硅烷处理剂的硅烷处理与磷化的比较

硅烷处理与磷化及铬钝化比较在工位数量、处理条件、使用成本以及与漆膜附着力性能方面优势明显。并且在环保方面更适应国家对于各家电涂装生产企业的要求，真正达到节能减排的目的。 硅烷化处理对传统磷化处理在操作工艺上有所改进，在工艺过程方面现有磷化处理线无需改造即可投入硅烷化生产。表1对传统磷化工艺和硅烷化处理进行比较。

表1 磷化与硅烷化工位布置比较 传统磷化 硅烷化①预脱脂 ★ ★ ②脱脂 ★ ★ ③水洗 ★ ★ ④水洗 ★ ★ ⑤表调 ★ ☆ ⑥表面成膜 ★ ★ ⑦水洗 ★ ☆ ⑧水洗 ★ ☆ 注：★ 需要 ☆ 不需要

由表1可见，硅烷化处理与磷化处理相比较可省去表调及磷化后两道水洗工序。因硅烷化处理时间短，因此在原有磷化生产线上无需设备改造，只需调整部分槽位功能即可进行硅烷化处理：（1）对于悬链输送方式改造，可将①预脱脂、②脱脂、④水洗、保留；③水洗改为脱脂槽；⑤表调、⑥磷化改为水洗槽；⑦水洗改为硅烷化处理；⑧备用。在改换槽位功能的同时提高链速进行生产，以加快前处理生产节拍，提高生产率。改造后工位设置见图2所示。

1.预脱脂 2.脱脂 3.脱脂 4.水洗 5.水洗 6.水洗 7.硅烷化 8备用

处理条件方面比较

传统磷化处理因沉渣、含磷及磷化后废水等环保问题，一直是各涂装生产企业为之困扰的问题。随着国家对环保及节能减排的重视程度不断提高，在未来时间里，涂装行业的环保及能耗问题会越来突出。硅烷技术的推出，对于整个涂装行业的前处理环保及节能降耗问题，进行了革命性的改善。表2将传统磷化与硅烷化处理的使用条件进行比较。

表2 磷化与硅烷化处理条件比较 传统磷化 硅烷化 使用温度 35-40℃ 常温 处理过程是否产生沉渣 有 无 倒槽周期 3 -6个月 6-12个月 是否需要表调 有 无 处理后水洗 有 无 由表2可见，在使用温度方面，由于硅烷成膜过程为常温化学反应，因此在日常使用中槽液无需加热即可达到理想处理效果。此方面与磷化处理比较，为应用企业节省了大量能源并减少燃料废气排放；另一方面硅烷化反应中无沉淀反应，所以在日常处理中不产生沉渣，消除了前处理工序中的固体废物处理问题并有效地延长了槽液的倒槽周期；此外，硅烷化处理对前处理工位设置进行了优化，省去传统表调及磷化后水洗工序。通过此项优化，大大减轻了涂装企业的污水处理的压力 因成膜原理的差异，硅烷化处理与磷化相比在使用温度上就已有较大幅度的降低，省去表调工序。并且在其他涉及生产成本方面，硅烷化相比较磷化也有着明显的优势。表3在使用成本方面将硅烷化与磷化相比较。

表3 磷化与硅烷化使用成本比较 传统磷化 硅烷化 配槽用量 60-70kg/吨 30-50kg/吨 每公斤浓缩液处理面积 30-40m 200-300m 处理时间 4-5min 0.5-2min 是否需要除渣槽 是 否 使用硅烷化工艺能省去磷化加温设备、除渣槽、板框压滤机及磷化污水处理等设备，节省设备初期投入。在配槽用量方面硅烷化较磷化也减少20%-50%，更关键的是在每平方单耗方面硅烷化的消耗量为传统磷化的15%-20%。在减少单位面积消耗量的同时，在处理时间上硅烷化较磷化也有较大幅度的缩短，从而提高生产率，减少设备持续运作成本。 因为各种磷化及硅烷化的成膜机理大有不同，因此金属表面的膜层状态及形貌也各不相同。从微观形貌方面，通过电子扫描电镜（SEM）图3观察可发现在金属表面生成的膜层的区别。

