铝锌合金复合石墨烯金属防腐处理工艺的制作方法

本发明属于金属制品加工技术领域，具体地指一种铝锌合金复合石墨烯金属防腐处理工艺。

背景技术：

随着现代工业的发展，一批新兴工业领域的出现和许多现代工程的兴建，大型的工矿企业如石油化工、钢铁及大型矿山冶炼的管道、贮槽、设备等，重要的能源工业如天然气、油管、油罐、输变电、核电设备及煤矿矿井等，现代化的交通运输如桥梁、船舶、集装箱、火车和汽车等，新兴的海洋工程、海上设施、海岸及海湾构造物及海上石油钻井平台等，对防腐涂料承受环境的能力和使用寿命提出了更高的要求，常用的防腐涂料已不能满足这些需要。在化工大气和海洋环境里油漆重防腐涂料一般可使用10-15年，在酸、碱、盐和溶剂介质里，在一定温度的腐蚀条件下，使用5年以后保护层就会慢慢失效，其综合防腐寿命远远低于工程的设计寿命。我国每年因钢铁大气等腐蚀造成的经济损失达上千亿元，开展钢铁材料防腐蚀研究对提高其安全性和寿命，减少由此带来的经济损失具有重要意义。当前，防腐蚀的方法以简单的给金属上漆，隔绝金属与空气和水的接触为主，这种方法只能达到短时间内防腐蚀的效果，需要定期维护，且有大的局限性。随着现代工业的发展，一批新兴工业领域的出现和许多现代工程的兴建，大型的工矿企业如石油化工、钢铁及大型矿山冶炼的管道、贮槽、设备等，重要的能源工业如天然气、油管、油罐、输变电、核电设备及煤矿矿井等，现代化的交通运输如桥梁、船舶、集装箱、火车和汽车等，新兴的海洋工程、海上设施、海岸及海湾构造物及海上石油钻井平台等，对防腐涂料承受环境的能力和使用寿命提出了更高的要求，许多新型防腐漆应运而生，但大多效果不尽如意，且有的生产操作复杂，产品价格昂贵，有的造成环境污染，无法大面积推广应用。因此，开发新的钢铁材料防腐蚀涂层及工艺已成为钢铁资源有效利用的技术关键。石墨烯是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料，因其特殊的二维纳米结构和优异的物理化学性能，开始被广泛应用于防腐涂料的研发，由于石墨烯对水的润湿性很差，在实际应用中也表现出良好的防腐性能。石墨烯的二维片层结构使其可以填充到涂料的孔洞和缺陷中，在一定程度上阻止和延缓了小分子腐蚀介质浸入金属基体，增强了涂层的物理隔绝作用。“一种石墨烯氟碳金属漆及其制备方法”(cn1071163710a)的专利技术公开一种石墨烯氟碳金属漆及其制备方法，该专利技术存在以下缺点：(1)含大量铝银浆料，价格昂贵，贵金属容易对环境造成污染；(2)石墨烯疏水，不易与钢铁基体紧密结合，容易造成脱落；(3)需配置a，b漆，施工难度大。“一种含有物理剥落石墨烯的防腐涂层材料及其制备方法”(cn105969025a)的专利技术公开一种含有物理剥落石墨烯的防腐涂层材料及其制备方法,该方法中，石墨烯经物理剥离后，厚度与粒度不易控制，石墨烯在树脂中极易造成分散不均，导致防腐涂层不均。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述不足提供一种铝锌合金复合石墨烯金属防腐处理工艺。

