CN117384518B - 一种稳定自锁螺母预紧力的涂层及其涂覆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航天航空紧固件加工技术领域，具体涉及一种稳定自锁螺母预紧力的涂层及其涂覆工艺。所述涂层原料包括组分一和组分二，按照质量分数计，组分一包括：二硫化钼10～20%；六方氮化硼8～15%；滑石粉2～8%；聚乙烯醇缩丁醛10～20%；氧化锑1～10%；酚醛树脂5～15%；邻苯二甲酸二丁酯1～5%；苯乙酸钠1～10%；丁酮余量；组分二包括：脂肪醇乙氧基化物5～15%；三链烷醇胺5～15%；聚乙二醇2～8%；水溶性石蜡10～25%；蒸馏水余量。本发明的涂层具有良好的力学性能、结合力和表面耐磨性，涂层延展性好，并且涂层具有稳定的摩擦系数，涂覆的涂层厚度均一，涂覆效率高，保证了自锁螺母预紧力的稳定，避免了预紧力波动较大带来的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种稳定自锁螺母预紧力的涂层及其涂覆工艺，属于航天航空紧固件加工技术领域。
背景技术
在紧固件表面涂覆干膜润滑剂是常见的表面处理方式之一，其主要作用是提高产品润滑性能，降低摩擦系数，从而提高预紧力。随着航空工业的不断发展，对紧固件干膜润滑剂的耐腐蚀能力、稳定性能等提出了更高的要求，涂层的稳定性对飞机的安全性能、操作性能至关重要。
十二角法兰盘自锁螺母主要应用于飞机作动筒中，作动筒在飞机液压***中起着至关重要的作用，如起落架收放、襟翼伸缩、方向舵偏转等，其质量稳定性保证了飞机在飞行、着陆和停放等各个环节的安全可靠性。因此，对十二角法兰盘自锁螺母等紧固件的产品精度、涂层性能等要求很高，如果涂层稳定性差，不同产品之间就会出现摩擦系数存在差异的情况，在安装力矩一定的条件下，产生的预紧力波动较大，导致安装完成后，有的紧固件可能会因预紧力不够存在漏油风险，有的紧固件可能会因预紧力过大出现脱扣风险，最终导致机毁人亡的严重后果。
由于工艺限制，十二角法兰盘自锁螺母长期依赖进口，对型号的自主保障造成一定影响。为满足型号自主可控需求，研究一种能有效稳定自锁螺母预紧力的涂层及涂覆工艺，满足产品对预紧力、摩擦系数的控制要求是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种稳定自锁螺母预紧力的涂层及其涂覆工艺。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明的目的之一在于提供一种稳定自锁螺母预紧力的涂层，其原料包括组分一和组分二，按照质量分数计，所述组分一包括：二硫化钼10～20%；六方氮化硼8～15%；滑石粉2～8%；聚乙烯醇缩丁醛10～20%；氧化锑1～10%；酚醛树脂5～15%；邻苯二甲酸二丁酯1～5%；苯乙酸钠1～10%；丁酮余量；按照质量分数计，所述组分二包括：脂肪醇乙氧基化物5～15%；三链烷醇胺5～15%；聚乙二醇2～8%；水溶性石蜡10～25%；蒸馏水余量。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下的改进：
进一步，所述组分一中，所述氧化锑的质量分数为2～3%，所述聚乙烯醇缩丁醛的质量分数为12～15%，所述酚醛树脂的质量分数为7～9%。
进一步，所述组分二中，所述脂肪醇乙氧基化物的质量分数为6～8%，所述三链烷醇胺的质量分数为5～7%。
本发明的目的之一在于提供一种如上所述的稳定自锁螺母预紧力的涂层的涂覆方法，其包括以下步骤：
A、将待涂覆的自锁螺母浸泡于组分一中，浸泡时间为10～40秒；
