一种耐离子液体腐蚀开裂的高分子材料焊接及热处理方法

摘要

本发明公开了一种耐离子液体腐蚀开裂的高分子材料焊接及热处理方法。该方法包括如下步骤：选取聚丙烯板材和聚丙烯焊条，对聚丙烯板材的焊接面进行V形切口处理，并清理焊接面附近20mm范围内杂物；采用热风焊枪将两块聚丙烯板材焊接而成，热风温度为240~270℃；将焊接件在空气中冷却至常温；将马弗炉升温至90~110℃，直至温度恒定；将焊接件放入马弗炉中，保温1~5h；随炉冷却。本发明在优化焊接工艺的基础上，采用热处理的方法，保证了高分子材料原有的力学性能和耐腐蚀性能，同时极大的消除了内应力，从而解决了聚丙烯在离子液体中的腐蚀开裂问题。

权利要求

1.一种耐离子液体腐蚀开裂的高分子材料焊接及热处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1)选取聚丙烯板材和聚丙烯焊条，对聚丙烯板材的焊接面进行V形切口处理，并清理焊接面附近20mm范围内杂物；

步骤2)采用热风焊枪将两块聚丙烯板材焊接而成，热风温度为240 270℃；

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步骤3)将焊接件在空气中冷却至常温；

步骤4)将马弗炉升温至90 110℃，直至温度恒定；

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步骤5)将焊接件放入马弗炉中，保温1 5h；

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步骤6)将焊接件随炉冷却。

2.根据权利要求1所述的一种耐离子液体腐蚀开裂的高分子材料的焊接及热处理方法，其特征在于：所述聚丙烯板材厚度为0.4 1cm，聚丙烯焊条直径为0.4 1cm。

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说明书

一种耐离子液体腐蚀开裂的高分子材料焊接及热处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及离子液体电镀技术，尤其涉及一种耐离子液体腐蚀开裂的高分子材料焊接及热处理方法。

背景技术

[0002] 离子液体，是熔点低于100℃、完全由阴阳离子构成的液体，具有蒸汽压低、熔点低、电导率高等特点。其中，氯化铝-氯化-1-乙基-3-甲基咪唑（AlCl3-EMIC）离子液体电化学窗口宽、电导率高、粘度低，可以在多种导电基体上电沉积制备各类活泼金属及合金镀层，并具有无氢脆伤害、镀层质量高、适合易氧化金属基体的表面处理等独特优势。目前，AlCl3-EMIC离子液体不仅可实现在低碳钢、不锈钢、AZ91D镁合金等多种基体表面电镀Al镀层，还可以制备Al-Mn、Al-Ti、Al-Zr等多元Al合金镀层。AlCl3-EMIC离子液体镀铝技术还成功解决了国际热核反应堆(ITER)计划中异型件表面阻氚涂层低温制备的难题。

[0003] AlCl3-EMIC离子液体在工程应用时，必然会涉及到制备、存储、运输、使用、回收等环节。在这些环节中，需要容器、管道、阀、换热器等设备和辅助的零部件。设计这些设备和零部件时，首先需要解决使用何种材料的问题。所选材料不仅需要具备良好的强度、塑性、硬度等力学性能，还必须具有较好的耐离子液体腐蚀的性能，以及低廉的价格。其次，制造这些设备和零部件时，还会涉及热成型、机械加工、焊接等成型加工方法。在成型加工过程中，由于材料的组织结构发生改变，必然存在内应力残余的问题。当它们与活性介质接触时，会存在腐蚀开裂的潜在危险。

[0004] 由于高分子材料，价格便宜、力学性能优良、成型加工性好，且具有较好的耐酸碱腐蚀性，因而在水溶液体系为主的电镀工业得到了大量应用。但是，由于离子液体电镀是全新的工程技术，目前还未见专门耐离子液体腐蚀的高分子材料及其加工、制备方法相关的论文报道和专利。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种耐离子液体腐蚀开裂的高分子材料焊接及热处理方法。该材料为耐AlCl3-EMIC离子液体腐蚀的高分子材料。

[0006] 本发明首先采用浸泡法，对聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、高密度聚乙烯(HDPE)等高分子材料在AlCl3-EMIC离子液体中的腐蚀行为进行了研究，结果表明：PVC、CPVC与离子液体会发生化学反应，不适合制作电镀设备或零部件。PP、HDPE在离子液体中不发生化学反应，但存在少量的物理溶解，其中PP溶解速度仅为0.174mm/a，具有良好的耐蚀性。

[0007] 然而，进一步采用PP材料，通过热风焊接制造设备或零部件时，申请人发现：由于内应力残余，与离子液体长时间接触后，会发生腐蚀开裂，导致离子液体泄漏。为此，本发明在优化焊接工艺的基础上，进一步采用热处理的方法，消除内应力，防止腐蚀开裂。

[0008] 本发明釆用的技术方案包括如下步骤：

[0009] 步骤1)选取聚丙烯板材和聚丙烯焊条，对聚丙烯板材的焊接面进行V形切口处理，并清理焊接面附近20mm范围内杂物；

[0010] 步骤2)采用热风焊枪将两块聚丙烯板材焊接而成，热风温度为240 270℃；~

[0011] 步骤3)将焊接件在空气中冷却至常温；

[0012] 步骤4)将马弗炉升温至90 110℃，直至温度恒定；~

[0013] 步骤5)将焊接件放入马弗炉中，保温1 5h；~

[0014] 步骤6)将焊接件随炉冷却。

[0015] 所述聚丙烯板材厚度为0.4 1cm，聚丙烯焊条直径为0.4 1cm。~ ~

[0016] 本发明具有的有益效果是：

[0017] 本发明在优化焊接工艺的基础上，采用热处理的方法，保证了高分子材料原有的力学性能和耐腐蚀性能，同时极大的消除了内应力，从而解决了聚丙烯在离子液体中的腐蚀开裂问题。