金属裸板 铁系磷化

锌系磷化 硅烷化

由以上电镜照片可明显看出，各种处理之间膜层形貌存在较大差异。其中锌系磷化槽液主体成份是：Zn2+、H2PO3-、NO3-、H3PO4、促进剂等。形成的磷化膜层主体组成（钢铁件）成分为Zn3(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈树枝状、针状、孔隙较多。相比较锌系磷化而言，传统铁系磷化槽液主体组成：Fe2+、H2PO4-、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主体组成（钢铁工件）：Fe5H2(PO4)4·4H2O,磷化膜厚度大，磷化温度高，处理时间长，膜孔隙较多，磷化晶粒呈颗粒状。硅烷化处理为有机硅烷与金属反应形成共价键反应原理，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，金属表面已形成一层均匀膜层，该膜层较锌系磷化膜薄，较铁系磷化膜均匀性有很大提高此膜层即为硅烷膜。 冷轧板是目前家电企业用途最为广泛的金属材料，但冷轧板没有镀锌板那样的镀锌层、热轧板的氧化皮及铝板的氧化膜保护，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采用500小时盐水（5%浓度）浸泡试验，检验各种经过不同前处理工艺静电粉末喷涂后（漆膜平均厚度为50±2μm）的耐盐水性能。由试验结果可看出，在盐水浸泡500小时后各种处理的试片都无变化。由此可知，各种处理方式对于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500小时盐水（5%浓度）浸泡试验后的试片进行附着力比较实验，具体实施为图4所示。

铁系磷化 锌系磷化 硅烷化

通过附着力比较试验结果后可以明显看到，铁系磷化可剥离宽度较锌系磷化与硅烷化差别明显。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。因此可明显看出锌系磷化和硅烷化处理与漆膜附着力相当，同时两者附着力明显优于铁系磷化。采用硅烷化处理效果与锌系磷化效果在耐盐水及附着力方面相当。 镀锌板目前因其本身具有较高耐腐蚀性能已被广大高质量家电企业所采用。为检验硅烷化处理对于镀锌板的耐腐蚀性能以及附着力表现，设计试验对镀锌试片采用各种前处理工艺，并对其喷涂相同厚度的粉末涂料进行涂装，通过500小时盐雾试验对其进行附着力比较。

根据GB/T10125人造气氛腐蚀试验--盐雾试验对试验镀锌试片进行500小时中性盐雾试验。试片漆膜平均厚度为70±2μm。对镀锌板进行附着力比较试验，同样用划刀延划叉部位向边缘部位剥离，考察其可剥离宽度。图5所示为此项试验结果。

普通锌系磷化 镀锌专用磷化 硅烷化

通过试验结果可以看出，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。由此可得出结论，在镀锌板上运用硅烷化处理工艺后，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。 铝及铝合金材料本身具有重量轻、高强度等优点，目前已被家电零部件配套厂商所使用，传统的铝材表面处理主要为阳极氧化和铬钝化两种。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，大大低于阳极氧化成本，因此可看做为铝件涂装前处理的理想替代产品。

根据GB/T1720漆膜附着力测定法，对铝板进行不同处理并涂覆聚酯粉末涂料（厚度50±2μm），温水（40±2℃）浸泡1200小时后，对其进行划圈试验。.通过试验结果可以看出，未处理板为7级；铬钝化板为4级；硅烷处理板为1级。硅烷处理附着力最佳。

铝合金压铸类产品主要用于电子、汽车、电机、家电和一些通讯行业等，一些高性能、高精度、高韧性的优质铝合金产品也被用于大型飞机、船舶等要求比较高的行业中。主要的用途还是在一些器械的零件上。压铸的发展史众说纷纭，根据有关文章的记载，最初出现的是压铸铅。在1822年，威廉姆·乔奇（Willam Church）就制造了一台日产1.2~2万的铅字的铸造机。而在二十几年后， 斯图吉斯（J.J.Sturgiss）设计并造成了第一台手动活塞式 热室压铸机，并在美国获得了专利。1885年，默根瑟勒研究了以前的专利，发明了印字 压铸机。到19世纪60年代用于 锌合金压铸零件生产。 压铸广泛的用于工业生产还只是上世纪初。1905年多勒（H．H．Doehler）研制成功用于工业生产的压铸机、压铸锌、锡、 铜合金 铸件。随后 瓦格纳（Wagner）设计了鹅颈式气压压铸机，用于生产铝合金 压铸件。

1、铝材磷化，通过采用SEM, XRD、电位一时间曲线、膜重变化等方法详细研究了促进剂、 氟化物、Mn2+、 Ni2+、 Zn2+、PO4和Fe2+等对铝材 磷化过程的影响。研究表明： 硝酸胍具有水溶性好、用量低、快速成膜的特点，是铝材磷化的有效促进剂。氟化物可促进成膜，增加膜重，细化 晶粒；Mn2+、Ni2+能明显细化晶粒，使 磷化膜均匀、致密并可以改善磷化膜外观；Zn2+浓度较低时，不能成膜或成膜差，随着Zn2+浓度增加，膜重增加；PO4含量对磷化膜重影响较大，提高PO4。含量使磷化膜重增加。

