水基硅烷化處理劑的制備及應用研究.pdf

1、金屬材料經(jīng)硅烷化處理后可顯著增強其抗腐蝕性能及其與有機涂層的粘結(jié)力,硅烷化處理可有效替代環(huán)境污染嚴重的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理及磷化處理工藝。常規(guī)的硅烷化處理液大多含高濃度易揮發(fā)的甲醇或乙醇,從而導致該表面處理技術(shù)難以推廣應用。本文制備了一種水基硅烷化處理劑(水基硅醇溶液),并利用該處理劑實現(xiàn)了鋁及碳鋼的硅烷化處理,比較了處理前后鋁及碳鋼的耐腐蝕性能。
　　 1、水基硅烷化處理劑的制備與表征。充分利用非極性的硅烷單體不溶于水而水解產(chǎn)物極性

2、較強的特點,構(gòu)建了以硅烷/正庚烷混合物為油相、預先調(diào)節(jié)好pH值的去離子水為水相的復相水解體系,經(jīng)水解反應后,得到了水基硅烷化處理劑。研究了雙-[γ-(三乙氧基)硅丙基]-四硫化物(BTESPT)水解過程中與硅醇濃度相關(guān)的電導率變化趨勢和水解完成后處理劑的紅外(FT-IR)及質(zhì)譜(ESI-MS)特征。同時,采用正交實驗法研究了乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)的水解時間、水解溫度及pH值對硅烷化處理效果的影響。結(jié)果表明,BTESPT在復相體系

3、中水解3小時后,生成了大量帶2—3個羥基的BTESPT硅醇,水解時間增加,水相中的硅醇濃度基本不發(fā)生變化。VTES的最佳水解條件為:水解溫度為35℃左右,水相pH值為7,水解時間不超過10小時。經(jīng)此硅烷化試劑處理后的鋁試樣自腐蝕電流密度最小。
　　 2、水基硅烷化處理劑中鋁表面BTESPT硅烷膜的制備與表征。采用浸涂法或電化學輔助沉積技術(shù)在鋁表面制備得到了BTESPT硅烷膜,并通過掃描電子顯微鏡/X-射線能量衍射譜(SEM/ED

4、S)技術(shù)和電化學方法分析了膜層的微觀形貌及防腐蝕能力。結(jié)果表明,經(jīng)水基BTESPT處理劑處理后,金屬鋁表面覆蓋了一層平均厚度為188 nm左右的致密硅烷膜。電化學阻抗譜(EIS)及Tafel曲線測試結(jié)果表明,硅烷化處理后鋁基體的耐腐蝕能力增加了近兩個數(shù)量級。72小時鹽水浸泡實驗結(jié)果表明,BTESPT膜具有與鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜相當?shù)谋Ｗo效果。不同沉積電位下制備的BTESPT硅烷膜SEM和EIS分析結(jié)果表明,-1.0 VSCE條件下沉積的硅烷膜最

5、為均勻、致密,膜層的低頻區(qū)阻抗值｜ZLF｜達到60000Ω·cm-2,相比空白鋁試樣增加了近兩個數(shù)量級。-1.0 VSCE為水基硅烷化處理劑中電化學輔助沉積法制備硅烷膜的臨界電位。
　　 3、碳鋼表面硅烷化處理替代磷化工藝的研究。應用正交實驗優(yōu)化了常規(guī)磷化液配方,并在碳鋼表面制備了高耐蝕性鋅錳系磷化膜。磷化處理15分鐘后的碳鋼試片的EIS和Tafel曲線表明,磷化膜覆蓋后碳鋼的耐腐蝕性能顯著提高,腐蝕電流密度下降至未磷化前的1/

6、30左右。為替代能耗高的磷化工藝,采用浸涂法在碳鋼表面制備了BTESPT、VTES及γ-環(huán)氧基硅丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)膜層,并利用EIS和Tafel曲線外推法分析了膜層的防腐蝕性能。結(jié)果表明,孔隙率為0.95％的VTES硅烷膜保護效率為近90％左右；WB-GPTMS硅烷膜的孔隙率為7.52％,保護效率為87.21％。BTESPT最為均勻致密,其孔隙率小于1％,保護效率超過95％。表面和截面的SEM分析結(jié)果表明,其膜層厚度為260