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金属表面硅烷化处理机理

更新:04-02-2020
摘要:

陶化液的组成 1)硅烷处理剂 水溶液中通常以水解的形式存在:硅烷水解后通过其SiOH基团与金属表面的MeOH基 […]

陶化液的组成

1)硅烷处理剂

水溶液中通常以水解的形式存在:硅烷水解后通过其SiOH基团与金属表面的MeOH基(M表示金属)的缩水反应而快速吸附于金属表面;一方面硅烷在金属界面上形成Si-O-Me共价键。

Si(OR)3+H2O →Si(OH)+3ROH (1)

Si(OH)+MOH →SiOM+ H2O (2)

一般来说,共价键问的作用力可达70010,硅烷与金属之间的结合是非常牢固的;另一方面,剩余的硅烷分子通过SiOH基团之间的缩聚反应在金属表面形成具有Si-O-Si三维网状结构的硅烷膜。该硅烷膜在烘干过程中和后道的电泳漆或喷粉通过交联反应结合在一起,形成牢固的化学键。这样,基材、硅烷和油漆之间可以通过化学键形成稳固的膜层结构。

优点:①不含重金属和磷酸盐,废水处理简单,可以降低废水处理的成本,减轻环境污染。

②不需表调,也不需要亚硝酸盐促进剂等,药剂用量少,可加快处理速度,提高生产效率,也减少了这类化学物质的对环境污染。③可在常温下进行,不需加温,减少能源消耗。④

一种处理液可同时处理铁、铝等材料,不需更换槽液,降低生产成本。

1.2 陶化机理

它是以锆盐为基础在金属表面生成一层纳米级陶瓷膜。陶化剂不含重金属、磷酸盐和任

何有机挥发组分,成膜反应过程中几乎不产生沉渣,可处理铁、锌、铝、镁等多种金属。

陶化原理:

1)酸的侵蚀使金属表面H+浓度降低:Fe-2e—Fe2+,2H++2e—2[H]

2)纳米硅促进反应加速:

[Si]:ZrO2+4[H]—[Zr]+2H2O

式中[Si]为纳米硅,[Zr]为还原产物,纳米硅为反应活化体,加快了反应速度,进一步导致金属表面H+浓度急剧下降,生成的[Zr] 成为成膜晶核。

3)锆酸根的两级离解:

H2ZrF6+H+—ZrF62-+2H+

由于表面的H+浓度急剧下降,导致锆酸根各级离解平衡向右移动,最终为ZrF6-。

4)锆酸盐沉淀结晶成膜:当表面离解出的ZrF6-,与溶解中的金属离子Fe2+达到溶度积常数Ksp时,就会形成锆酸盐沉淀。

Fe2++ ZrF62-+H2O — FeZrF6+2H20

锆酸盐沉淀与水分子一起形成成膜物质,以[Zr]为膜晶核不断堆积,晶核继续长大成为晶粒,无数个经理堆积形成转化膜。硅烷化处理和陶化处理都可称之为无磷成膜处理,目前市场上还有其它方式的无磷成膜处理方法,这些新技术与硅烷化或陶化处理有很多相似之处,一般都含有微量甚至不含重金属和磷酸盐,不需要表调,可处理多种板材等,处理时间短,可以提高生产效率,在节能减排方面具有相当大的优势,无磷成膜技术必将成为未来钢铁表面化学转化膜的主要处理方式。