附图说明

[0018] 图1是未采用该发明时PP焊接件在AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天后的开裂现象体视显微照片。

[0019] 图2是未采用该发明时PP焊接件在AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天后的扫描电镜照片。

[0020] 图3是实施例1得到的PP焊接件在AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天后的体视显微照片。

[0021] 图4是实施例1得到的PP焊接件在AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天后的扫描电镜照片。

[0022] 图5是实施例2得到的PP焊接件在AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天后的体视显微照片。

[0023] 图6是实施例2得到的PP焊接件在AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天后的扫描电镜照片。

[0024] 图7是对比例得到的PP焊接件在AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天后的体视显微照片。

[0025] 图8是对比例得到的PP焊接件在AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天后的扫描电镜照片。

具体实施方式

[0026] 下面结合具体实施方案对本发明作进一步的解释说明。

[0027] 本发明釆用的技术方案包括如下步骤：

[0028] 步骤1)选取聚丙烯板材和聚丙烯焊条，对聚丙烯板材的焊接面进行V形切口处理，并清理焊接面附近20mm范围内杂物；需要V形切口，以保证焊透。

[0029] 步骤2)采用热风焊枪将两块聚丙烯板材焊接而成，热风温度为240 270℃；温度过~高，焊接件表面温度梯度大，残余内应力较大；温度过低，部分聚丙型结晶不完全，易产生焊接裂纹。

[0030] 步骤3)将焊接件在空气中冷却至常温；切勿在高温时将熔融的焊条锵平，以免增大取向内应力；焊接后，需仔细检查焊接件各表面，保证无焊接裂纹。

[0031] 步骤4)将马弗炉升温至90 110℃，直至温度恒定；将马弗炉升温至指定温度，恒温~后，才可将焊接件放入；温度过低，焊接件与离子液体接触仍会发生开裂；温度过高，聚丙烯容易软化变形。

[0032] 步骤5)将焊接件放入马弗炉中，保温1 5h；时间过短，焊接件与离子液体接触仍会~发生开裂；时间过长，对防止开裂没有影响。

[0033] 步骤6)将焊接件随炉冷却；若在空气中冷却，冷却速度过快会重新形成残余内应力。

[0034] 所述聚丙烯板材厚度为0.4 1cm，聚丙烯焊条直径为0.4 1cm；尽量做到聚丙烯板~ ~材厚度与聚丙烯焊条直径相同，以保持焊缝质量。

[0035] 实施例1：

[0036] 步骤1)选取聚丙烯板材和聚丙烯焊条，对焊接面进行V形切口处理，并清理焊接面附近20mm范围内杂物；

[0037] 步骤2)采用热风焊枪将板材焊接而成，焊接温度为240℃；

[0038] 步骤3)将焊接件在空气中冷却至常温；

[0039] 步骤4)检查焊接件表面，无焊接裂纹；

[0040] 步骤5)将马弗炉升温至110℃，直至温度恒定；

[0041] 步骤6)将上述焊接件放入马弗炉中，保温1h；

[0042] 步骤7)将焊接件随炉冷却。

[0043] 聚丙烯板材厚度为0.4cm，聚丙烯焊条直径为0.4cm。

[0044] 热处理完成后，将PP焊接件放入AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天，发现该零部件不再发生开裂，焊接件表面的体视显微照片如附图3所示。同时，通过显微观察，表面也无微观裂纹，扫描电镜照片如附图4所示。

[0045] 实施例2：

[0046] 步骤1)选取聚丙烯板材和聚丙烯焊条，对焊接面进行V形切口处理，并清理焊接面附近20mm范围内杂物；

[0047] 步骤2)采用热风焊枪将板材焊接而成，焊接温度为270℃；

[0048] 步骤3)将焊接件在空气中冷却至常温；

[0049] 步骤4)检查焊接件表面，无焊接裂纹；

[0050] 步骤5)将马弗炉升温至90℃，直至温度恒定；

[0051] 步骤6)将上述焊接件放入马弗炉中，保温5h；

[0052] 步骤7)将焊接件随炉冷却。

[0053] 聚丙烯板材厚度为1cm，聚丙烯焊条直径为1cm。

[0054] 热处理完成后，将PP焊接件放入AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天，发现该零部件也不再发生开裂，焊接件表面的体视显微照片如附图5所示。同时，通过显微观察，表面无微裂纹，与110℃处理后的相似，扫描电镜照片如附图6所示。

[0055] 对比例:

[0056] 步骤1)选取聚丙烯板材和聚丙烯焊条，对焊接面进行V形切口处理，并清理焊接面附近20mm范围内杂物；

[0057] 步骤2)采用热风焊枪将板材焊接而成，焊接温度约为260℃；

[0058] 步骤3)将焊接件在空气中冷却至常温；

[0059] 步骤4)检查焊接件表面，无焊接裂纹；

[0060] 步骤5)将马弗炉升温至70℃，直至温度恒定；

[0061] 步骤6)将上述焊接件放入马弗炉中，保温5h；

[0062] 步骤7)将焊接件随炉冷却。

[0063] 聚丙烯板材厚度为0.4cm，焊条直径为0.4cm。

[0064] 热处理完成后，将PP焊接件放入AlCl3-EMIC离子液体中浸泡30天，发现该零部件仍存在开裂，裂纹垂直于焊缝方向，焊接件表面的体视显微照片如附图7所示，与未采用该发明时的开裂现象相似(如附图1所示)。同时，通过显微观察，表面还存在微裂纹，扫描电镜照片如附图8所示，与未采用该发明时的微观形貌(如附图2所示)的相似。

[0065] 上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。