船舶紧固件镉-锌-氟碳复合涂层及制备方法

摘要

本发明涉及船舶紧固件镉-锌-氟碳复合涂层及制备方法。紧固件外表由内向外分别设有镀镉层、镀锌层和氟碳涂层，形成紧固件复合保护层。紧固件复合保护层的制备过程：紧固件本体按顺序经过除油、清洗、电化学浸蚀、浸蚀后清洗、镀镉、镀锌、钝化、除氢、喷涂氟碳涂料和氟碳涂层固化过程。采用本发明的方法能够在紧固件基底形成镉、锌和氟碳复合保护层；基底镀层与钢铁间的电位差匹配性设计能够高度耐受海水腐蚀。从而保护紧固件不受腐蚀源的侵蚀。外层氟碳涂层具有强度高、耐磨损、使用寿命长的优点。本发明所具有镉、锌和氟碳复合涂层的紧固件，适宜在船舶制造及其它机械制造领域的紧固件表面防护应用。

说明书

技术领域

 本发明涉及船舶紧固件镉-锌-氟碳复合涂层及制备方法。

背景技术

 船舶紧固件的腐蚀通常指应力条件下的电化学腐蚀，即应力电化学腐蚀；海洋环境中，船舶紧固件腐蚀还属于有C1^-离子存在的电化学腐蚀，在上述两种类型叠加的情况下，紧固件的腐蚀反应速率远大于通常的自然锈蚀速率。这种腐蚀的失效方式属于晶间腐蚀断裂，通常是引起重大机械事故的主导性诱因。因此，对海洋环境条件中的紧固件进行充分的保护是保证安全生产，提高生产效率的必需手段。

    目前，热浸锌、真空锌／铝共渗、镀锌及达克罗等工艺是船舶紧固件常用的防腐技术。但是，它们在实际生产过程中的使用效果并不理想，例如，在紧固件安装过程中，紧固件受到较强的夹持应力和轴向的挤压或拉伸应力，因而其外露表面的防锈层严重损坏，随后在船舶建造过程开始发生腐蚀。交船时，紧固件表面已经出现了较严重的锈蚀，有一些舷外部位的紧固件已经无法正常拆换，不但贻误工时，还造成了大量的浪费。事实表明，当前船舶紧固件采取的防腐技术没能有效的遏制腐蚀的发生，船舶紧固件的腐蚀防护问题依然严峻。

    导致紧固件保护层剥落的因素有两方面因素：一、涂层与紧固件基体之间的结合力不足；二、紧固件螺纹内侧的滑动摩擦力过大，从而使层间剪切应力大于涂层与基体间的抗剪极限。解决涂层剥落问题也应该从上述两方面入手，不但要保证防护涂层与基体的结合力，也需要采取措施在螺纹内侧降低摩擦系数，避免产生过大剪切力。

发明内容

为了克服现有船舶紧固件不耐腐蚀的缺点，本发明提出了船舶紧固件镉-锌-氟碳复合涂层及制备方法。该方法通过在紧固件基底制备镉、锌和氟碳复合保护层，解决船舶紧固件的抗腐蚀问题。

本发明采用的技术方案是：

紧固件外表由内向外分别设有镀镉层、镀锌层和氟碳涂层，形成紧固件复合保护层。

紧固件复合保护层的制备过程：紧固件本体按顺序经过除油、清洗、电化学浸蚀、浸蚀后清洗、镀镉、镀锌、钝化、除氢处理、喷涂氟碳涂料、氟碳涂层固化过程。

具体操作步骤

1、紧固件除油：用80～90℃碱液浸泡紧固件，进行除油；

2、清洗：经过碱液除油后的紧固件用50～60℃清水清洗三次；

3、电化学浸蚀：采用阴极—阳极联合浸蚀法，阴极浸蚀与阳极浸蚀时间比为3:2；

阴极浸蚀：以铅板为阳极，紧固件为阴极，阴极浸蚀电流密度为8A／dm²，浸蚀温度60℃，时间为10分钟；

阳极浸蚀：以铁板为阴极，紧固件为阳极，电流密度为4A／dm²，浸蚀温度35℃，浸蚀时间为6分钟；

4、浸蚀氧化皮后清洗：用23℃冷水对浸蚀氧化皮后的紧固件进行清洗；

5、镀镉：采用氨羧络合物镀镉工艺；

6、镀锌：采用碱性无氰镀锌工艺；

7、钝化：采用三价铬钝化工艺；

8、除氢处理：除氢过程温度范围180～190℃，保温2.5小时；

9、喷涂氟碳涂料：将经过除氢处理的紧固件用热风吹干后，表面喷涂氟碳涂料，湿膜厚度范围10～15微米；

10、氟碳涂层固化：将经过喷涂氟碳涂料的紧固件置于固化器中，在240℃温度条件下固化40分钟，使紧固件表面涂覆的氟碳涂料成膜固化。

积极效果，采用本发明的方法能够在紧固件表面形成镉-锌-氟碳复合保护层，从而保护紧固件不受腐蚀源的侵蚀。本发明的复合保护层具有强度高、耐磨损、使用寿命长的优点。适宜在船舶制造及其它机械制造领域的紧固件表面防护应用。