一种铝锌合金复合石墨烯金属防腐处理工艺，包括以下步骤：

(1)烘烤除油，对金属基体进行除油处理；

(2)对第一步处理后的金属基体进行抛丸除锈处理，清除表面锈蚀和氧化皮；

(3)将渗剂和待加工金属基体置于密闭的金属容器中进行多元合金共渗；

(4)将金属构件取出，对其表面进行吹灰处理；

(5)将混合搅拌后的石墨烯环氧封闭涂料均匀涂覆到经步骤(3)处理的金属表面；

(6)对表面涂覆了石墨烯环氧封闭涂层的金属工件放到高温固化炉中进行固化处理。

本发明旨在克服现有技术缺陷，该方法制备的铝锌合金复合石墨烯涂层与金属结合紧密牢固，石墨烯表面富含羟基、羧基或磺酸基中一种或多种基团，可使之均匀分散于树脂中，成膜均匀，并且可以与铝锌合金表面官能团形成氢键和其他化学键，形成物理与化学包覆。成键有利于整体涂层导电性，可以有效阻止金属基材发生阴极反应，起到化学防腐的作用。具有抗冲击、耐老化、耐腐蚀、强柔韧性等优点，可以广泛用于金属构件防护中。所述涂料处理的金属工件在特制高温固化炉中进行烘烤固化，所述固化炉升温速度快，保温效果好，通过使用温控软件使得保温期间其最大温差不超过1℃，使用的温控软件根据节点可靠性和被删除率，并对相邻节点数量进行初始化，提高了节点的资源利用率；此外还减少了集群通信流量动态调整温控节点数量和温度，能更好的适应固化温度动态变化性，减少平均响应时间，有效保证了固化结果的稳定性。

附图说明

图1高温固化炉的结构示意图；

图2高温固化炉中第一固定板部分的结构放大示意图；

图3高温固化炉中第二链轮部分的结构剖视图；

图4高温固化炉中第一齿轮部分的结构俯视图；

图5高温固化炉中凹槽部分的结构放大示意图；

图6高温固化炉中转动门体关闭结构示意图；

图7高温固化炉中传动带部分的结构侧视图。

具体实施方式

实施例：一种铝锌合金复合石墨烯金属防腐处理工艺，包括以下步骤：

(1)烘烤除油，对金属基体进行除油处理；

(2)对第一步处理后的金属基体进行抛丸除锈处理，清除表面锈蚀和氧化皮；

(3)将渗剂和待加工金属基体置于密闭的金属容器中进行多元合金共渗；

(4)将金属构件取出，对其表面进行吹灰处理；

(5)将混合搅拌后的石墨烯环氧封闭涂料均匀涂覆到经步骤(3)处理的金属表面；

(6)对表面涂覆了石墨烯环氧封闭涂层的金属工件放到高温固化炉中进行固化处理。

所述步骤(3)中多元合金共渗中的渗剂为铝锌合金粉。

所述步骤(6)中涂层制备方法为：先以50-90wt％的热固性树脂和10-50wt％的固化剂为原料，外加上述原料0.5-5wt％的石墨烯混合均匀；再外加上述原料5-20wt％的水和0.1-1wt％的分散剂，混合3-15min，制成泥料，再喷涂或刷涂于高锌铝基合金涂层表面，自然干燥3-10h，脱模后在60-120℃条件下烘烤2-4h，即得涂层。

所述步骤6中的高温固化炉包括基座1，所述基座1的上表面固定连接有固化炉2，所述固化炉2的内部设有固化腔3，所述固化腔3的内侧壁对称固定连接有四个支撑架4，每个所述支撑架4远离基座1的一端共同固定连接有放置架5，所述放置架5的外侧壁设有多个第一加热器6，所述放置架5上设有多个第一温度检测器7，所述固化腔3上设有第三移动板41，所述第三移动板41的内部固定连接有第一电机8，所述第一电机8的输出端焊接有第一转动轴9，且第一转动轴9贯穿第三移动板41的内侧壁并设有第一齿轮10，所述第一齿轮10啮合设有第二齿轮11和第三齿轮12，所述第二齿轮11贯穿设有第一转动板13，所述第一转动板13上设有多个第二温度检测器14，所述第三齿轮12贯穿设有第二转动板15，所述第二转动板15上设有多个第二加热器16，所述固化腔3的内侧壁对称转动连接有两个第一链轮17和第二链轮18，两个所述第一链轮17和第二链轮18均共同套设有链条19，所述固化腔3的内侧壁固定连接有固定箱48，所述固定箱48的内部设有第二电机49，所述第二电机49的输出端焊接有第二转动轴50，所述第二转动轴50贯穿设有主动轮51，所述第一链轮17上同轴设有从动轮20，两个所述从动轮20和主动轮共同套设有传动带21，所述链条19由多个滚子组成，其中一个所述滚子转动连接有转动板22，所述转动板22远离链条19的一端设有第一转轴，所述第一转轴转动连接有第二固定板23，所述第二固定板23上设有第一固定板24，所述基座1的下表面对称开设有多个凹槽25，每个所述凹槽25的内侧壁设有多个第一减震弹簧26，每个所述第一减震弹簧26远离凹槽25的一端共同固定连接有第一移动板27，所述第一移动板27上转动连接有第一转动杆28和第二转动杆29，所述第一转动杆28和第二转动杆29远离第一移动板27的一端转动连接有第二移动板30，所述第二移动板30的下表面对称固定连接有两个第二减震弹簧31，两个所述第二减震弹簧31远离第二移动板30的一端共同固定连接有吸盘32，所述固化炉2对称设有两个合页机构34，两个所述合页机构34共同设有转动门体33，所述基座1上设有真空泵40。

