金属表面硅烷处理技术

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1、金属表面硅烷处理技术摘要：根据金属腐蚀及涂层防腐原理，研究了金属表面硅烷处理工艺技术及处理后的功能特性，分别进行了盐水浸泡、中性盐雾、温水浸泡试验。结果表明，金属表面硅烷处理工艺技术可以取代涂装前磷化处理。该技术具有常温处理、无毒性无污染的特点，可广泛应用于涂装前处理与防腐领域。关键词：硅烷；防腐；盐雾试验；温水浸泡试验；涂装SilanetreatmenttechnologyonmetalsurfaceAbstract:Basedontheprincipleofmetalcorrosionandcoatingprotection,thefunction

2、alpropertiesofsilanetreatmenttechnologyonmetalsurfaceanditsposttreatmentwerestudied,andthesalinesook,neutralsaltspray,warmwaterimmersiontestswereconducted.Theresultsshowedthatthesilanetreatmenttechnologyonmetalsurfacecansubstitutethephosphatingandchromatingprocessesofcoatingpret

3、reatment.Thesilanetreatmenttechnologyhasthecharacteristicsofnormaltemperaturetreatment,avirulenceandnon-pollution,andcanbeappliedinthefiledofcoatingpretreatmentandcorrosionprotection.Keywords:silane;corrosionprotection;saltspraytest;soakedinwarmwatertest；coating1前言涂装前磷化处理的铬钝化工艺作

4、为一种主要的金属防腐技术，广泛应用于不同的工业领域，如汽车、飞机和船舶工业等。然而磷化含锌、锰、镍等重金属离子并含有大量的磷，铬钝化处理本身含有危害较大的铬，都已不能适应国家对涂装行业的环保要求。磷、铬化合物的替代物(或称“绿色防腐剂”)的研究开发正方兴未艾。本文所要介绍的硅烷便是其中最具潜力的一种。总体来说，以有机硅烷为主的金属表面防锈技术具有工艺过程简单、无毒性、无污染、适用广泛等优点。经硅烷处理过的金属表面的防腐性优异，对有机涂层的附着力良好[2]。2防腐机理[5]2.1金属/涂料界面基本原理涂料与金属界面的作用取决于附着力(或称界面力)，它可以

5、是分子间作用力、静电吸引力，也可以是化学键。计算表明，当2个固体间距在0.4nm以内，亦即达到分子间作用力的有效近程时，分子间作用力可达108~109N/m2(100~1000MPa)，即使不用黏接剂，也能实现黏接。但实际工作中，人工所获得的最平整表面仍有20.0nm6左右的凹凸度。可见涂料与金属界面的附着力不仅取决于界面上的力学强度，还取决于界面区和本体之间的力学性质。如果断裂发生在远离界面的本体相中或靠近界面的薄层中，则称为内聚断裂，此时可以认为涂层附着力好；如果断裂发生在界面区内，则称为界面断裂，此时说明附着力差。涂料与金属之间的附着力就是分子之

6、间或原子之间的相互作用力，主要有化学键力和分子间作用力2种。涂层附着力可采用冲击试验(GB/T1720–1979《漆膜附着力测定法》)进行测试。2.2涂层防腐蚀机理涂料涂装的目的就是装饰与防腐，其机理如下：(1)防渗透机理，涂层是金属/腐蚀介质的阻挡层，防止腐蚀介质的渗透；(2)提高界面电阻，大部分金属/腐蚀介质构成的电化学腐蚀通过有机涂层提高界面电阻，减少电化学腐蚀的表面积；(3)改性涂料添加防锈剂，利用钝化与阴极保护原理达到防腐目的。2.3金属表面硅烷处理机理硅烷含有2种不同的化学官能团，一端能与无机材料(如玻璃纤维、硅酸盐、金属及其氧化物)表面的

7、羟基反应，另一端能与树脂生成共价键，从而使2种性质差别很大的材料结合起来，起到提高复合材料性能的作用。硅烷化处理可描述为4步反应模型：(1)与硅相连的3个Si─OR基水解成Si─OH；(2)Si─OH之间脱水缩合成含Si─OH的低聚硅氧烷；(3)低聚物中的Si─OH与基材表面上的OH形成氢键；(4)加热固化过程中伴随脱水反应而与基材以共价键连接。为缩短处理剂现场使用所需的熟化时间，硅烷处理剂在使用前需进行一定浓度的预水解。a、水解反应在水解过程中，硅烷间会发生缩合反应，生成低聚硅氧烷。低聚硅氧烷过少，硅烷处理剂现场的熟化时间延长，影响生产效率；低聚硅氧

8、烷过多，则使处理剂浑浊甚至沉淀，降低处理剂稳定性及影响处理质量。b、缩合反应c、成膜反应成膜反