论文部分内容阅读
摘要：尼龙11涂层具有良好的耐磨及耐腐蚀性，涂覆于传动轴花键副部位用以提高传动轴的耐磨性。对尼龙11涂装工艺进行探讨。
关键词：尼龙11；耐磨性；尼龙11涂装工艺
中图分类号：TQ63 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-03-0-02
一、尼龙涂层的特性
（一）尼龙11涂层外观特点。从外观上看，尼龙11涂层一般比漆膜涂层厚。液态尼龙11涂装一次成膜厚度为20-80m，粉末尼龙涂装一次成膜厚度为200-600m，而漆膜涂层一次成膜厚度一般仅为10-20m。在要求零件防护层较厚的情况下，尼龙涂装可以大大缩短生产时间，加快生产节奏。
（二）尼龙11涂装可以获得较好的保护面。因为尼龙11是结晶性高聚物，所以尼龙11的熔点明确，熔点约为186-190℃，粘度合适，涂覆到金属零件上以后所获得的表面均匀光滑，不会出现凹陷和流淌现象。利用液态尼龙11或粉末尼龙11对金属零件进行涂装后，如果使用水冷工艺，则表面光亮平滑；如果使用空气冷却，则表面浑浊没有光泽。可以根据不同的需要，采用不同的冷却方法，获得不同的表面。
（三）尼龙11涂层的耐磨性。由于尼龙11本身自润性、耐摩擦性好，具有很好的自润性，摩擦系数小，因此尼龙涂层比漆膜涂层有更好的耐磨性。尼龙11涂层比烘干漆层耐磨性好5-600倍。
（四）尼龙11涂层的耐腐蚀性。尼龙11涂层既不受恶劣天气的影响，也不怕酸、碱、盐和碳氢化合物的侵蚀。我们对聚酰胺尼龙11涂层进行了耐盐雾、耐湿热、耐化学药品实验，结果如表1。
表1 尼龙涂层耐腐蚀性实验数据
经过实验数据分析，可知尼龙11涂层耐腐蚀性很好。因此尼龙11涂装工艺可以应用于各种室外设备、工作环境恶劣的零件甚至航海设备等表面。
（五）尼龙11涂装生产过程环保无毒。尼龙11涂层是应用尼龙11粉末采用特殊工艺涂覆在零件表面上，尼龙11本身无毒无味，生产工作环境较好。
（六）尼龍11涂层尺寸稳定。尼龙11的胺基密度低，吸水率相应就低。在50%的左右相对湿度下，吸水率不到1%。由于尼龙11吸水性小，因而涂敷到金属零件上之后，具有良好的尺寸稳定性。
二、尼龙11涂层在汽车传动轴花键上的应用
（一）汽车传动轴的常见失效形式。汽车传动轴是由传动轴轴管、伸缩套和万向十字节组成。汽车在行驶过程中，由于路面不平或者车身晃动，车轮会随着路面的情况上下活动，主减速器是固定的，通过传动轴把动力传递给车轮或者差速器。车轮不停地动，主减速器相对位置静止，两者之间必然产生相对位移。对后驱车来说，传动轴中间有能够滑移的滑动花键副，用于传递长度的变化。传动轴花键副既可以传递动力也可以轴向伸缩。传动轴是一个复杂的受力件，并且处于高速旋转状态，花键副部位一直处于持续受周向剪切力和轴向摩擦力的作用。并且传动轴在汽车行驶过程中始终处于泥水、油污等混合物的包围中，传动轴花键副齿面之间长时间的挤压、摩擦，使齿面磨蚀严重；再加上动力传递过程中的瞬时刚性冲击，加剧了齿面的失效，造成传动轴报废，经济损失严重。