所述高温固化炉的控制系统包括测温节点、节点调节模块、控制中心、温速调节模块以及测温节点对应的升降温节点，升降温节点点对点对测温节点区域进行升降温，测温节点、节点调节模块、控制中心、温速调节模块以及升降温节点之间相互通过无线网络进行通讯，具体过程如下：

所述高温固化炉中的保温期间的温差控制包括以下步骤：系统初始化，启动测温节点对固化腔3中的温度进行实时检测，获得测温节点对应的固化腔3位置点的温度分布状况并传输至控制中心；

控制中心实时对比分析前后1s内每个测温节点自身的温度差是否大于0.5度，实时对比分析同一时刻相邻的测温节点温度差是否大于0.5度；

当前后1s内每个测温节点自身的温度差大于0.5度时，控制中心通过温速调节模块控制测温节点对应的升降温节点的升降温速度；

当同一时刻相邻的测温节点温度差大于0.5度时，控制中心通过节点调节模块对各个测温节点进行调整。

所述当同一时刻相邻的测温节点温度差大于0.5度时，控制中心通过节点调节模块对各个测温节点进行调整包括以下步骤：

统计测温节点将测温节点放入集合tmp中，为集合tmp中的每个测温节点tmpi设置一个相邻的测温节点tmpi+1，对相邻的测温节点tmpi+1数量进行初始化；

读取测温节点tmpi温度；

计算所有测温节点tmpi平均温度，将集合tmp中的测温节点的温度与平均温度对比，高于平均温度为过热节点、等于平均温度为平均节点和低于平均温度为过冷节点；

遍历集合tmp中的每个测温节点，根据测温节点tmpi温度和所有测温节点tmpi平均温度动态调整相邻的测温节点tmpi+1，调整规则为：

当相邻的测温节点tmpi+1属于过冷节点或过热节点时，删除测温节点tmpi+1，默认测温节点tmpi+2当前测温节点的相邻测温节点，并对已经删除的测温节点tmpi+1进行温度调节直至达到平均温度后再重新加入集合tmp中进行遍历分配；当相邻的测温节点tmpi+1属于平均节点时，默认其为当前测温节点的相邻测温节点；

统计测温节点tmpi被删除的次数，计算其被删除的频率pi；

计算集合tmp中的所有测温节点tmpi平均被删除的频率pa；

将被删除的频率pi降序排列,固化结束后对高于平均被删除的频率pa的测温节点tmpi对应的加热体节点进行更换。

所述统计测温节点tmpi被删除的次数，计算其被删除的频率pi通过以下公式实现：

其中，v1，v2，v3分别表示该测温节点上一个统计周期t1，t2，t3的被删除次数，v为测温节点被删除总次数，vk表示当前时间与相应的最近统计时刻的差值；p0表示该测温节点上一个统计周期t1的频率，f1,f2，f3分别表示测温节点上一个统计周期t1,t2,t3的删除频率。δt1表示一个统计周期t1内的当前时刻与0时的差值，δt1小于等于t1，μ是δt1与周期t1的比值，该参数调节删除节点对整个频率造成的影响，其值比较大的时候，说明删除频率比较大；

