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[分享] 电泳预处理新工艺——硅烷处理

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发表于 2016-5-6 06:59:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
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电泳预处理新工艺——硅烷处理

电泳预处理新工艺——硅烷处理

        硅烷预处理技术已在世界各地得到了广泛应用,但在国内汽车行业中尚处于起步阶段。该技术具有环保、不含有害重金属、无渣以及能源消耗低等优点。
        传统的金属表面预处理工艺中,应用最广泛的是磷酸盐转化膜(磷化)技术和铬酸盐钝化技术。然而,随着环境问题的日益突出,世界各国的科学家们正在寻找和开发对环境无害的新表面预处理技术。其中,硅烷是一种既环保,实用效果又好的金属表面处理技术,它具有环保、节能、操作简便及成本低等磷化技术无可比拟的优点。
        目前,硅烷技术在普通工业中已开始逐步取代铁系和锌系磷化,在汽车工业中的应用也正在开发试验过程中。硅烷技术是采用硅烷偶联剂超薄有机涂层替代传统的结晶型磷化保护层,在金属表面吸附了一层超薄的类似磷化晶体的三维网状结构的有机涂层,同时在界面形成的Si-O-Me共价键(其中Me为金属元素),分子间力很强,将与金属表面和随后的油漆涂层形成良好的附着力。硅烷技术的成功应用将给预处理技术带来革命性的变革。
        硅烷预处理机理
        首先,水解反应生成硅醇,硅醇羟基在无机物(金属)表面形成氢键,进一步通过脱水反应形成-Si-O-Me共价键,从而在金属等无机表面成膜,同时,硅烷水解产物硅醇分子间又可相互缩合、齐聚,形成网状结构的膜覆盖在金属基材表面。形成机理如图1所示,技术模型如图2所示。
       

电泳预处理新工艺——硅烷处理

电泳预处理新工艺——硅烷处理

        硅烷预处理的优点
        1. 优异的环保工艺  无有害物、无需换槽及对环境友善;
        2. 工艺简单化  双组分,液体补槽与处理金属基材无关;
        3. 排放物和淤渣  无渣和无有害重金属;
        4.适用所有程序  浸渍、喷淋及辊涂等;
        5.多金属处理工艺  冷轧板、热镀锌板、电镀锌板、涂层板和铝可混线处理;
       

电泳预处理新工艺——硅烷处理

电泳预处理新工艺——硅烷处理

        6.质量  可替代传统的磷化涂层,质量相当,已通过所有测试标准,并很稳定;
        7.系统长度缩减  无需活化和钝化(表调和钝化步骤可省略),可缩短处理时间30~120s;
        8.在线监控系统  操作简便、易于控制;     
        9.节约能源  室温操作(无需加热系统);
        10.具有简便的硅烷使用工艺  原有磷化工艺可直接改造成硅烷处理工艺,只需将表调槽换成水洗槽或空置即可。
       

电泳预处理新工艺——硅烷处理

电泳预处理新工艺——硅烷处理

        工艺流程及试验介绍
        1.磷化预处理和电泳配套工艺与硅烷预处理和电泳配套工艺对比如图3所示。
        由图3可以看出,原有磷化工艺可直接改造成硅烷处理工艺,只需将表调槽换成水洗槽,钝化和去离子水洗槽空置即可。硅烷综合使用成本低于传统磷化工艺。由于硅烷是无渣工艺,所以渣处理成本为零,废水处理过程简化了,从而减少了废水处理成本。
        2.磷化膜和硅烷膜微观形貌对比如图4所示。
        3.性能对比
       

电泳预处理新工艺——硅烷处理

电泳预处理新工艺——硅烷处理

        下面对冷轧板(CRS)、电镀锌板 (EG)、热镀锌板(HDG)和铝板 (Al)进行循环测试、耐石击性试验和盐雾试验(见图5、图6和图7)。
        将硅烷电泳漆膜和磷化电泳漆膜处理过的样品进行性能对比,结果见表所示。
        从表可以看出,硅烷技术可以代替传统磷化,硅烷电泳膜在冲击、杯突及附着力等方面均能满足当前的工艺要求,其中杯突方面的性能,硅烷电泳膜要好于磷化电泳膜。
        4.试验总结
        (1)经过硅烷处理过的试板未烘烤前呈浅黄色,未经过烘烤的硅烷膜附着力很差,用手触摸便会破坏硅烷涂层而露出底材。如果经过烤箱160℃烘烤20min,试板表面的硅烷会变成金黄色,并且随着烘烤时间的延长,颜色也会逐渐加深。
        (2)在电泳过程中同样电压和温度的情况下,尽管硅烷的膜厚仅为1umm,小于磷化膜2~3umm,但是此时的硅烷电泳漆膜却为26umm,高于磷化电泳漆膜的22umm。因此在实际生产过程中如果以硅烷作为前处理材料,可适当降低电泳电压,从而可以节约能源。
       

电泳预处理新工艺——硅烷处理

电泳预处理新工艺——硅烷处理

        近期研究热点
        1.可“自修复”的硅烷膜
        众所周知,铬钝化处理过的金属表面有“自修复”功能。当金属表面被偶然划伤时,铬离子会游离至“伤口”,继而同金属反应,在原位重新生成富铬的钝化膜。以往的研究发现,虽然完整的硅烷膜可具有同铬钝化膜相当的抗锈行为,可一旦受到机械损伤,硅脘膜就会失去其抗锈性。为了弥补这一不足,新近尝试了在硅烷膜中加入微量铯化合物(如CeNO3)。在初步试验中,含有微量铯化合物的硅烷膜表现出了与铬钝化膜相似的“自修复”功能。
        2.硅烷膜的着色
        金属表面上的铬钝化膜具有其特有的黄色,这无疑给在线生产的质量控制带来了便利。人们可以通过颜色来检验铬钝化膜是否形成于金属表面,而通常的硅烷膜为无色透明。为了实现硅烷表面处理技术的在线质量控制,新近在硅烷溶液中尝试添加了多种着色剂。试验结果表明,某些着色剂既可以成功地使硅烷膜着色,同时又不影响硅烷膜的其他性能。
        结语
        随着硅烷技术的不断发展,硅烷产品已经逐步得到国内外轿车生产线的认可,第一条硅烷前处理轿车生产线于2008年底在法国雷诺启动投产。硅烷技术由于良好的性能,将代替传统磷化技术,给国内前处理业带来发展的新高潮。
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