一、目的及意義

隨著汽車、飛機(jī)、船舶、家電等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)金屬零件表面耐腐蝕、耐高溫、磨損、抗氧化、抗疲勞、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣、裝飾等特殊性能的要求更加廣泛，促使金屬表面處理技術(shù)迅速發(fā)展起來。

國(guó)內(nèi)用于金屬表面處理的主要方法是磷化法，由于磷化法高能耗、高污染、高成本，逐步被硅烷表面處理技術(shù)取代，硅烷處理技術(shù)正在不斷地被研發(fā)、成熟完善和應(yīng)用。硅烷處理與傳統(tǒng)的磷化法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：無有害重金屬離子，不含磷，無需加溫且硅烷處理過程不產(chǎn)生沉渣，處理時(shí)間短，控制簡(jiǎn)便;可省去表調(diào)工序，槽液可重復(fù)使用;有效地提高了涂料對(duì)基材的附著力;可共線處理鐵板、鍍鋅板、鋁板等多種基材。因此，新型的環(huán)保、節(jié)能、低排放、低使用成本的硅烷金屬表面處理技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。

硅烷偶聯(lián)劑是一類具有有機(jī)官能團(tuán)的含硅化合物。其分子式可用通式Y(jié)(CH2)nSiX3表示，此處n=0-3;X通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧乙氧基、乙酰氧基等，這些基團(tuán)水解時(shí)即生成硅羥基，而與無機(jī)物質(zhì)結(jié)合，形成硅氧烷。Y是乙烯基、氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧基、巰基或脲基，這些有機(jī)官能團(tuán)可與有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)。當(dāng)硅官能團(tuán)水解時(shí)，則Si-X轉(zhuǎn)化成Si-OH，并副生HX。Si-OH既可與其它分子中的Si-OH或被處理基材表面的Si-OH發(fā)生縮合脫水反應(yīng)形成Si-O-Si鍵結(jié)合，甚至還可與某些氧化物(如氧化鋁、氧化鐵、氧化錫、氧化鋯、氧化鈦、氧化鎳等)反應(yīng)，生成穩(wěn)定的Si-O鍵合，從而使硅烷得以和無機(jī)物或金屬連接。利用硅烷的這一特性，可將其應(yīng)用于金屬防銹及防氧化，Mg、Al、Cr、Fe、Zn等金屬經(jīng)硅烷處理后，可大大提高其抗腐蝕性能。

硅烷處理技術(shù)正是利用了硅烷偶聯(lián)劑的特殊性能。在金屬表面的成膜過程為：(1)硅烷偶聯(lián)劑經(jīng)水解后，形成具有疏水和親水結(jié)構(gòu)的硅醇;(2)通過分子間脫水縮合形成有序的低聚物;(3)低聚物與金屬表面上的羥基形成氫鍵;(4)由于分子內(nèi)脫水，部分形成共價(jià)鍵后，緊密排列在金屬表面，形成一層致密的硅烷膜。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

硅烷處理技術(shù)可以有效地用于鐵、鋁、銅、鋅、鎂及合金的防護(hù)。

朱丹青等對(duì)金屬表面硅烷處理工藝技術(shù)及處理后的功能特性進(jìn)行了研究。分別進(jìn)行了中性鹽霧、銅加速醋酸鹽霧、電偶腐蝕、大氣暴露和海水浸泡試驗(yàn)。結(jié)果表明，金屬表面硅烷處理工藝技術(shù)可以取代涂裝前磷化及鉻化處理，且技術(shù)具有常溫處理、無毒性、無污染的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于涂裝前處理與防腐領(lǐng)域。

張微等采用KH-550硅烷溶液對(duì)AZ31鎂合金試片進(jìn)行硅烷化處理，通過浸泡和電化學(xué)測(cè)試技術(shù)評(píng)定出8%的硅烷溶液中浸涂50s表干后在100℃陳化0.5h所形成的硅烷膜層與鎂合金基體之間的界面結(jié)合較好，并很好地抑制了鎂合金的腐蝕，提高了其耐腐蝕性能。

哈爾濱化工研究所選取了一種新型的金屬表面防護(hù)硅烷化處理試劑——乙烯基三氯硅烷,并使其在水和醇混合溶劑中水解,水解過程穩(wěn)定性好,且能保證硅羥基的含量。通過耐水性測(cè)試、鹽水浸泡測(cè)試、耐酸堿性測(cè)試、3%CuSO4溶液點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該新型的金屬表面防護(hù)硅烷化處理試劑耐水性、耐鹽水性、耐酸堿性、耐CuSO4溶液點(diǎn)蝕性性能良好,同時(shí)具有環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)硅烷處理的金屬表面的耐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)的磷化技術(shù)。

VanOoij等對(duì)熱鍍鋅鋼及鋁合金表面硅烷膜層進(jìn)行了一系列研究，最初研究了單一硅烷對(duì)鋁合金及熱鍍鋅鋼防護(hù)性能的影響;隨后采用了納米添加劑及稀土改性技術(shù)研究硅烷薄膜層對(duì)其機(jī)械性能及耐腐蝕性的影響，最后提出適用性更廣的混合硅烷處理法。

M.L.Zheludkevich采用電化學(xué)阻抗測(cè)試(EIS)研究了鋁合金膜層的耐蝕性及自愈性，發(fā)現(xiàn)在膜層具有自愈性能，掃描振蕩電極技術(shù)(SVET)測(cè)試結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了膜層的自愈性。

F.Zucchi等人研究了硅氧烷膜層對(duì)銅表面的防護(hù)性能，發(fā)現(xiàn)含有硫醇鍵的硅烷與銅表面結(jié)合良好，并可顯著抑制表面陽極反應(yīng)，從而有效提高銅的防腐性能。