B、将自锁螺母取出烘干；
C、将自锁螺母的支撑面朝上，对自锁螺母的外表面喷涂组分一；
D、涂覆完成后，烘干；
E、将自锁螺母浸泡于组分二中，浸泡时间为1～10分钟；
F、将自锁螺母取出，烘干。
进一步，步骤A中，浸泡时，将自锁螺母放置在带孔的容器中，自锁螺母的堆叠高度小于或者等于容器高度的1/3，浸泡期间抖动容器3～5次，使所有自锁螺母表面均与组分一接触，浸泡完成后提起容器并甩动，将自锁螺母表面多余的液体甩出。
进一步，步骤E，浸泡时，将自锁螺母放置在带孔的容器中，自锁螺母的堆叠高度小于或者等于容器高度的1/3，浸泡期间每分钟抖动容器3～5次，使所有自锁螺母表面均与组分二接触，浸泡完成后提起容器并甩动，将自锁螺母表面多余的液体甩出。
进一步，所述带孔容器为带孔料框，所述料框的孔径为1～3mm。
进一步，步骤B中，烘干温度为100±10℃，时间为15～20分钟。
进一步，步骤C中，采用旋转喷涂的方式对自锁螺母的外表面喷涂组分一，喷涂时，控制环境湿度低于或者等于60%，控制环境温度为25～35℃，喷涂距离80～120mm，喷枪移动速度150～200mm/s。
进一步，步骤D中，烘干温度为210-220℃，时间为60～70分钟。
进一步，步骤E中，浸泡期间，环境温度为25～35℃。
进一步，步骤F中，烘干温度为70-80℃，时间为5～8分钟。
本发明的有益效果在于：本发明的涂层原料采用组分一和组分二，通过组分一使自锁螺母的涂层具有良好的力学性能、结合力和表面耐磨性，涂层延展性好，通过组分二使自锁螺母的涂层具有稳定的摩擦系数，保证了自锁螺母预紧力的稳定，避免了预紧力波动较大带来的影响；本发明采用先涂覆组分一再涂覆组分二的涂覆方法，保证了涂层与自锁螺母的结合力，涂覆的涂层厚度均一，涂覆效率高。
附图说明
图1为十二角法兰盘自锁螺母使用环境；
图2为对比例1和实施例1的自锁螺母涂层脱落情况对比的照片；
图3为对比例1和实施例1的自锁螺母涂层结合力对比的照片；
图4为对比例2和实施例2的自锁螺母涂层表面刮花情况对比的照片；
图5为对比例2和实施例2的自锁螺母涂层表面结晶情况对比的照片；
图6为对比例3和实施例3的溶液润湿性对比的照片；
图7为对比例4的自锁螺母涂层塑性变差脱落的照片。
图8为对比例5的自锁螺母的涂层结合力情况；
图9为对比例6的自锁螺母的涂层厚度均匀性的图片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例的组分一和组分二采用的物质和用量如下表1～2所示。
表1 实施例1的组分一用量表
表2 实施例1的组分二用量表
本实施例的自锁螺母外表面涂层的涂覆过程如下：
①将自锁螺母放置在直径10cm，高18cm的带孔料筐中，料筐的孔径为2mm，单次盛放自锁螺母的堆叠高度为料筐高度的1/3。
②将料筐浸没于组分一中，浸入时间20秒，期间轻微旋转，抖动料筐四次，使所有自锁螺母表面均与组分一接触，最后提出料筐并甩动，将自锁螺母表面多余料液甩出。
③将自锁螺母从料筐中取出并摊开在不锈钢托盘内，确保支撑面不与托盘接触，放入烘箱，在100℃条件下烘干18分钟。
④将自锁螺母摆放在干净喷盘上，自锁螺母的支撑面朝上，采用旋转喷涂的方式对自锁螺母外表面涂覆组分一，喷涂时，控制环境湿度为60%，环境温度30℃，喷涂距离100mm（其中，喷涂距离是指喷枪出漆口到产品表面的垂直距离），喷枪移动速度170mm/s。
⑤涂覆完成后，在215℃条件下，烘干65min。
⑥将涂覆了组分一的自锁螺母放置在带孔料框中，在30℃的环境温度下，将料框浸泡于组分二中，浸泡时间4min，浸泡期间每分钟轻微晃动料筐四次，使自锁螺母所有表面均能与组分二充分接触；取出料筐，轻轻抖动，甩出多余料液。