2、铝的碱性电解抛光工艺，进行了碱性抛光溶液体系的研究，比较了缓蚀剂、粘度剂等对抛光效果的影响，成功获得了抛光效果很好的碱性溶液体系，并首次得到了能降低操作温度、延长溶液使用寿命、同时还能改善抛光效果的添加剂。实验结果表明:在 NaOH溶液中加入适当添加剂能产生好的抛光效果。 探索性实验还发现:用葡萄糖的NaOH溶液在某些条件下进行直流恒压 电解抛光后，铝材表面 反射率可以达到90%，但由于实验还存在不稳定因素，有待进一步研究。探索了采用直流脉冲电解抛光法在碱性条件下抛光铝材的可行性，结果表明：采用脉冲电解抛光法可以达到直流恒压电解抛光的整平效果，但其整平速度较慢。

3、铝及铝合金环保型化学抛光，确定开发以磷酸一硫酸为基液的环保型化学抛光新技术，该技术要实现NOx的零排放且克服以往类似技术存在的质量缺陷。新技术的关键是在基液中添加一些具有特殊作用的化合物来替代硝酸。为此首先需要对铝的三酸化学抛光过程进行分析，尤其要重点研究硝酸的作用。硝酸在铝化学抛光中的主要作用是抑制点腐蚀，提高抛光亮度。结合在单纯磷酸一硫酸中的化学抛光试验，认为在磷酸一硫酸中添加的特殊物质应能够抑制 点腐蚀、减缓 全面腐蚀，同时必须具有较好的整平和光亮效果

4、铝及其合金的电化学表面强化处理，铝及其合金在中性体系中 阳极氧化沉积形成类陶瓷 非晶态复合转 化膜的工艺、性能、形貌、成分和结构，初步探讨了膜层的成膜过程和机理。工艺研究结果表明，在Na_2WO_4 中性混合体系中，控制成膜促进剂浓度为2.5～3.0g/l， 络合成膜剂浓度为1.5～3.0g/l，Na_2WO_4浓度为0.5～0.8g/l，峰值 电流密度为6～12A/dm~2，弱搅拌，可以获得完整均匀、光泽性好的灰色系列无机非金属膜层。该膜层厚度为 5～10μm， 显微硬度为300～540HV，耐蚀性优异。该中性体系对铝合金有较好的适应性， 防锈铝、锻铝等多种系列铝合金上都能较好地成膜。

磷化膜经过磨—抛光后，在扫描电镜下，磷化膜脱落了，是因为打磨抛光后磷化膜与基材的结合力下降，所以造成部分脱落，甚至全部脱落。

磷化膜：金属（主要指钢铁）经含有锌(Zn)、锰(Mn)、铬(Cr)、铁(Fe)等磷酸盐的溶液处理后，在基底金属表面形成一种不溶性磷酸盐膜，此种过程称为磷化。磷化使金属表面形成一层附着良好的保护膜，以磷酸锌为例，在氧化剂的存在下，所生成的磷化膜为Zn3(PO4)2·4H20和Zn2Fe(PO4)2·4H20的结晶体。该磷化膜闪烁有光、灰色多孔(空隙率为表面积的0.5%~1.5%膜厚通)，常为0.1—50μm。

原理：

金属表面在除油、除锈后，为了防止重新生锈，通常要进行化学处理，使金属表面生成一层保护膜，该膜通常只有几微米，主要起增强涂层和底材附着力的作用，较厚的膜层还能增强防锈性能。

磷化的作用

磷酸盐转化膜应用于铁、铝、锌、镉及其合金上，既可当作最终精饰层，也可作为其他覆盖层的中间层，其作用主要有以下方面。

提高耐蚀性

磷化膜虽然薄，但由于它是一层非金属的不导电隔离层，能使金属工件表面的优良导体转变为不良导体，抑制金属工件表面微电他的形成，进而有效阻止涂膜的腐蚀。

提高基体与涂层间或其他有机精饰层间的附着力

磷化膜与金属工件是一个结合紧密的整体结构。其间没有明显界限。磷化膜具有的多孔性，使封闭剂、涂料等可以渗透到这些孔隙之中，与磷化膜紧密结合，从而使附着力提高。

提供清洁表面

磷化膜只有在无油污和无锈层的金属工件表面才能生长，因此，经过磷化处理的金属工件，可以提供清洁、均匀、无油脂和无锈蚀的表面。

改善材料的冷加工性能，如拉丝、拉管、挤压等。

改进表面摩擦性能，以促进其滑动。

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