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1、第26卷第1期中国腐蚀与防护学报Vol126No112006年2月JournalofChineseSocietyforCorrosionandProtectionFeb12006金属表面硅烷化防护处理及其研究现状111,21,2刘亻京 胡吉明 张鉴清 曹楚南(11浙江大学化学系杭州310027;21中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)摘要:综述了一种新型的金属表面防护处理技术———硅烷化处理的研究现状.对硅烷膜的制备工艺、表征及膜覆盖电极的性能进行了详细介绍.文中也同时探讨了硅烷溶液的水解与失效问题,这
2、两个基础问题的研究有助于了解金属表面硅烷膜的形成,并对制备工艺的优化起到决定性作用.最后还介绍了更具发展潜力的电沉积制备硅烷膜技术并提出了展望.关键词:硅烷 防腐蚀 工艺 水解与失效中图分类号:TG178文献标识码:A文章编号:100524537(2006)0120059206理各种不同金属及合金的工艺、一些工艺参数对处1前言[1～25]理件耐蚀性的影响、金属表面硅烷膜的形成机[26～30][1,4,6～11,19～21,26～32]传统的金属表面防护处理技术如铬酸盐钝化、磷理和结构表征等问题已酸盐转化等对环境并不友好,例如高价铬离
3、子有很强有大量研究,而对硅烷试剂的水解与失效研[2,31,33～42]的毒性、磷酸盐则是水体富营养化的元凶之一.随着究虽已取得一些成果,但还有待于进一步环保呼声的高涨,迫切需要研发新型表面处理工艺,探索.本文对上述问题及其研究现状将做详细介绍.其中金属表面硅烷化处理所用试剂合成简单且对环2硅烷化处理工艺境友好,是一种理想的表面防护处理技术.该技术利用硅烷试剂(通式为X-Si(OR)n,其中X代表官能211常规制备工艺团,R为烷基,通常R为-CH3或-CH2CH3,n=2或金属表面硅烷化处理的工艺流程较为简单.传3)水解生成硅醇(X-
4、Si(OH)n),硅醇与金属(Me)表统方法为配制一定浓度(硅烷、水、乙醇的比例)的硅面结合及自身交联在金属表面形成一层致密的保护烷溶液,在一定温度下水解数天后即可用于金属表膜,从而大幅度提高金属的耐蚀性.硅烷化处理过程面处理,处理时将金属片投入硅烷溶液,数秒后取主要经过以下反应[1,2]:出,然后再吹干、固化.近来文献报道的硅烷膜电沉[12,13]硅烷水解:积制备,是通过将金属片作为工作电极电解硅-Si—OR′+H2O→-Si-OH+R′OH(1)烷溶液从而实现硅烷在其表面吸附,其溶液制备和硅醇在金属表面吸附:固化等工艺与传统方法
5、相同.-Si—OH+Me-OH→Me—O—Si-+H2O为获得单纯防护性的硅烷膜,一般选用无官能(2)团的硅烷试剂(如BTSE、BTSPS等),而为了提高基体与有机涂层的结合力,常选用与涂层匹配的带特硅醇在金属表面交联形成具有空间网状结构的定官能团的硅烷(如对环氧系列涂层,一般选用γ-保护膜:GPS等),此功能性硅烷膜也可涂覆在非官能团硅-Si—OH+HO—Si-→-Si—O-Si—+H2O烷膜上,该技术称为两步法成膜工艺(two-step),(3)得到的双层膜既有一定的耐蚀性,又与有机涂层有表1列出了一些商用硅烷的结构及其用于金属
6、较好的结合力.近期又开发出了复合硅烷膜技表面防护处理技术的研究文献.可知,对不同硅烷处[11,14～16]术,实现一次性制备两类硅烷膜,结果显示[17,18]复合膜的性能具有协同效应.此外,Que等人定稿日期:2005204208还研究了硅烷涂层与其他无机涂层的结合应用.值基金项目:国家自然科学基金重大项目(50499336),国家自然科学基得一提的是,VanOoij研究组开发出在硅烷膜中复金(50571090)及浙江省自然科学基金(Y404295)[25]作者简介:刘亻京,男,1986年生,在读研究生,研究方向为电化学与金合纳米颗
7、粒(SiO2、Al2O3等),以提高膜的耐蚀性属腐蚀与防护与机械性能.60中国腐蚀与防护学报第26卷Table1Structureofsomecommercialsilanessilanestructureref1bis-1,2-[triethoxysilyl]ethane(BTSE)(H5C2O)3Si-CH2CH2-Si(OC2H5)3[1,3,4]bis-1,2-[trimethoxysilylpropyl]amine(BTSPA)(H5C2O)3Si-(CH2)3-NH-(CH2)3-Si(OC2H5)3[5]bis-1,2
8、-[triethoxysilylpropyl]tetrasulfide(BTSPS)(H5C2O)3Si-(CH2)3-S4-(CH2)3-Si(OC2H5)3[5,6]γ-aminopropyltriethoxysilane(γ-A
