预氧化处理对铁基表面硅烷化的影响

摘要

涂层涂装体系是目前应用最为广泛的金属防护手段,其中金属基体和有机涂层之间的预处理层起到了至关重要的作用。一方面，预处理层作为物理屏障起到了对金属材料的短期防护作用，另一方面，为后续涂层与金属基体提供了良好的结合性能。传统的预处理层主要为磷酸盐转化膜（磷化膜）和铬酸盐转化膜，但由于含磷废水对水体会造成富营养化，Cr6+毒性极大且有致癌风险，因此新型的绿色环保预处理方法被不断开发出来。其中，硅烷化技术异军突起，被认为最有望取代磷化和铬酸盐处理，并可能在近期实现大规模工业化应用。铝合金和镀锌钢基体表面硅烷膜作为预处理层已达到了可以媲美传统铬酸盐转化膜和磷酸盐转化膜的效果。但与上述基体相比，硅烷化在钢铁材料表面上的应用却未得到实质性的突破。钢铁表面相对难以硅烷化，主要表现为硅烷膜厚度薄，膜层表面不均匀、不致密，进而导致硅烷膜的短暂防护性能和后续涂装性能都无法满足实际需求。 针对铁基材料自然氧化物膜疏松多孔、羟基氧化物形成条件苛刻、碳钢表面组织分布不均等导致的碳钢表面硅烷化困难的问题，提出采纯铁作为研究基体，以消除合金化的影响，用预氧化（化学氧化与阳极氧化）工艺改变纯铁表面状态（元素组成和化学组分），并通过薄膜表征、电化学测试和模拟腐蚀实验等研究了通过预氧化工艺改变的纯铁基体表面状态（尤其是羟基氧化铁）及其对后续硅烷膜的成膜性质（膜层厚度、致密程度及分布状况）和防护性能的影响。结果显示，用常规氢氧化钠溶液碱洗可以在一定程度上增加纯铁基体表面的羟基进而增加硅烷膜厚度且提高防护性能。而相对于氢氧化钠碱洗预处理，纯铁基体经过酸性钼酸钠化学氧化后，基体表面主要生成含钼氧化物，但硅烷膜的防护性能并未得到改善；在硼酸/硼酸钠溶液中对基体进行阳极氧化处理后，纯铁基体表面羟基含量及硅烷膜的防护性能与之相当；而纯铁基体经过氢氧化钠阳极氧化或碱性钼酸钠溶液化学氧化后，纯铁基体表面羟基含量进一步增加，硅烷膜的防护性能也更好。

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