⑦将自锁螺母从料筐中取出并摊开在不锈钢托盘内，在75℃条件下烘干7min。
实施例2
本实施例的组分一和组分二采用的物质和用量如下表3～4所示。
表3 实施例2的组分一用量表
表4 实施例2的组分二用量表
本实施例的自锁螺母外表面涂层的涂覆过程如下：
①将自锁螺母放置在直径10cm，高18cm的带孔料筐中，料筐孔径2mm，单次盛放产品堆叠高度为料筐高度的1/4。
②将料筐浸没于组分一中，浸入时间15秒，期间应轻微旋转，抖动料筐三次，使所有自锁螺母表面均与组分一接触，最后提出料筐并甩动，将螺母表面多余料液甩出。
③将自锁螺母从料筐中取出并摊开在不锈钢托盘内，确保支撑面不与托盘接触，放入烘箱，在90℃条件下烘干15分钟。
④将自锁螺母摆放在干净喷盘上，自锁螺母的支撑面朝上，采用旋转喷涂的方式对自锁螺母外表面涂覆组分一，喷涂时，控制环境湿度低于50%，环境温度25℃，喷涂距离80mm，喷枪移动速度150mm/s。
⑤涂覆完成后，在210℃条件下，烘干60min。
⑥将涂覆了组分一的自锁螺母放置在带孔料框中，在25℃环境下，将料框浸泡于组分二中，浸泡时间3min，浸泡期间每分钟轻微晃动料筐三次，使自锁螺母所有表面均能与组分二充分接触；取出料筐，轻轻抖动，甩出多余料液。
⑦将自锁螺母从料筐中取出并摊开在不锈钢托盘内，在70℃条件下烘干5min。
实施例3
本实施例的组分一和组分二采用的物质和用量如下表5～6所示。
表5 实施例3的组分一用量表
表6 实施例3的组分二用量表
本实施例的自锁螺母外表面涂层的涂覆过程如下：
①将自锁螺母放置在直径10cm，高18cm的带孔料筐中（料筐孔径为2mm），单次盛放产品堆叠高度为料筐高度的1/3。
②将料筐浸没于组分一中，浸入时间30秒，期间轻微旋转，抖动料筐五次，使所有自锁螺母表面均与组分一接触，最后提出料筐并甩动，将螺母表面多余料液甩出。
③将自锁螺母从料筐中取出并摊开在不锈钢托盘内，确保支撑面不与托盘接触，放入烘箱，在110℃条件下烘干20分钟。
④将自锁螺母摆放在干净喷盘上，支撑面向上，采用旋转喷涂的方式对自锁螺母外表面涂覆组分一，喷涂时，控制环境湿度低于55%，温度35℃，喷涂距离120mm，喷枪移动速度200mm/s。
⑤涂覆完成后，在220℃条件下，烘干70min。
⑥将涂覆了组分一的自锁螺母放置在带孔料框中，在35℃的环境温度下，浸泡于组分二中，浸泡时间5min，浸泡期间每分钟轻微晃动料筐五次，使自锁螺母所有表面均能与组分二充分接触；取出料筐，轻轻抖动，甩出多余料液。
⑦将自锁螺母从料筐中取出并摊开在不锈钢托盘内，在80℃条件下烘干8min。
对比例1
本对比例的组分一和组分二采用的物质和用量如下表7～8所示。
表7 对比例1的组分一用量表
表8 对比例1的组分二用量表
本对比例的涂覆过程和涂覆参数与实施例1的相同，不再赘述。
与实施例1中的组分一相比，对比例1的组分一未采用“聚乙烯醇缩丁醛”成分，而是全部由酚醛树脂进行替代，结果导致对比例1涂覆完成的自锁螺母的漆膜太脆，自锁螺母表面涂层固化完成后，涂层出现块状脱落的情况；而本发明实施例1的自锁螺母涂层表面完好，涂层未出现脱落的情况（请参见图2，其中，右边为对比例1，左边为实施例1），而且对比例1的自锁螺母表面涂层的结合力不合格（请参见图3，其中，左边为对比例1，右边为实施例1）；与实施例1中的组分二相比，对比例1的组分二中的水溶性石蜡的用量较少，导致对比例1涂覆完成的自锁螺母表面摩擦系数稳定性较差，在进行安装力试验时，预紧力波动较大。
安装力试验程序过程如下：
