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硅烷处理与磷化处理的比较

时间:2017-12-11

硅烷处理在工位数量、处理条件、使用成本以及与漆膜附着力性能方面优势明显,并且在环保方面更符合国家对涂装生产企业的要求。

 1 微观形貌

    因为各种磷化及硅烷的成膜机理大有不同,所以金属表面的膜层状态及形貌也各不相同。图1为不同处理工艺所得金属表面的扫描电镜照片。

1 硅烷化与磷化处理微观形貌比较    

    由图1可明显看出,各种处理所得膜层的形貌存在较大差异。锌系磷化液的主体成分是Zn2+、H2PO4——、NO3—、H3PO4、促进剂等,在钢铁件上所形成的磷化膜主要由Zn3PO42·4H2O和Zn2Fe(PO4)2·4H2O组成,磷化晶粒呈树枝状、针状,孔隙较多。传统铁系磷化液的主体组成为Fe2+、H2PO4——、H3PO4以及其他添加物,钢铁件上的磷化膜主体组成为Fe5H2PO44·4H2O,磷化膜厚度大、孔隙较多,晶粒呈颗粒状,磷化温度高,处理时间长。硅烷化处理为有机硅烷与金属反应形成共价键,硅烷本身状态不发生改变,因此在成膜后,金属表面无明显膜层物质生成。通过电镜放大观察,金属表面形成了一层均匀的硅烷膜,该膜层较锌系磷化膜薄,其均匀性较铁系磷化膜有很大地提高。

 2 盐水浸泡试验

    冷轧板是目前汽车零部件企业用得最多的金属材料,但冷轧板没有类似于镀锌板的镀锌层、热轧板的氧化皮或铝板的氧化膜保护,因此冷轧板的耐腐蚀性能依赖于涂装的保护。对已涂覆冷轧板试片进行500h盐水(w=5%)浸泡试验,检验其耐盐水性能,膜层平均厚度控制在(50±2)μm。试验结果表明,在盐水浸泡500h后,各种处理的试片都无变化。由此可知,各种处理方式对工件的耐盐水腐蚀性能无明显差别。为检验各种处理工艺的附着力表现,对经过500h盐水(w=5%)浸泡试验后的试片进行附着力比较实验,结果如图5所示。

2 500h盐水浸泡后膜层附着力比较

    从图2可以看出,铁系磷化为大面积可剥离,而锌系磷化与硅烷化处理板其可剥离宽度基本为零,故锌系磷化和硅烷化处理所得膜层与漆膜的附着力相当,均明显优于铁系磷化。

3 盐雾试验

    镀锌板因其本身具有较高的耐腐蚀性能,目前已被广大高质量汽车零部件企业所采用。为检验硅烷化处理在镀锌板耐腐蚀性能以及附着力上的表现,根据GB/T10125–1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》对镀锌片进行500h中性盐雾试验,试片膜层平均厚度为(70±2)μm。试验后对镀锌板进行附着力比较,同样用划刀沿划叉部位向边缘部位剥离,考察其可剥离宽度。试验结果如图3所示。

3 500h盐雾试验后附着力比较    

    从图3可以看出,普通锌系磷化可剥离宽度最大,镀锌专用磷化可剥离宽度较普通锌系磷化小,硅烷化可剥离宽度几乎为零,附着力表现最佳。因此,硅烷化处理可显著提高镀锌板与漆膜间的附着力,提高镀锌涂装产品的质量。

4 温水浸泡

    铝及铝合金材料本身具有重量轻、高强度等优点。传统的铝材表面处理主要为阳极氧化和铬钝化2种。但阳极氧化处理存在使用成本高、设备投入大等缺点,而铬钝化本身存在对环境的巨大危害性。硅烷处理本身为环保型处理产品,对环境友好,同时使用成本与铬钝化相当,大大低于阳极氧化的成本,因此可作为铝件涂装前处理的理想替代产品。

    根据GB/T1720–1979《漆膜附着力测定法》对铝板进行不同处理并涂覆聚酯粉末涂,平均厚度控制在(50±2)μm,在(40±2)°C的温水中浸泡1200h后,对其进行划圈试验,结果如图4所示。

4 1200h温水浸泡试验后附着力比较

    按照GB/T1720–1979《漆膜附着力测定法》对试验结果进行评级,未处理板为7级,铬钝化板为4级,硅烷处理板为1级,硅烷处理后的漆膜附着力最佳。

5 结论

    (1)腐蚀试验结果显示,经硅烷处理的金属表面具有优异的防腐性能,并且对常用有机涂层有良好的附着力,其效果与铬钝化工艺相当,可应用于钢铁、有色金属的喷漆、粉末涂装、电泳涂装的前处理中。

    (2)相关机理研究表明,硅烷及金属的界面区域形成的“界面层”是金属表面获得良好保护的重要基础。界面层与金属表面紧密结合,有效阻止了早期腐蚀产物的扩散,因此从宏观上大大降低了金属的锈蚀程度。另外,抗水性是硅烷膜成功防护金属的又一关键因素。

    (3)金属表面硅烷处理技术具有节能(常温处理)、环保无污染(无重金属离子等毒害物质)等特点,可以广泛应用在金属制品涂装前处理及防锈领域中。

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