張翔

摘 要：本文從硅烷防護原理入手，對其處理技術(shù)以及改性技術(shù)進行探究，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：金屬涂裝;硅烷前處理技術(shù)

引言

在硅烷前處理技術(shù)應用之前，主要采用的涂裝前處理工藝為磷化處理，由于其在生產(chǎn)過程中耗能較高，且伴有較多的重金屬例子以及污水廢水等處理問題，逐漸被更為簡單、節(jié)能、環(huán)保的硅烷前處理技術(shù)所取代。

一、硅烷防護原理

硅烷作為代替?zhèn)鹘y(tǒng)磷化的前處理劑，其成分內(nèi)具備特殊的成膜助劑，能于鋼鐵、鍍鋅板以及鋁制品表面形成密實的納米級混合涂層，成膜物質(zhì)主要包括有氧化鋯、氫氧化鋯、氧化鈦、氫氧化鈦以及氧化硅等。硅烷處理的反應原理為硅烷偶聯(lián)劑通過水解形成硅醇溶液，和金屬表面水解產(chǎn)生的金屬氧化層發(fā)生反應形成金屬氫氧化物，經(jīng)脫水后在界面形成穩(wěn)固的共價鍵，促使硅烷牢牢吸附在金屬表面，同時，通過硅烷脫水得到Si-O-Si三維網(wǎng)狀硅烷膜架構(gòu)。該硅烷膜和后期涂料，例電泳漆等出現(xiàn)氨基硅烷作用，繼而得到可靠的化學鍵，繼而使得金屬工件和涂料彼此構(gòu)成密實的膜層，進一步改善涂層的吸吸附力和耐蝕性。

通常情況下，相關(guān)產(chǎn)品應當具備和金屬互相作用的R基團以及能夠和有機圖層互相作用的R，基團由此方能夠具備較好的結(jié)合性以及抗腐蝕效果。而金屬材料表面的應用中通常需將硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合水或乙醇、丙醇等有機溶劑制成混合溶液，從而確保硅烷偶聯(lián)劑能平均分布于金屬表面，同時也能減少硅烷偶聯(lián)劑的使用劑量。

二、硅烷處理工藝

與傳需進行表調(diào)的磷化處理技術(shù)相比，硅烷前處理技術(shù)的整體工藝更為精簡，且表調(diào)工序去除，常溫狀況即可操作，具備更高的節(jié)能性，同時也不會產(chǎn)生廢渣，更為環(huán)保，且目前該項技術(shù)的應用也趨于成熟，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，如家用電器、汽車配件、機械部件以及通信設(shè)備等。

脫脂工序作為硅烷前處理工藝中的重要環(huán)節(jié)，通常對脫脂的要求較高。傳統(tǒng)磷化處理通常是在50℃和pH3.0的條件下進行的，金屬表層的雜物以及油脂在該種條件下能被再次消除。而硅烷前處理的溫度要求并不高，在室溫下即可進行，而在該種環(huán)境下不會對金屬表層產(chǎn)生二次清洗。另外粒徑為納米級的硅烷膜，對金屬表層的清潔度要求較高。為達到該清潔標準，通常需采用高效環(huán)保的脫脂劑來進行脫脂作業(yè)，以去除金屬表面的油污。經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，硅烷前處理流程的清洗環(huán)節(jié)主要的脫脂原料即無磷脫脂劑，經(jīng)脫脂完成后，基于特定配比的稀堿試劑對已然去油了的金屬予以清理，然后利用清水進行一次浸洗后，隨后在純水環(huán)境下對金屬進行徹底的清理作業(yè)，完成上述工作之后即可進入下一階段工作，即硅烷化處置。

此外，為確保金屬表面的清潔度滿足工藝需求，需注重水洗過程，一般而言需經(jīng)2-3次水洗，且每次水洗對水質(zhì)的要求也有所不同，其中值得注意的是最后一道水洗工序需確保清洗水源為純水，以避免對硅烷槽液的質(zhì)量造成影響。另外，可采用噴浸結(jié)合的方式來清洗結(jié)構(gòu)較為復雜的金屬基材，以確保工件整體潔凈度達標，同時還應確保硅烷槽槽液的質(zhì)量，避免出現(xiàn)雜質(zhì)。此外，水洗工藝中也可科學采用特殊的化學試劑，以提升金屬的防銹性能。

三、硅烷的改性技術(shù)

雖然硅烷膜具備較強的吸附力和耐蝕性，但因其膜層厚度較小，其內(nèi)部潛在著大量的孔隙，如果腐蝕介質(zhì)侵入則可能會誘發(fā)局部腐蝕情況，它的腐蝕性可能遠達不到磷化膜，而在該種情況下在后續(xù)進行的陰極脈沖電泳內(nèi)也會由于她不高的抵御擊穿性能，導致電泳膜可能存在縮孔情況。如果只是尋求減小電壓的方式緩解縮孔問題，則不利于保障其所具備的泳透力。此外，硅烷溶劑也難以長期的放置，一旦放置時間過長，很有可能會由于縮聚而無效，整體穩(wěn)定性較差，無法滿足大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。急需需求解決方法來改善該類問題。

