~5%，有机硅树脂0.1~0.3%，聚四氟乙烯4~7%，纳米三氟化镧0.5~1.5%，片状铝粉1~3%，球状铝粉1.5~4.0%，有机膨润土0.1~0.3%，余量为混合溶剂；所述混合溶剂按体积百分比计由24%~28%的无水乙醇、17%~20%的丁酮和55%~57%的甲苯混合均匀而成。

2.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：所述环氧树脂为透明固体，软化点为115~135℃，环氧当量为1700~2500g/eq，环氧值为0.06eq/100g。

3.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：所述酚醛树脂为黄色固体，其分子结构式如下：

。

4.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：所述有机硅树脂的固含量为50±1%，粘度≥15 s，200℃耐热性≥300小时。

5.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：所述聚四氟乙烯的纯度大于99%，粒径为2~5微米。

6.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：所述纳米三氟化镧的纯度大于99%，粒径为40nm。

7.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：所述片状铝粉的平均粒径为3~5微米，水面遮盖力为40000cm²/g±10%。

8.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：所述球状铝粉的纯度大于99%，粒径为1~2微米。

9.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料，其特征在于：所述有机膨润土的纯度大于99%，粒径为400目。

10.如权利要求1所述的一种紧固件用快干型润滑/耐磨防腐功能一体化铝涂料的制备方法，包括以下步骤：

⑴按配方称重；

⑵将在部分混合溶剂中加入环氧树脂、酚醛树脂和有机硅树脂，于室温超声搅拌使其完全溶解后，即得溶解好的树脂体系；

⑶将聚四氟乙烯和有机膨润土加入其总重量4~5倍的混合溶剂中，搅拌后倒入锥形磨中，研磨分散两遍，即得物料A；

⑷将纳米三氟化镧加入其重量3~4倍的混合溶剂中，于室温超声分散30min，即得物料B；

⑸将片状铝粉和球状铝粉加入其总重量3~4倍的混合溶剂中，经1500~2000r/min的速率分散0.5h，即得物料B；

⑹将所述溶解好的树脂体系、所述物料A、所述物料B、所述物料C混合后，并加入剩下的所述混合溶剂，搅拌分散均匀即得铝涂料。

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