固定螺栓拧螺母，试验机以3r/min加载至10N·m，停顿10s。再以2r/min加载至30N·m，停顿10s。再以1r/min加载至40N·m。
试验机自动记录预紧力力值。若安装力矩在加载至40N·m前，出现螺纹脱扣现象，即判定产品不合格。实施例1和对比例1的试验结果如下表9所示。
表9 实施例1和对比例1的安装力试验结果
备注：扭矩系数K=M/Fd（其中，M为安装力矩，F为预紧力，d为螺栓公称直径）
通过表9的试验结果能够看出：实施例1中10个样件的预紧力在52.01～58.35KN之间，波动较小，且未出现螺纹脱扣的现象；对比例1中由于减少水溶性石蜡配比，导致摩擦系数控制不稳定，10个样件预紧力在38.82～64.26KN之间，预紧力波动很大，并且其中有3个样件出现脱扣现象，表示产品不合格。
对比例2：
本对比例的组分一和组分二采用的物质和用量如下表10～11所示。
表10 对比例2的组分一用量表
表11 对比例2的组分二用量表
本对比例的涂覆过程和涂覆参数与实施例2的相同，不再赘述。
与实施例2中的组分一相比，对比例2中组分一的苯乙酸钠用量减少，导致自锁螺母表面喷涂过程中涂层表干较慢，表干时间长，固化后自锁螺母表面存在刮花现象，涂层性能不好；而实施例2的自锁螺母表面涂层未出现刮花的情况，涂层性能优异（请参见图4，其中，左边为对比例2，右边为实施例2）；与实施例2中的组分二相比，对比例2中组分二的水溶性石蜡用量增加，导致浸涂后，产品表面水溶性石蜡含量过高，有白色结晶析出，影响自锁螺母表观；而实施例2的自锁螺母表面未出现结晶组织，自锁螺母表观良好（请参见图5，其中，左边为对比例2，右边为实施例2）。
对比例3
本对比例的组分一和组分二采用的物质和用量如下表12～13所示。
表12 对比例3的组分一用量表
表13 对比例3的组分二用量表
本对比例的涂覆过程和涂覆参数与实施例3的相同，不再赘述。
与实施例3中的组分一相比，对比例3的组分一未采用氧化锑成分，导致涂层承载能力下降，在较小力值下即出现膜层破坏情况，数据如下表14所示，并且在安装过程中，涂层磨破；与实施例3中的组分二相比，对比例3的组分二未采用脂肪醇乙氧基化物成分，导致溶液润湿性变差；而实施例3的溶液浸润性好（请参见图6，其中左边为对比例3，右边为实施例3），不易在产品表面润湿。
表14 实施例3和对比例3的性能结果表
通过上述试验数据可知：对比例3与实施例3相比，由于对比例3的组分一中未使用氧化锑成分，导致涂层承载能力显著降低，力值无法加载至3000N，力值仅加载到1200N膜层就出现了破坏；而实施例3能够达到力值加载至3000N保持1小时膜层未出现破坏的情况，涂层承载能力优异；且对比例3的组分二未采用脂肪醇乙氧基化物成分，导致润湿性能差，较难使紧固件被溶液均匀覆盖。
对比例4：
本对比例的组分一采用的物质和用量如下表15所示。
表15 对比例4的组分一用量表
本对比例的组分二的成分和用量与实施例1相同，本对比例的涂覆过程和涂覆参数与实施例1的相同，不再赘述。
与实施例1中的组分一相比，对比例4的组分一未采用邻苯二甲酸二丁酯成分，导致对比例4涂覆后的自锁螺母的涂层外观塑性变差，涂层变脆，易脱落（请参见图7)。
对比例5
本对比例的组分一和组分二的成分和用量与实施例2相同，本对比例的涂覆过程与实施例2相比，区别在于，本对比例在喷涂组分一时，环境湿度为65%，结果是本对比例的自锁螺母涂覆完成后，其表面涂层存在结合力差，涂层脱落现象（请参见图8）。
对比例6
