金属件涂装前纳米转化膜处理技术

金属件涂装前纳米转化膜处理技术

钟金环1,*

王一建1陆国建1

朱丹青2Wim van Ooij 2

(1.杭州五源公司表面工程研究所,浙江杭州,310030;2.美国依科技术公司,美国俄亥俄州,45014)

摘要：根据涂装金属的腐蚀行为分析，涂层的防腐蚀性能，主要取决于涂层与基体表面的附着力。本文结合传统的磷化处理技术特征，提出了节能环保型的涂装前纳米转化膜处理技术，分别阐述了纳米陶瓷锆盐、硅烷处理金属时在其表面形成的纳米转化膜的处理技术，研究试验结果表明，纳米转化膜均可显著提高涂层与金属基体的附着力，其相应的耐腐蚀性能亦接近或达到了磷化处理方式，已经可满足工业涂装生产中的产品质量技术要求。金属件涂装前纳米转化膜处理技术可广泛地应用于家电、汽车、五金等领域的油漆、粉末及电泳等涂装前处理生产中。

关键词：涂装前处理，附着力，耐蚀性，硅烷处理，锆盐处理

Abstract :According to metal corrosion behavior theory,it is known that the anti-corrosion performance of coatings on metal is mainly depended on its adhesion to metal substrate.In this paper it presents new energy-efficiency and environmental-friendly nanoscale conversion coating technologies.Silane process and nanoceramic process (Zr-based pretreatment)are introduced,respectively.With the nanoscale conversion coating,the performance of adhesion and corrosion resistance of painting films is greatly enhanced,which is close to traditional phosphating process.The quality of product has reached national or industrial standards.By practical application cases in domestic appliance and automobile accessory,etc.,the nanoscale conversion coating technologies can be extensively applied in metal coating pretreatment.Keywords:coating pretreatment,adhesion,corrosion-resistance,silane process,Zr-based pretreatment

0.前言

在涂装金属件时以增强涂层与基体附着力和耐腐蚀等性能，磷化处理技术已经有100多年历史。它是一种机械键力的方法[1]，磷化膜使涂层与金属基体形成表面粗糙度(roughness)或基体锚状(anchor pattern)结构有关的嵌锁作用的机械力。图1为锌系磷化膜与

钢铁基体的示意图。

磷化后钢铁表面粗糙度增加，比表面积增大，涂层与磷化膜象锚状结构结合，可以十

*

[通讯作者]钟金环，工程师，主要从事涂装前处理技术研发，Email ：zjh@ 。

图1在磷化表面磷化含高和低的表面污染物示意图

分显著地提高了涂层与基体的附着力。为了提高磷化膜的耐蚀性能，通常还采用了六价铬钝化封闭处理。

由于磷化处理过程中存在表调的碱金属磷化钛盐废液，磷化废液含有磷酸、硝酸等毒害的重金属离子(如Ni2+、Mn2+、Ca2+、Cu2+等)、亚硝酸盐促进剂及磷化残渣，钝化废液含有致癌物质的六价铬，造成严重的环境污染。

随着工业化生产要求，节能减排的环保要求，对涂装前处理工艺、提高热效率，逐步实现零排放，是涂装前处理技术发展的方向和趋势[2]。

1.概述

1.1涂装金属附着力特性

有机涂层对金属基体的附着力可以分为三种基本类型：

1）化学键力(chemical bond)

2）分子间力(intemdecular force)

3）机械键力(mechamical bond一种机械嵌锁作用力)

通常至少有上述二种这样键力的作用，使涂层与金属件牢固地粘合在一起。

从而可见各种附着键力的本性取决于涂层和基体的界面的过渡层。而基体提供了机械附着力和化学吸引点或极性吸引点，涂层提供将其吸引到金属表面的化学条件。金属加工后工件涂装前放置在大气中，大多数都会形成一种氧化膜，许多情况下工厂经除油除锈后，涂层就与这层氧化膜相结合，这对涂装质量影响很大。表1为前处理工艺对阴极电泳涂层的耐蚀性的影响。

表1.涂装前处理工艺对阴极电泳质量影响[3]

序号涂装前处理工艺中性盐雾试验

1无处理(含油)/hr200

2脱脂后/hr480

3脱脂/磷化处理/hr840

注:试板采用冷轧钢板(漆膜厚度~20μm)

上述可见涂层与金属基体之间的附着力，涂装质量取决于两者之间的界面的过渡层。故要求涂层对金属基体的润湿性要好，易于扩展，增大涂装对基体的结合力。

1.2金属件涂装前处理纳米膜技术原理

金属腐蚀主要包括化学和电化学腐蚀两类。金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境及电化学保护等。在金属表面覆盖各种保护层，以使金属与腐蚀性介质隔开，是防止腐蚀的有效方法，其中氧化处理、磷化处理、非金属涂层和金属镀层是

较为常见的方法。磷化膜是一种非金属/不导电/多孔(隙)性

的化学转化膜，它可以抑制金属表面腐蚀微电池的形成，

从而有效防止其腐蚀，提高涂层的耐蚀性和附着力。

由于金属正离子水化而进入溶液，金属的表面就积累

了过剩的电子，使金属带负电，而水化离子进入溶液则使

紧靠金属表面的液层带正电，这样就在金属与溶液的界面

图2金属界面双电层示意