附图说明

图1为船舶紧固件镉、锌和氟碳复合保护层设置状态图。

图中，1.紧固件，1.1.螺齿，1.11.镀镉层，1.12.镀锌层，1.13.氟碳涂层。

具体实施方式

船舶紧固件包括螺栓、螺杆，螺母，垫片、垫圈、锁钉和连接件，为用于机械紧固及部件安装固定的器件。

据图1所示，以螺栓的螺齿部位为例，在紧固件1上设有螺齿1.1，螺齿外侧依次为镀镉层1.11，镀锌层1.12和氟碳涂层1.13。

紧固件复合保护层的制备过程

紧固件本体按顺序经过除油、清洗、电化学浸蚀、浸蚀后清洗、镀镉、镀锌、钝化、除氢处理、喷涂氟碳涂料、氟碳涂层固化过程。

具体操作步骤

1、紧固件除油：用80～90℃碱液浸泡紧固件，进行除油；

碱液组成：在每升水溶液中，按质量加有25克氢氧化钠，30克碳酸钠，7克十二水磷酸钠，10克硅酸钠，1.7～2克OP乳化剂；

2、清洗：经过碱液除油后的紧固件用50～60℃清水清洗三次；

3、电化学浸蚀：采用阴极—阳极联合浸蚀法，阴极浸蚀与阳极浸蚀时间比为3:2，将清洗后的紧固件置入容器中，加入浸蚀液，通过浸蚀液的浸泡，除去紧固件的氧化皮；

阴极浸蚀：以铅板为阳极，紧固件为阴极，阴极浸蚀电流密度为8A／dm²，浸蚀温度60℃，时间为10分钟；

浸蚀液组成：在每升溶液中，按质量加入43克比重1.84的浓硫酸，28克比重1.19的盐酸，22克氯化钠，1～5克乌洛托品；

阳极浸蚀：以铁板为阴极，紧固件为阳极，电流密度为4A／dm²，浸蚀温度35℃，浸蚀时间为6分钟；

浸蚀液组成：在每升溶液中，按质量加入12克比重1.84的浓硫酸，230克七水硫酸亚铁，50克氯化钠，5克二甲苯硫脲；

4、浸蚀后清洗：用23℃冷水对浸蚀后的紧固件进行清洗；

5、镀镉：采用氨羧络合物镀镉工艺；

在每升镀镉液中，按质量加入47克硫酸镉，200克氯化铵，80克N(CH₂COOH)₃ ，10毫升DE添加剂，调节pH值为7.0，在室温条件下，采用阴极电流密度为0.6A／dm²；

6、镀锌：采用碱性无氰镀锌工艺；

在每升镀锌液中，按质量加有12克氧化锌，100克氢氧化钠，5.5克DZ-503添加剂，2.5克活性炭粉。电镀温度30℃，阴极电流密度为2A／dm²，阳、阴极面积比为2:1，紧固件间距在200毫米以上；

7、钝化：采用三价铬钝化工艺；

操作流程为：紧固件镀锌后用冷水清洗2次，再用1.5％稀硝酸溶液抛光，经钝化后，对镀锌紧固件进行清洗，最后用离心热风吹干；

钝化液组成：在每升钝化液中，按质量加有40克三氯化铬，2克氟化铵，3.5 毫升硝酸，6克硝酸钴，调节pH值为2.0，操作温度23℃，钝化浸渍时间25秒；

8、镀锌层除氢处理：除氢过程温度在180～190℃，保温2.5小时。目的是为了降低由于镉、锌镀层制备过程产生氢脆的风险；

9、喷涂氟碳涂料：将经过除氢处理后的紧固件用热风吹干后，进行表面喷涂氟碳涂料，湿膜厚度范围10～15微米；

10、氟碳涂层固化：将经过喷涂氟碳涂料的紧固件置于固化器中，在240℃温度条件下固化40分钟，使紧固件表面涂覆的氟碳涂料成膜固化。

本发明的优点

本发明包括紧固件外表的氟碳涂料封闭层和紧固件基底的镀镉、镀锌层两部分。紧固件外表氟碳涂层能够减小剪切应力，避免安装过程中的涂层脱落，极大限度的保证紧固件表面涂层的完整性；另外，氟碳涂层具有极强的耐化学品性，完整的氟碳涂层能够起到屏蔽电解质的作用，避免腐蚀介质与金属相接触。当氟碳涂层破损，含氯离子的溶液与金属层接触后，基底镀镉、镀锌镀层能够发挥长效的牺牲阳极作用。基底镀层采用镉／锌双重复合的模式成膜，在氯离子溶液中与钢铁材料间的电位差匹配恰当，避免了单一镀层电化学消耗过快的问题，能够保证紧固件始终处于足量而有效的保护之中。

    本方法从电解质屏蔽和电化学保护两方面系统地解决了紧固件的腐蚀失效问题。针对安装过程中紧固件涂层破损的问题，采用电化学方法进行补偿，合理的设计镉、锌镀层与紧固件本体金属间的电位差，形成长期牺牲阳极效应，用以解决紧固件的腐蚀问题。