銅合金與鎂合金表面干膜潤(rùn)滑涂層去除劑

0.引言

    在航空領(lǐng)域，有許多附件由鎂合金鑲嵌銅合金襯套構(gòu)成，并在銅合金襯套表面噴涂耐高溫干膜潤(rùn)滑涂層。修理附件時(shí)，需去除原涂層并重新噴涂。此類耐高溫干膜潤(rùn)滑涂層由環(huán)氧、有機(jī)硅、酚醛樹脂和耐磨填料組成，再經(jīng)高溫烘烤而成，其結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨和耐化學(xué)介質(zhì)性優(yōu)異，加上成膜于精密的鎂合金和銅合金組合件上，難以用一般的化學(xué)去除方法清除。實(shí)際生產(chǎn)中一般只能用軟刮刀手工鏟除，不僅費(fèi)時(shí)，且易損傷基體，特別是當(dāng)零件形狀復(fù)雜時(shí)，用刮刀去除則更困難[1]。目前，用于飛機(jī)外表蒙皮的脫漆劑技術(shù)已經(jīng)很成熟[2]。本研究構(gòu)思沿用二氯甲烷為主溶劑的配方，通過工藝實(shí)驗(yàn)確定其成分及參數(shù)，控制化學(xué)去除劑對(duì)基體材料的腐蝕，從而研制出一種能夠去除此類零件表面潤(rùn)滑涂層的化學(xué)去除劑。還模擬了零件中銅襯套在鎂合金殼體間形成的縫隙，并驗(yàn)證了所研制化學(xué)去除劑對(duì)零件的縫隙腐蝕情況。

    1.實(shí)驗(yàn)部分

    1.1化學(xué)去除劑的制備及試樣準(zhǔn)備

    主要化學(xué)試劑：二氯甲烷、甲醇、羥丙基纖維素、銅合金防變色劑、緩蝕劑、表面活性劑、石蠟等。

    配置主要操作步驟：在燒杯中加入所需量的主溶劑二氯甲烷、促進(jìn)劑、助溶劑，攪拌下加入緩蝕劑與防變色劑，讓其充分溶解，并在水浴槽中恒溫(35±2)℃下加入羥丙基纖維素，攪拌調(diào)勻后，冷卻至室溫即可。進(jìn)行以上操作時(shí)需帶上橡皮手套，在抽風(fēng)條件下進(jìn)行。

    試片的制備：在25mm×50mm×2mm的銅合金與鎂合金材料試片上噴涂耐高溫、耐磨、潤(rùn)滑涂層。

    1.2化學(xué)去除劑成分參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

    優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)列于表1。

    1.3腐蝕實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

    (1)基體表面腐蝕采用浸泡方式。將試片放入所配制好的化學(xué)去除劑中，在恒溫(35±1)℃下浸泡1h、2h、3h，用失質(zhì)量法和表觀檢查法檢測(cè)其腐蝕情況[3]。腐蝕產(chǎn)物的清除：鎂合金：鉻酐CrO3200g/L，室溫8～10min;銅合金：鹽酸(密度1.84g/mL)500mL/L，室溫1～3min。試樣的清洗與干燥[4]：將試片放入流動(dòng)冷水中用毛刷輕輕刷洗干凈，取出后放在干凈的濾紙上用吹風(fēng)機(jī)熱風(fēng)吹干，并將試樣用中性包裝紙包好，放入干燥器，1h后稱量。

表1 化學(xué)去除劑配方

    注：1.每次配制量約為100g左右;

    2.固定值為在做一個(gè)參數(shù)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)時(shí)，其余參數(shù)取初設(shè)固定值。當(dāng)一參數(shù)被優(yōu)化后，固定值改用優(yōu)化后參數(shù);

    3.涂層的去除率按90%面積被去除的時(shí)間，去除時(shí)用刀片輔助將溶脹后的涂層輕輕刮掉。

    (2)模擬銅合金與鎂合金之間縫隙，如圖1所示，并采用上述方法檢測(cè)其腐蝕情況。

圖1 縫隙腐蝕實(shí)驗(yàn)示意圖

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    2.1組分及參數(shù)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    2.1.1主溶劑用量的選定

    主溶劑中的二氯甲烷屬于小分子，故對(duì)大分子及鏈段間隙的滲透能力強(qiáng)，與有機(jī)物的相溶性好，可使涂層脹溶或溶解，導(dǎo)致大分子體積增大，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，破壞涂層與底材的附著力，從而使涂層容易從材料基體表面脫落下來[5]。其用量對(duì)涂層去除時(shí)間的影響如圖2所示。

圖2 二氯甲烷用量與涂層去除時(shí)間的關(guān)系

    由圖2可知，涂層去除時(shí)間隨二氯甲烷的加入量增加而減少，但當(dāng)CH2Cl2用量達(dá)到60g以上時(shí)，涂層去除時(shí)間的減少變少，最后趨于平緩。這是因?yàn)镃H2Cl2在達(dá)到一定量以后，此時(shí)涂層去除的溶解能力趨于恒定，大量的CH2Cl2分子包圍了涂層分子，增加的CH2Cl2的分子不能進(jìn)一步包圍涂層分子。另外因?yàn)镃H2Cl2本身的揮發(fā)性，當(dāng)CH2Cl2含量過高時(shí)，揮發(fā)性也會(huì)急劇加大，對(duì)環(huán)境和人身危害加大，因此考慮到環(huán)境因素，將CH2Cl2用量控制在60～65g之間為宜，實(shí)驗(yàn)選用60g。