集合tmp中的所有测温节点tmpi平均被删除的频率pa过以下公式实现：

其中，n表示测温节点当前删除数，s表示集群上的测温节点总数。

所述第一固定板24上开设有第三滑槽，且第二固定板23位于第三滑槽上。

所述第一转动杆28和第二转动杆29在第一移动板27上同轴设置。

所述第三移动板41上设有内齿轮36，且第二齿轮11和第三齿轮12均啮合在内齿轮36上。

所述第二固定板23上开设有空腔37，且第一转动轴位于空腔37内。

所述凹槽25的内侧壁对称设有第一滑轨35，且第一移动板27和第二移动板30均滑动连接在第一滑轨35上，所述固化腔3的内侧壁对称设有两个第二滑轨38，且第三移动板41滑动连接在第二滑轨38上，所述固化腔3的内侧壁对称固定连接有两个挡块39，且挡块39位于第二滑轨38的正下方。

所述第一转动杆28和第二转动杆29上均转动连接有连杆42，两个所述连杆42远离第二移动板30的一端均转动连接有第一滑动块43，所述第一移动板27上对称开设有两个第一滑槽44，且第一滑动块43位于相对应的第一滑槽44中。

所述第二移动板30上开设有第二滑槽46，所述第二滑槽46上对称设有两个第二滑动块45，所述第一转动杆28和第二转动杆29远离第一移动板27的一端均转动连接在相对应的第二滑动块45上。

所述吸盘32上设有伸缩杆47，所述伸缩杆47远离吸盘32的一端固定连接在第二移动板30的下表面上。

将需要固化的金属工件放入放置架5中，关闭转动门体33，打开真空泵40，将固化炉2和固化腔3之间的空气进行抽出，使得固化炉2和固化腔3之间形成密闭真空环境；打开第一加热器6、多个第一温度检测器7、第一电机8、第二电机49、多个第二温度检测器14和第二加热器16,第一加热器6工作对金属工件进行加热，第二加热器16工作提高加热速度，使得固化腔3中温度迅速达到所需温度；多个第二温度检测器14和多个第一温度检测器7对固化腔3中的温度进行时时检测；第一电机8工作通过第一转动轴9带动第一齿轮10转动，第一齿轮10转动通过第二齿轮11和第三齿轮12带动第一转动板13和第二转动板15转动，第一转动板13和第二转动板15转动带动多个第二温度检测器14和第二加热器16绕着放置架5进行转动，第二电机49工作通过第二转动轴50带动主动轮51转动，主动轮51通过传动带21带动从动轮20转动，从动轮20转动带动第一链轮17转动，第一链轮17转动通过链条19带动第二链轮18转动，链条19在转动过程中带动转动板22移动，转动板22移动带动第二固定板23在第三滑槽上进行滑动，第二固定板23通过第三移动板41带动多个第二温度检测器14和第二加热器16进行上下移动，多个第二温度检测器14和第二加热器16上下移动和左右转动，能够对固化腔3中不同位置进行充分加热和温度检测；通过多个第一温度检测器7和多个第二温度检测器14检测的数据，调节第一加热器6和第二加热器16，确保保温期间其最大温差不超过1℃。

烘烤除油处理温度不低于400℃；高铝锌基多元合金共渗-将渗剂和待加工金属基体置于密闭的金属容器中，可以边加热边旋转容器，转速为6-10转/分钟，加热温度为420-450℃，其中渗剂的主要成分为铝锌合金粉；固化-对表面涂覆了石墨烯环氧封闭涂料的金属工件进行固化处理，在温度65℃-85℃条件下至少干燥2小时。所述的石墨烯，其粒径小于180目，且表面富含羟基、羧基或磺酸基中一种或多种基团。所述热固性树脂为三聚氰胺甲醛树脂、糠醛苯酚树脂、糠醛丙酮树脂、糠醇树脂、聚丁二烯树脂、有机硅树脂和水溶性环氧树脂中的一种。所述固化剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、甲酯、乙酯、丁酯、乙二醇酯和甘油酯中的一种。所述的分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和木质素磺酸钠中的一种以上。