（一）硅烷鋯鹽復合產(chǎn)品

目前，最為前沿的硅烷改性工藝則是在硅烷體系內(nèi)添加必要的氟鋯酸，在硅烷以及鋯鹽聯(lián)合影響下促使金屬表層生成納米復合膜。

鋯鹽組分沉積主要原理即于4.5的酸性環(huán)境下置入金屬予以溶解，溶解了的金屬會生成氫氧化物，致使溶液的pH增加，溶液中穩(wěn)定性較差的 H2ZrF6 與溶液中的OH-反應，生成Zr（ OH） 4并經(jīng)水解形成 ZrO2 顆粒，集聚于金屬表層，由此構(gòu)成嚴密的ZrO2 薄膜層。

如若金屬表面大量集聚ZrO2情況下，則硅烷偶聯(lián)劑經(jīng)由水解作用形成許多的SiOH基團，并發(fā)生以下兩種效益：第一，和金屬表層氧化層出現(xiàn)縮聚作用，生成共價鍵;其次，該基團會彼此出現(xiàn)縮聚情況，由此得到更為可靠的Si-O-Si三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。此之外，氧化鋯顆粒以及一些三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鍵合，繼而得到厚度較大的納米級硅烷鹽復合膜層以及其它成分。

復合膜中含有來自硅烷的Si-O-Me鍵以及漆膜反應所特有的官能團，能讓漆膜牢牢的吸附在金屬表層。另外，硅烷鋯鹽鍵合往往會得到厚度較高的復合膜，此外氧化鋯顆粒可以很好的處理硅烷三維網(wǎng)格潛在的孔隙情況，膜層厚進一步提升，由此對于金屬基層抗腐蝕性予以顯著提升。由上可知，該復合膜不單單兼具著有機硅烷膜屬性，此外也有著無機鋯鹽膜特質(zhì)，有助于膜層結(jié)合性以及抗腐蝕性的提升。以冷軋鋼板為例，分別對其進行純硅烷處理以及表面附加一層硅烷鋯鹽復合膜處理，結(jié)果顯示，冷軋鋼板的耐蝕性明顯優(yōu)于純硅烷膜，且能達到鋅系磷化膜的性能等級。

F-濃度以及溶液的pH是決定硅烷鋯鹽復合膜性能的主要因素。H2ZrF6 經(jīng)水解后產(chǎn)生F-，且隨著濃度的不斷增加，金屬表面極易被F-附著，從而對漆膜的附著力以及金屬的耐蝕性造成一定影響，為此，需嚴格控制F-的濃度。通常情況下的F-檢測方式主要為電極法檢測，通過對比標準曲線來確定溶液中的F含量，繼而推算出F-濃度。此外，溶液pH也應控制為弱酸性。

現(xiàn)階段，實際生產(chǎn)期間，大多選擇硅烷鋯鹽復合物來當做硅烷產(chǎn)品的首要選擇，并逐步取締了傳統(tǒng)的磷化工藝?；诖说玫降哪ず裰笜撕完帢O調(diào)重期間低于擊穿性能會有明顯的提升。另外，膜厚也可借助引入納米材料方式達到。然而膜膜層的質(zhì)量并不取決于納米顆粒的數(shù)量以及顆粒大小，假若顆粒過大或過小，雖然膜層有所加厚，但其松散性會有所提升，不利于保障膜層的耐蝕性。

另外，在硅烷溶液中適當添加緩蝕劑和穩(wěn)定劑，也有利于提升其耐蝕性和穩(wěn)定性，對硅烷改性膜的厚度進一步優(yōu)化。

（二）硅烷產(chǎn)品與高泳透力電泳漆配套使用

由于納米級硅烷膜的厚度普遍較薄，一般僅為100-500nm，在使用常規(guī)電泳涂料的情況下，會導致金屬零件內(nèi)墻的電泳涂層的覆蓋率較差，甚至會出現(xiàn)漆膜問題。為此，在應用過程中，應選用薄膜超高泳透力電泳漆，全面提升金屬基材的覆膜效果。

（三）穩(wěn)定劑的添加

硅烷縮合，表示硅烷成分于水解作用下導致諸多的SiOH基團，和整個溶液的穩(wěn)定情況有著密切聯(lián)系。為此，在金屬涂裝硅烷前應確保硅烷槽液處于穩(wěn)定狀況。針對該類問題的解決，可采用多種硅烷經(jīng)一定比例進行溶解，在完全水解產(chǎn)生大量SiOH的同時，也能促使其相互形成氫鍵以提升硅醇的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)嚴重的縮合現(xiàn)象。另外，特殊穩(wěn)定劑的引入，也可明顯的改善整個的溶液穩(wěn)定效果。經(jīng)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，利用上述方式所獲取的硅烷溶液恒溫烘箱（35℃）中放置較久（超過6個月），其溶液質(zhì)量并未發(fā)生變化。

四、結(jié)語

硅烷膜內(nèi)的共價鍵為推動有機土層和基材之間密切貼合的關(guān)鍵之一，同時也有助于提高金屬基材的耐蝕性，和以往的磷化工藝對比，硅烷前處理流程相對簡便，具備較高的節(jié)能性，屬于環(huán)保型工藝，為此，在工業(yè)中得到了較好的普及。對于硅烷原本就存在的屬性，為解決硅烷膜存在的缺陷，則需通過改性來進行改善，包括使用硅烷鋯鹽古河產(chǎn)品、搭配引入高泳透力電泳漆或是于溶液內(nèi)引入穩(wěn)定劑辦法切實提增整個的產(chǎn)品性能，更好的應用于涂裝行業(yè)。