    2.1.2助溶劑用量的選定

    加入助溶劑的目的是為了增加對(duì)其他成分的溶解性，協(xié)同主溶劑分子充分滲入涂層，解除涂層與底材之間的附著力，從而加快涂層去除速率。實(shí)驗(yàn)中助溶劑選用甲醇，甲醇相對(duì)分子質(zhì)量小，溶解性強(qiáng)并且價(jià)格較低[6]。其用量對(duì)涂層去除時(shí)間的影響如圖3所示。

圖3 甲醇用量與涂層去除時(shí)間的關(guān)系

    由圖3可以得出，甲醇對(duì)化學(xué)去除劑涂層去除效果有一定的影響。其用量選為16g。

  2.1.3促進(jìn)劑用量的選定

    促進(jìn)劑一般是一些親核試劑，它跟主溶劑結(jié)合能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而提高涂層去除速度和效率[7]。有機(jī)酸是常用的促進(jìn)劑，它能使大分子鏈段間產(chǎn)生一定程度的酸解，有利于主溶劑更迅速地滲入到涂膜中，加速涂層的脫除。促進(jìn)劑對(duì)涂層去除效果的影響如圖4所示。

圖4 促進(jìn)劑用量與涂層去除時(shí)間的關(guān)系

    由圖4可以分析得出，促進(jìn)劑用量以25g為宜。

    2.1.4增稠劑用量的選定

    加入增稠劑目的是為了增加化學(xué)去除劑的黏度，便于在垂直面刷涂[8]。另外，由于二氯甲烷屬于易揮發(fā)型溶劑，需用增稠劑抑制其揮發(fā)性，提高化學(xué)去除劑的去除效率。常用的增稠劑為纖維素。實(shí)驗(yàn)采用了羥丙基纖維素，并與常用的甲基纖維素作對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同增稠劑涂層去除效果對(duì)比

    由圖5可以看出，羥丙基纖維素的去除效果比甲基纖維素的效果要好。羥丙基纖維素不僅在黏度方面優(yōu)于傳統(tǒng)的甲基纖維素，在對(duì)主溶劑二氯甲烷抑制方面效果更佳。

    2.1.5其他參數(shù)的選擇

    (1)表面活性劑：為了更好地潤(rùn)濕涂層表面，使去除劑里面的小分子容易浸入涂層中，可在化學(xué)去除劑中加入適量的表面活性劑。實(shí)驗(yàn)選用的表面活性劑用量為0.75g。

    (2)緩蝕劑的選擇：為了使基體鎂合金和銅合金表面不受到腐蝕，需在配方中加入一定量的緩蝕劑，實(shí)驗(yàn)選用的緩蝕劑和防變色劑用量各為1.5g，通過失質(zhì)量法得出緩蝕劑對(duì)基體的作用效果，如表2所示。

表2 緩蝕劑的作用效果

    注：浸泡條件為恒溫35℃(后面浸泡實(shí)驗(yàn)條件相同)。

    從表2可以看出，通過加入合適的緩蝕劑，可以使基體金屬得到保護(hù)。不加入緩蝕劑，銅合金發(fā)生了選擇性腐蝕，表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的脫鋅現(xiàn)象，鎂合金表面也出現(xiàn)了黑色腐蝕坑。另外，加入了緩蝕劑后，再加入防變色劑，涂層去除后銅合金基體表面顏色保持不變。

    (3)使用溫度的選擇：在對(duì)零件進(jìn)行涂層去除時(shí)，溫度對(duì)涂層去除效果有很大的影響。溫度對(duì)涂層去除效果的影響如圖6所示。

圖6溫度與涂層去除時(shí)間的關(guān)系

    由圖6可以得出，初始階段隨著溫度的升高，涂層去除時(shí)間迅速減少。主要是因?yàn)殡S溫度的升高，去除劑中小分子的動(dòng)能增加，使其更加容易浸入涂層中，促使涂層與基體快速分開。但隨溫度增加，達(dá)到35℃以后，效果變緩，當(dāng)溫度達(dá)到37℃以上時(shí)，化學(xué)去除劑揮發(fā)很快，最后完全干固?；瘜W(xué)去除劑中主溶劑二氯甲烷的沸點(diǎn)在39.5℃，當(dāng)溫度過高時(shí)，二氯甲烷便沸騰揮發(fā)[6]，減少了化學(xué)去除劑中主溶劑的含量，降低了涂層去除效率。故操作時(shí)溫度選用(35±1)℃為宜。

 2.2腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

    (1)基體的腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 基體腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

    (2)縫隙腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 縫隙腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

    從表3、表4可以看出，通過加入緩蝕劑，有效控制了銅合金與鎂合金基體表面及縫隙的腐蝕情況。這一點(diǎn)對(duì)化學(xué)去除劑在航空零件上的應(yīng)用非常重要。

    3.應(yīng)用

    選擇M-340附件零件，均勻地涂抹上所配制的化學(xué)去除劑。結(jié)果表明，可以很好地去除零件表面干膜潤(rùn)滑涂層，對(duì)零件基體沒有任何腐蝕。經(jīng)過再次噴涂，并裝車試驗(yàn)，對(duì)涂層的再次噴涂也無影響。所以該化學(xué)去除劑很好地達(dá)到了去除此類型零件表面干膜潤(rùn)滑涂層的目的。

    4.結(jié)語

    (1)操作控制在一定的時(shí)間和溫度范圍內(nèi)時(shí)，配制的化學(xué)去除劑能保證基體不受腐蝕，能有效、快速去除航空銅合金與鎂合金零件表面高溫潤(rùn)滑涂層。(2)加入一定量的銅合金防變色劑，可以使在去除表面涂層后銅合金基體表面顏色不受到影響。(3)該化學(xué)去除劑在去除掉涂層后不會(huì)影響零件的再次噴涂，這對(duì)航空維修具有非常大的應(yīng)用價(jià)值。