硅烷化处理

金属表面处理环保新技术——硅烷化处理硅烷化处理是以有机硅烷水溶液为主要成分对金属或非金属材料进行表面处理的过程。

在涂装行业，涂装前的表面处理以磷化为主，硅烷化处理与传统磷化相比具有节能、环保和降低成本的优点。

本文简述了硅烷化处理的特点、基本原理、施工工艺等。

Si-OH的低聚硅氧烷；（3）低聚物中的Si-OH与基材表面上的OH形成氢键；（4）加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键连接，但在界面上硅烷的硅羟基与基材表面只有一个键合，剩下两个Si-OH 或者与其他硅烷中的Si-OH缩合，或者游离状态。

为缩短处理剂现场使用所需熟化时间，硅烷处理剂在使用之前第
一步是进行一定浓度的预水解。

①水解反应：在水解过程中，避免不了在硅烷间会发生缩合反
应，生成低聚硅氧烷。

低聚硅氧烷过少，硅烷处理剂现场的熟
化时间延长，影响生产效率；低聚硅氧烷过多，则使处理剂浑
浊甚至沉淀，降低处理剂稳定性及影响处理质量。

随着涂装行业中环保压力的逐渐增大，环保型涂装前处理产品以代替传统磷化如今显的尤为重要。

硅烷前处理技术做为磷化替代技术之一，目前已引起了世界涂装行业的广泛关注。

与传统磷化相比，硅烷处理技术具有环保性（无有毒重金属离子）、低能耗（常温使用）、低使用成本（每公斤处理量为普通磷化的5-8倍），无渣等优点。

美国已于上世纪90年代就开始对金属硅烷前处理技术进行理论研究，欧洲于上世纪90年代中期也开始着手对于硅烷进行试探性研究。

我国在本世纪初迫于环保方面的巨大压力，各大研究机构及生产企业也着手对硅烷进行研究。

1.1工位工序方面比较
备用。

在改换槽位功能的同时提高链速进行生产，以加快前处理生产节拍，提高生产率。

1.2处理条件方面比较
传统磷化处理因沉渣、含磷及磷化后废水等环保问题，一直是各涂装生产企业为之困扰的问题。

随着国家对环保及节能减排的重视程
度不断提高，在未来时间里，涂装行业的环保及能耗问题会越来突出。

硅烷技术的推出，对于整个涂装行业的前处理环保及节能降耗问题，进行了革命性的改善。

表2将传统磷化与硅烷化处理的使用条件进行比较。

传统磷化硅烷化使用温度 35-40℃常温处理过程是否产生沉
烷化相比较磷化也有着明显的优势。

表3在使用成本方面将硅烷化与磷化相比较。

传统磷化
配槽用量60-70kg/吨30-50kg/吨每公斤浓缩液处理面积30-40m2 200-300m2 处理时间 4-5min 0.5-2min 是否需要除渣槽是
否表3 磷化与硅烷化使用成本比较使用硅烷化工艺能省去磷化加温设备、除渣槽、板框压滤机及磷化污水处理等设备，节省设备初期投入。

在配槽用量方面硅烷化较磷化也减少20%-50%，更关键的是在每平方单耗方面硅烷化的消耗量为传统磷化的15%-20%。

在减少单位面积消耗量的同时，在处理时间上硅烷化较磷化也有较大幅度的缩
H2PO4-、H3PO4以及其它一些添加物。

磷化膜主体组成（钢铁工件）：Fe5H2(PO4)4•4H2O,磷化膜厚度大，磷化温度高，处理时间长，膜孔隙较多，磷化晶粒呈颗粒状。

硅烷化处理为有机硅烷与金属反应形成共价键反应原理，硅烷本身状态不发生改变，因此在成膜后，金属表面无明显膜层物质生成。

通过电镜放大观察，金属表面已形成一层均
匀膜层，该膜层较锌系磷化膜薄，较铁系磷化膜均匀性有很大提高此膜层即为硅烷膜。

1.4盐水浸泡试验比较比较
冷轧板是目前用途最为广泛的金属材料，在每个行业都有大规模的应用，但冷轧板没有镀锌板那样的镀锌层、热轧板的氧化皮及铝板
和硅烷化处理与漆膜附着力相当，同时两者附着力明显优于铁系磷化。

采用硅烷化处理效果与锌系磷化效果在耐盐水及附着力方面相当。

1.5盐雾试验比较镀锌板目前因其本身具有较高耐腐蚀性能
已被广大高质量家电及汽车企业所采用。

为检验硅烷化处理对
于镀锌板的耐腐蚀性能以及附着力表现，设计试验对镀锌试片采用各种前处理工艺，并对其喷涂相同厚度的粉末涂料进行涂装，通过500小时盐雾试验对其进行附着力比较。

根据GB/T10125-1997人造气氛腐蚀试验--盐雾试验对试验镀锌试片进行500小时中性盐雾试验。

试片漆膜平均厚度为70±2μm。

油桶类工件在液体中不易沉入，因而不适合于浸泡方式。

2.1 全浸泡方式将工件完全浸泡在槽液中，待处理一段时间后取出，完成除油或硅烷化等目的的一种常见处理方式，工件的几何形状繁简各异，只要液体能够到达的地方，都能实现处理目标，这是浸泡方式的独特优点，是喷淋、刷涂所不能比拟的。

其不足之处，是没
有机械冲刷的辅助使用。

并且象连续悬挂输送工件时，除工件在槽内运行时间外，还有工件上下坡时间，因而使设备增长，场地面积和投资增大，并且工序间停留时间较长，易引起工序间返锈，影响硅烷化质量。

2.2 全喷淋方式用泵将液体加压，并以0.1～0.2Mpa的压力使液
化学处理的目的，这种方式一般不易获得很好的处理效果，在工厂应用较少。

对于某些大型、形状较简单的工件，可以考虑用这种方式。

3 工艺流程根据硅烷化的用途及处理板材不同，分为不同的工艺流程。

3.1 铁件、镀锌件预脱脂——脱脂——水清洗——水清洗——
硅烷化——烘干或晾干——后处理
3.2 铝件预脱脂——脱脂——水洗——水洗——出光——水洗——硅烷化——烘干或晾干——后处理
3.3 磷化后钝化有锈工件：预脱脂——水清洗——脱脂除锈“二合一”¬——水清洗——中和——表调——磷化——水洗——硅
控制参数 PH值 5.0-6.8 5.5-6.8 5.5-6.8 5.5-6.8 温度常温常温常温常温
处理时间（秒） 5-120 5-120 5-120 5-60
适用材料钢铁件镀锌件、铝件不锈钢件磷化后钝化
表4 典型的硅烷处理工艺
5 工艺设计上几点注意事项
在工艺设计中有些小地方应该十分注意，即使有些是与设备设计有关的，如果考虑不周，将会对生产线的运行及工人操作产生很多不利的影响，如工序间隔时间，溢流水洗，工件的工艺孔，槽体及加热管材料等。

5.3 工件工艺孔
对于某些管形件或易形成死角存水的工件，必须选择适当的位置钻好工艺孔，保证水能在较短的时间内充分流尽。

否则会造成串槽或者要在空中长时间沥干，产生二次生锈，影响硅烷化效果。

6 硅烷化性能检测
1 漆膜耐蚀性
GB/T14293-1998 人造气氛腐蚀试验一般要求
GB/T10125-1997 人造气氛腐蚀试验盐雾试验
2漆膜附着力
GB9286-1998&ASTMD3359 色漆和清漆漆膜的划格试验。