本对比例的组分一和组分二的成分和用量与实施例3相同，本对比例的涂覆过程与实施例3相比，区别在于，本对比例在喷涂组分一时，将自锁螺母分两批进行，喷涂距离分别设置为70mm和130mm，当喷涂距离设置为70mm时，涂料雾化效果差，导致涂层厚度均一性差(请参见图9）；当喷涂距离设置为130mm时，组分一料液在到达产品表面过程中大多被抽风***排走，导致组分一浪费严重，加工效率低下。
对比例7：
本对比例的组分一和组分二的成分和用量与实施例1相同，本对比例的涂覆过程与实施例3相比，区别在于，本对比例在喷涂组分一时，喷枪移动速率设置为140mm/s，导致单次喷涂涂料太多，表干时间延长，产品表面被刮花。
对比例8：
本对比例的组分一和组分二的成分和用量与实施例2相同，本对比例的涂覆过程与实施例2相比，区别在于，本对比例在喷涂组分一后，在100℃烘箱中烘干10min，产品取出后，在产品下表面出现白色结晶。
对比例9：
本对比例的组分一的成分、用量和喷涂参数与实施例3相同，本对比例的涂覆过程与实施例3相比，区别在于，未进行组分二的涂覆，导致摩擦系数波动较大，预紧力波动较大，安装力试验不合格。试验数据如表16所示。
表16 实施例3和对比例9的性能数据表
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种稳定自锁螺母预紧力的涂层，其特征在于，其原料包括组分一和组分二；
按照质量分数计，所述组分一包括：
二硫化钼10～20%；
六方氮化硼8～15%；
滑石粉2～8%；
聚乙烯醇缩丁醛10～20%；
氧化锑1～10%；
酚醛树脂5～15%；
邻苯二甲酸二丁酯1～5%；
苯乙酸钠1～10%；
丁酮余量；
按照质量分数计，所述组分二包括：
脂肪醇乙氧基化物 5～15%；
三链烷醇胺5～15%；
聚乙二醇2～8%；
水溶性石蜡10～25%；
蒸馏水余量；
其涂覆方法包括以下步骤：
A、将待涂覆的自锁螺母浸泡于组分一中，浸泡时间为10～40秒；
B、将自锁螺母取出烘干；
C、将自锁螺母的支撑面朝上，对自锁螺母的外表面喷涂组分一；
D、涂覆完成后，烘干；
E、将自锁螺母浸泡于组分二中，浸泡时间为1～10分钟；
F、将自锁螺母取出，烘干；
其中，
步骤C中，采用旋转喷涂的方式对自锁螺母的外表面喷涂组分一，喷涂时，控制环境湿度低于或者等于60%，控制环境温度为25～35℃，喷涂距离80～120mm，喷枪移动速度150～200mm/s；
步骤D中，烘干温度为210～220℃，时间为60～70分钟。
2.根据权利要求1所述的稳定自锁螺母预紧力的涂层，其特征在于，所述组分一中，所述氧化锑的质量分数为2～3%，所述聚乙烯醇缩丁醛的质量分数为12～15%，所述酚醛树脂的质量分数为7～9%。
3.根据权利要求1所述的稳定自锁螺母预紧力的涂层，其特征在于，所述组分二中，所述脂肪醇乙氧基化物的质量分数为6～8%，所述三链烷醇胺的质量分数为5～7%。
4.根据权利要求1所述的稳定自锁螺母预紧力的涂层，其特征在于，步骤A中，浸泡时，将自锁螺母放置在带孔的容器中，自锁螺母的堆叠高度小于或者等于容器高度的1/3，浸泡期间抖动容器3～5次。
5.根据权利要求1所述的稳定自锁螺母预紧力的涂层，其特征在于，步骤B中，烘干温度为100±10℃，时间为15～20分钟。
6.根据权利要求1所述的稳定自锁螺母预紧力的涂层，其特征在于，步骤E中，浸泡时，将自锁螺母放置在带孔的容器中，自锁螺母的堆叠高度小于或者等于容器高度的1/3，浸泡期间每分钟抖动容器3～5次；浸泡期间，环境温度为25～35℃。
7.根据权利要求1所述的稳定自锁螺母预紧力的涂层，其特征在于，步骤F中，烘干温度为70～80℃，时间为5～8分钟。
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