金屬表面硅烷處理技術(shù)

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1、金屬表面硅烷處理技術(shù)摘要：根據(jù)金屬腐蝕及涂層防腐原理，研究了金屬表面硅烷處理工藝技術(shù)及處理后的功能特性，分別進(jìn)行了鹽水浸泡、中性鹽霧、溫水浸泡試驗(yàn)。結(jié)果表明，金屬表面硅烷處理工藝技術(shù)可以取代涂裝前磷化處理。該技術(shù)具有常溫處理、無毒性無污染的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于涂裝前處理與防腐領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：硅烷；防腐；鹽霧試驗(yàn)；溫水浸泡試驗(yàn)；涂裝SilanetreatmenttechnologyonmetalsurfaceAbstract:Basedontheprincipleofmetalcorrosionandcoatingprot

2、ection,thefunctionalpropertiesofsilanetreatmenttechnologyonmetalsurfaceanditsposttreatmentwerestudied,andthesalinesook,neutralsaltspray,warmwaterimmersiontestswereconducted.Theresultsshowedthatthesilanetreatmenttechnologyonmetalsurfacecansubstitutethephosphatin

3、gandchromatingprocessesofcoatingpretreatment.Thesilanetreatmenttechnologyhasthecharacteristicsofnormaltemperaturetreatment,avirulenceandnon-pollution,andcanbeappliedinthefiledofcoatingpretreatmentandcorrosionprotection.Keywords:silane;corrosionprotection;saltsp

4、raytest;soakedinwarmwatertest；coating1前言涂裝前磷化處理的鉻鈍化工藝作為一種主要的金屬防腐技術(shù)，廣泛應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域，如汽車、飛機(jī)和船舶工業(yè)等。然而磷化含鋅、錳、鎳等重金屬離子并含有大量的磷，鉻鈍化處理本身含有危害較大的鉻，都已不能適應(yīng)國家對涂裝行業(yè)的環(huán)保要求。磷、鉻化合物的替代物(或稱“綠色防腐劑”)的研究開發(fā)正方興未艾。本文所要介紹的硅烷便是其中最具潛力的一種?？傮w來說，以有機(jī)硅烷為主的金屬表面防銹技術(shù)具有工藝過程簡單、無毒性、無污染、適用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)硅烷處理過的金屬表

5、面的防腐性優(yōu)異，對有機(jī)涂層的附著力良好[2]。2防腐機(jī)理[5]2.1金屬/涂料界面基本原理涂料與金屬界面的作用取決于附著力(或稱界面力)，它可以是分子間作用力、靜電吸引力，也可以是化學(xué)鍵。計(jì)算表明，當(dāng)2個(gè)固體間距在0.4nm以內(nèi)，亦即達(dá)到分子間作用力的有效近程時(shí)，分子間作用力可達(dá)108~109N/m2(100~1000MPa)，即使不用黏接劑，也能實(shí)現(xiàn)黏接。但實(shí)際工作中，人工所獲得的最平整表面仍有20.0nm6左右的凹凸度?？梢娡苛吓c金屬界面的附著力不僅取決于界面上的力學(xué)強(qiáng)度，還取決于界面區(qū)和本體之間的力學(xué)性質(zhì)。如果

6、斷裂發(fā)生在遠(yuǎn)離界面的本體相中或靠近界面的薄層中，則稱為內(nèi)聚斷裂，此時(shí)可以認(rèn)為涂層附著力好；如果斷裂發(fā)生在界面區(qū)內(nèi)，則稱為界面斷裂，此時(shí)說明附著力差。涂料與金屬之間的附著力就是分子之間或原子之間的相互作用力，主要有化學(xué)鍵力和分子間作用力2種。涂層附著力可采用沖擊試驗(yàn)(GB/T1720–1979《漆膜附著力測定法》)進(jìn)行測試。2.2涂層防腐蝕機(jī)理涂料涂裝的目的就是裝飾與防腐，其機(jī)理如下：(1)防滲透機(jī)理，涂層是金屬/腐蝕介質(zhì)的阻擋層，防止腐蝕介質(zhì)的滲透；(2)提高界面電阻，大部分金屬/腐蝕介質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)腐蝕通過有機(jī)涂層

7、提高界面電阻，減少電化學(xué)腐蝕的表面積；(3)改性涂料添加防銹劑，利用鈍化與陰極保護(hù)原理達(dá)到防腐目的。2.3金屬表面硅烷處理機(jī)理硅烷含有2種不同的化學(xué)官能團(tuán)，一端能與無機(jī)材料(如玻璃纖維、硅酸鹽、金屬及其氧化物)表面的羥基反應(yīng)，另一端能與樹脂生成共價(jià)鍵，從而使2種性質(zhì)差別很大的材料結(jié)合起來，起到提高復(fù)合材料性能的作用。硅烷化處理可描述為4步反應(yīng)模型：(1)與硅相連的3個(gè)Si─OR基水解成Si─OH；(2)Si─OH之間脫水縮合成含Si─OH的低聚硅氧烷；(3)低聚物中的Si─OH與基材表面上的OH形成氫鍵；(4)加熱固

8、化過程中伴隨脫水反應(yīng)而與基材以共價(jià)鍵連接。為縮短處理劑現(xiàn)場使用所需的熟化時(shí)間，硅烷處理劑在使用前需進(jìn)行一定濃度的預(yù)水解。a、水解反應(yīng)在水解過程中，硅烷間會(huì)發(fā)生縮合反應(yīng)，生成低聚硅氧烷。低聚硅氧烷過少，硅烷處理劑現(xiàn)場的熟化時(shí)間延長，影響生產(chǎn)效率；低聚硅氧烷過多，則使處理劑渾濁甚至沉淀，降低處理劑穩(wěn)定性及影響處理質(zhì)量。b、縮合反應(yīng)c、成膜反應(yīng)成膜反