（二）对传动轴花键毂齿面涂覆尼龙11。我们研制开发了在传动轴花键毂齿面上涂覆聚酰胺-11，即尼龙11保护层。一方面避免了花键毂的锈蚀，另一方面使汽车在行驶过程中传动轴花键副由原来的金属间刚性冲击、摩擦，转变为金属与尼龙层的摩擦，从而缓解了花键副齿面的磨蚀，同时还能缓解汽车启动时的刚性冲击。通过对传动轴尼龙保护涂层的磨损、疲劳实验，在50万次重型车台架试验后，磨损仅为2-4m,且没有脱落和点蚀现象。我们还做了有关的物理机械性能测试，发现该尼龙涂层具备减磨、抗挤压、耐疲劳和自润滑功能。
实验尼龙11涂装样片检验测试数据如下表2。
表2 尼龙11涂层性能检测表
（三）传动轴花键涂装用尼龙11及中间物质
传动轴花键涂装用的尼龙11,熔点约为186-190℃，吸水率低，说明成品后尺寸及形状稳定性好。尼龙11可以耐150-200℃的高温，耐磨损性和耐油性好，耐碱、去污剂等；不耐浓无机酸。
通过实验，我们发现尼龙11粉末与金属零件基体附着力较差，必须找一种物质作为中间物质。一方面，这种物质既能与金属基体结合，也能与尼龙涂层结合良好；另一方面，这种物质必须耐250℃以上的高温。这是因为热塑性聚酰胺-11本身的熔点为186℃，在进行硫化床粉末涂装时，涂覆中间物质的零件必须加热到250℃，才能使尼龙粉末迅速塑化，附着于零件表面。
图1 环氧树脂分子结构
开始我们选择环氧树脂作为中间物质，从环氧树脂的分子结构（图1)来看，环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基，这些基团都具有很强的极性，使得环氧树脂分子与相邻的金属分子产生极强吸引力，结合力很好。
但实验结果显示，环氧树脂不能耐高温，环氧固化物的耐热性一般为80～100℃，250℃时环氧树脂涂层就完全老化了。最后选择了能耐高温的酚醛树脂和附着力较好的环氧树脂改性漆作为中间物质，充分发挥二者优势。酚醛树脂分子结构如下图2：
图2 酚醛树脂分子结构
酚醛树脂由苯酚和芳烷基醚通过缩合反应而产生的,具有良好的力学性能、耐热性能，化学稳定性好，耐热性高，可在250℃左右长期使用。实验结果表明，酚醛树脂和环氧树脂改性漆与金属零件表面附着力极高，能耐高温，完全符合涂装要求。
三、传动轴花键尼龙11涂装工艺过程
（一）硫化床喷涂。金属零件表面预处理（包括磷化）——上底漆——预热（250- 300℃）——粉末涂装（硫化床）——后固化——冷却。
硫化床的工作过程是：向隔板下方的容器通入压缩空气，压缩空气通过隔板上密布的微孔，使上面尼龙11粉末在空气流的作用下悬浮起来，并在上部容器内滚翻，呈现“沸腾”状态。经预热的零件通过“沸腾”的尼龙粉末区，雾状的尼龙粉末涂覆在零件表面上。工件的预热温度稍微高于尼龙粉末的熔融温度。
这种工艺用于零件表面涂层要求较厚的情况。
（二）静电喷涂。金属表面预处理（包括磷化）——上底漆——静电喷涂。
静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的尼龙粉末沿着电场相反的方向定向运动，并将尼龙粉末微粒吸附在零件表面上的一种喷涂方法。静电喷涂为硫化床喷涂的补充工艺，主要用于薄壁件的薄涂层。
（三）液态尼龙喷涂。金属表面预处理——上底漆——预热(180- 200℃)——液态尼龙涂装——冷却。
液态尼龙喷涂主要用于涂覆较薄的涂层。
经对比决定，采用硫化床喷涂对传动轴花键毂进行尼龙11涂装。对施工工后的零件检测，各项指标均符合要求。
参考文献：
[1]李齐方,尼龙11研究的发展与展望[J].化工进展,1998,(3).
