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硅烷偶联剂在涂装前处理中的应用

工件在涂装前需进行除油、除锈、化学成膜、钝化等前处理,以提高工件耐蚀性和涂装质量。化学成膜以发黑和磷化为主,分别在基材表面生成一层金属氧化物和磷酸盐膜,这两种成膜物对基材起短时间防护作用,并能提高基材对涂层的附着力。由于化学转化膜大多为无机盐膜,膜层较薄、致密性差,长时间工序间存放需进行封闭处理。在传统的皂化封闭工艺中发现,附着在工件上的皂液不易清洗干净,严重影响了涂层附着力。采用硅烷偶联剂代替皂化对发黑工件进行钝化处理,使工件的耐蚀性有了大幅提高,涂层附着力达到0级,较好解决了这一难题。

1 硅烷偶联剂的偶联机理[1]硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的化合物,其分子中同时具有能和无机物质材料化学结合的反应基团以及与有机物质材料结合的基团,可用通式YR(CH2)nSiX3表示。Y为有机官能团,与有机物质反应而结合;X为烷氧基,水解后生成硅醇RSi

通过使用硅烷偶联剂,在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”,把两种性质悬殊的材料连接在一起,从而增加附着力和改善材料性能。当发黑后的工件浸入硅烷偶联剂的封闭液时,工件表面吸附的硅烷偶联剂进入发黑膜的骨架内空隙处发生水解反应生成硅醇基,与发黑膜上羟基结合生成—SiO—M(M为无机表面),同时一部分有机官能团又于空隙处与涂层有机物结合;硅烷偶联剂各分子之间的硅醇基相互缩合,齐聚形成网状结构的膜覆盖于发黑膜表面,这种具有疏水性的紧密结构提高了工件的耐蚀性。

2 封闭工艺研究

2.1 工件的氧化成膜

2.1.1 成膜机理钢铁的氧化处理又称高温发黑,氧化后在工件表面生成一薄层氧化膜。

2.1.2 成膜工艺有机溶剂除油化学除油热水洗流动冷水洗酸洗流动冷水洗化学氧化回收槽浸洗流动冷水洗封闭处理

2.1.3 膜的性质钢上氧化膜是由亚铁 高铁氧化物组成,其中部分地成为水合物。氧化膜的厚度一般为0.6~0.8μm,呈现黑色或蓝黑色,通常的合金钢和低碳钢氧化膜夹有红色的氧化铁挂灰。由于氧化膜十分薄,在大气中存放时间短,因此必须进行封闭处理。

2.2 封闭工艺选择

2.2.1 皂化工件成膜后,在浓度为5%、温度为80~90℃的肥皂液中浸泡3~5min后,用热水清洗,然后进行浸油处理。肥皂液由于水质硬,带有腐蚀性,易使氧化膜出现白斑,同时因清洗不干净而造成涂层附着力降低。

2.2.2 铬酐钝化将成膜后的工件在温度为60~70℃、含2%~5%铬酐的溶液中钝化0.5~1min,用热水清洗后进行浸油。铬酐系有毒致癌物,铬酐废液的排放易造成环境污染。

3 结 论  采用硅烷偶联剂对氧化后的工件进行封闭处理,解决了因皂化和铬酐钝化而造成的涂层附着力差和环境污染等问题,能显著提高工件的抗蚀性。施工工艺简单,可操作性强,节约能源,环保性好,适合表面处理行业工程化应用。

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