金属表面硅烷化处理工作液的水解工艺与稳定性研究

摘要

金属表面硅烷化处理技术与磷化等其它的表面处理技术比较,具有节能、环保、低成本、高效益等优势,是金属表面涂装前处理行业新兴工艺的发展方向之一。
　　本文以双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(BAS)和乙烯基三乙酰氧基硅烷(VTAS)混合水解体系为研究对象,优化混合硅烷的水解工艺条件并探讨不同因素对硅烷工作液稳定性的影响机制,研究过程中采用分光光度计法测定BAS的水解度,红外光谱法表征工作液中成膜的关键组分Si-OH的含量,CuSO4点蚀和动态极化曲线法测定所制备硅烷膜的耐腐蚀性能,扫描电镜法对硅烷膜形貌进行表征。
　　本文采用直接配制、溶液稀释和溶液混配三种水解工艺制备硅烷工作液,并对所制备硅烷膜的耐腐蚀性能进行研究。研究表明:溶液浓度是硅烷水解度和工作液性能的关键因素,直接配制的溶液活性(BAS的水解度和Si-OH含量)和硅烷膜的耐腐蚀性能比溶液稀释和溶液混配的好,而溶液稀释和溶液混配的则没有明显区别。因此,直接配制是混合硅烷的最佳水解工艺。
　　在硅烷工作液的稳定性研究中,本文主要研究杂质离子对其稳定性的影响。结果表明:(1)过量杂质离子会使硅烷溶液凝胶,杂质对溶液凝胶的影响能力:NaOH>NaNO2>CaCl2>MeCl2>NaCl>FeCl3,其中,NaOH、NaNO2和FeCl3改变溶液的pH而导致溶液凝胶,NaCl的聚沉值为0.102mol/L,CaCl2、MeCl2的聚沉值为0.068mol/L;(2)阳离子对硅烷膜耐腐蚀性能有明显影响,而阴离子对其的影响不明显,阳离子的影响顺序是:Fe3+>Mg2+/Ca2+> Na+,对于同种阳离子,随着离子浓度的增加,硅烷膜的耐腐蚀时间下降;(3)在循环实验中,Fe3+在工作液中的累积是导致工作液失效的主要因素,使所制备的硅烷膜的耐腐蚀性能突然下降。这是由于2％硅烷溶液中硅烷的粒径分布范围是68.06-615.10nm,属于非均相胶体分散系统,杂质离子对溶液的影响是静电作用,也就是说其对溶液的聚合仅起促进作用,而不参与反应。因此,杂质离子电荷越高,浓度越大,对溶液稳定性的不良影响就越大。