[2]张枝苗,姚进法.耐磨复合材料(AW-1)的研究[J].新材料机车车辆工艺,2001,(8).
关键词：尼龙11；耐磨性；尼龙11涂装工艺
中图分类号：TQ63 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-03-0-02
一、尼龙涂层的特性
（一）尼龙11涂层外观特点。从外观上看，尼龙11涂层一般比漆膜涂层厚。液态尼龙11涂装一次成膜厚度为20-80m，粉末尼龙涂装一次成膜厚度为200-600m，而漆膜涂层一次成膜厚度一般仅为10-20m。在要求零件防护层较厚的情况下，尼龙涂装可以大大缩短生产时间，加快生产节奏。
（二）尼龙11涂装可以获得较好的保护面。因为尼龙11是结晶性高聚物，所以尼龙11的熔点明确，熔点约为186-190℃，粘度合适，涂覆到金属零件上以后所获得的表面均匀光滑，不会出现凹陷和流淌现象。利用液态尼龙11或粉末尼龙11对金属零件进行涂装后，如果使用水冷工艺，则表面光亮平滑；如果使用空气冷却，则表面浑浊没有光泽。可以根据不同的需要，采用不同的冷却方法，获得不同的表面。
（三）尼龙11涂层的耐磨性。由于尼龙11本身自润性、耐摩擦性好，具有很好的自润性，摩擦系数小，因此尼龙涂层比漆膜涂层有更好的耐磨性。尼龙11涂层比烘干漆层耐磨性好5-600倍。
（四）尼龙11涂层的耐腐蚀性。尼龙11涂层既不受恶劣天气的影响，也不怕酸、碱、盐和碳氢化合物的侵蚀。我们对聚酰胺尼龙11涂层进行了耐盐雾、耐湿热、耐化学药品实验，结果如表1。
表1 尼龙涂层耐腐蚀性实验数据
经过实验数据分析，可知尼龙11涂层耐腐蚀性很好。因此尼龙11涂装工艺可以应用于各种室外设备、工作环境恶劣的零件甚至航海设备等表面。
（五）尼龙11涂装生产过程环保无毒。尼龙11涂层是应用尼龙11粉末采用特殊工艺涂覆在零件表面上，尼龙11本身无毒无味，生产工作环境较好。
（六）尼龍11涂层尺寸稳定。尼龙11的胺基密度低，吸水率相应就低。在50%的左右相对湿度下，吸水率不到1%。由于尼龙11吸水性小，因而涂敷到金属零件上之后，具有良好的尺寸稳定性。
二、尼龙11涂层在汽车传动轴花键上的应用
（一）汽车传动轴的常见失效形式。汽车传动轴是由传动轴轴管、伸缩套和万向十字节组成。汽车在行驶过程中，由于路面不平或者车身晃动，车轮会随着路面的情况上下活动，主减速器是固定的，通过传动轴把动力传递给车轮或者差速器。车轮不停地动，主减速器相对位置静止，两者之间必然产生相对位移。对后驱车来说，传动轴中间有能够滑移的滑动花键副，用于传递长度的变化。传动轴花键副既可以传递动力也可以轴向伸缩。传动轴是一个复杂的受力件，并且处于高速旋转状态，花键副部位一直处于持续受周向剪切力和轴向摩擦力的作用。并且传动轴在汽车行驶过程中始终处于泥水、油污等混合物的包围中，传动轴花键副齿面之间长时间的挤压、摩擦，使齿面磨蚀严重；再加上动力传递过程中的瞬时刚性冲击，加剧了齿面的失效，造成传动轴报废，经济损失严重。
（二）对传动轴花键毂齿面涂覆尼龙11。我们研制开发了在传动轴花键毂齿面上涂覆聚酰胺-11，即尼龙11保护层。一方面避免了花键毂的锈蚀，另一方面使汽车在行驶过程中传动轴花键副由原来的金属间刚性冲击、摩擦，转变为金属与尼龙层的摩擦，从而缓解了花键副齿面的磨蚀，同时还能缓解汽车启动时的刚性冲击。通过对传动轴尼龙保护涂层的磨损、疲劳实验，在50万次重型车台架试验后，磨损仅为2-4m,且没有脱落和点蚀现象。我们还做了有关的物理机械性能测试，发现该尼龙涂层具备减磨、抗挤压、耐疲劳和自润滑功能。
实验尼龙11涂装样片检验测试数据如下表2。
表2 尼龙11涂层性能检测表
（三）传动轴花键涂装用尼龙11及中间物质
传动轴花键涂装用的尼龙11,熔点约为186-190℃，吸水率低，说明成品后尺寸及形状稳定性好。尼龙11可以耐150-200℃的高温，耐磨损性和耐油性好，耐碱、去污剂等；不耐浓无机酸。
通过实验，我们发现尼龙11粉末与金属零件基体附着力较差，必须找一种物质作为中间物质。一方面，这种物质既能与金属基体结合，也能与尼龙涂层结合良好；另一方面，这种物质必须耐250℃以上的高温。这是因为热塑性聚酰胺-11本身的熔点为186℃，在进行硫化床粉末涂装时，涂覆中间物质的零件必须加热到250℃，才能使尼龙粉末迅速塑化，附着于零件表面。
图1 环氧树脂分子结构
开始我们选择环氧树脂作为中间物质，从环氧树脂的分子结构（图1)来看，环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基，这些基团都具有很强的极性，使得环氧树脂分子与相邻的金属分子产生极强吸引力，结合力很好。
但实验结果显示，环氧树脂不能耐高温，环氧固化物的耐热性一般为80～100℃，250℃时环氧树脂涂层就完全老化了。最后选择了能耐高温的酚醛树脂和附着力较好的环氧树脂改性漆作为中间物质，充分发挥二者优势。酚醛树脂分子结构如下图2：
图2 酚醛树脂分子结构
酚醛树脂由苯酚和芳烷基醚通过缩合反应而产生的,具有良好的力学性能、耐热性能，化学稳定性好，耐热性高，可在250℃左右长期使用。实验结果表明，酚醛树脂和环氧树脂改性漆与金属零件表面附着力极高，能耐高温，完全符合涂装要求。
三、传动轴花键尼龙11涂装工艺过程
（一）硫化床喷涂。金属零件表面预处理（包括磷化）——上底漆——预热（250- 300℃）——粉末涂装（硫化床）——后固化——冷却。
硫化床的工作过程是：向隔板下方的容器通入压缩空气，压缩空气通过隔板上密布的微孔，使上面尼龙11粉末在空气流的作用下悬浮起来，并在上部容器内滚翻，呈现“沸腾”状态。经预热的零件通过“沸腾”的尼龙粉末区，雾状的尼龙粉末涂覆在零件表面上。工件的预热温度稍微高于尼龙粉末的熔融温度。
这种工艺用于零件表面涂层要求较厚的情况。
（二）静电喷涂。金属表面预处理（包括磷化）——上底漆——静电喷涂。
静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的尼龙粉末沿着电场相反的方向定向运动，并将尼龙粉末微粒吸附在零件表面上的一种喷涂方法。静电喷涂为硫化床喷涂的补充工艺，主要用于薄壁件的薄涂层。
（三）液态尼龙喷涂。金属表面预处理——上底漆——预热(180- 200℃)——液态尼龙涂装——冷却。
液态尼龙喷涂主要用于涂覆较薄的涂层。
经对比决定，采用硫化床喷涂对传动轴花键毂进行尼龙11涂装。对施工工后的零件检测，各项指标均符合要求。
参考文献：
[1]李齐方,尼龙11研究的发展与展望[J].化工进展,1998,(3).
[2]张枝苗,姚进法.耐磨复合材料(AW-1)的研究[J].新材料机车车辆工艺,2001,(8).