金（jīn）屬（shǔ）矽烷技術——綠色的磷化替代技術（shù）

　　作為一種全新的（de）前處理塗裝底層替代技（jì）術，矽烷（wán）在（zài）金屬（shǔ）表麵處理方麵的應用已取得了很大進展（zhǎn）。本文主（zhǔ）要介紹了金屬（shǔ）表麵矽烷處理機理，以及通過（guò）在現代汽（qì）車工業中對矽烷技術和磷化處理在參（cān）數控製、生（shēng）產維（wéi）護（hù）、工藝管理等方（fāng）麵（miàn）的比較，矽烷（wán）表麵處理技術在滿（mǎn）足磷化技術要求的（de）同時，它以常溫處理、管理便捷、維護低成本、無毒無汙染等諸多優勢，在現代（dài）工業的塗裝前處理工序中，完全可以作為磷化的綠色替代技術得（dé）到推廣應用。

　　關鍵詞（cí）：矽烷（wán）技術； 磷化技術； 前處理（lǐ）

　　1.引言

　　磷化處（chù）理不改變零件（jiàn）的機械性能、強度、磁性等，還有較高的（de）電絕緣性，膜（mó）與基（jī）體金屬結合強度高，是塗裝前的良好底層能進一步提高零件的耐腐（fǔ）蝕能力。近（jìn）年隨著（zhe）汽（qì）車工業的異軍（jun1）突起（qǐ），磷化--這一（yī）已有百年（nián）曆史的表（biǎo）麵前處理技術更是（shì）得到（dào）了進一步的繁榮和發展。但是隨著（zhe）能源緊缺和《中華人民共和國清潔生產促進法》的頒布，磷化工藝高耗能、含有（yǒu）重金屬（shǔ）離子和致癌物、排放的廢水和廢渣多、三廢處理困難等（děng）缺陷，已經無（wú）法滿（mǎn）足節能環保、降本增效這一現（xiàn）代工業發展的方向。為此，在滿足傳統磷化處（chù）理工藝優點的同時，又能做到工藝簡單、環保、綜合成本低的金屬表麵矽烷化處理應運而生，其（qí）憑借（jiè）諸多優勢（shì）有（yǒu）望成為磷化的綠色替代工藝。

　　金屬矽烷處理技術是20世紀80年代以來，美國（guó）和（hé）歐洲部分（fèn）機構開始研究，目前（qián）德國（guó）Chemetall（凱密特爾集團）、美國Ecosil公司矽烷前處理部分產品已在（zài）歐洲及北美地區國家使用使（shǐ）用，並有完全取代傳統磷（lín）化（huà）工藝的趨勢。Chemetall公司（sī）已在我國上海、長春、重慶等地成立了凱密特爾集團分公司，進行相關產品的推廣應用，並在鋼鐵、家電、汽車零件（jiàn）公司等行業得到了認可和應（yīng）用。

　　2.金屬表麵矽烷處理機理

　　2.1矽烷的單分子結構

　　矽（guī）烷是一類含矽基的有機（jī）/無機雜化物，其基本分（fèn）子式（shì）為：R'(CH2)nSi(OR)3（其中OR是可（kě）水解的基團，R'是有機官能團。），它是與矽（guī）油和（hé）矽酸鹽完全不同種（zhǒng）類的矽產品。其單 分子結構如圖1所示：

　　2.2金屬表麵矽烷處理機（jī）理

　　矽烷在水溶液中通常是以水解的形式存在，其水解平（píng）衡反應式如下：

　　主要的水解產物為SiOH基團，當溶液中形成（chéng）足（zú）量（liàng）的（de）活性SiOH基團，該溶液（yè）就可進行金屬矽烷處理。金屬在浸泡中（zhōng），水解後的矽烷分子RSi(OR)3通過SiOH基團與金屬表麵的MeOH（Me表示金屬）形成氫鍵，而快（kuài）速吸附於金（jīn）屬表（biǎo）麵。在金屬界麵上形（xíng）成Si-O-Me共價鍵，其反應式如下：

　　SiOH矽烷（wán）液+MeOH金屬表（biǎo）麵 Si-O-Me界麵（miàn）+ H2O

　　另（lìng）外剩餘的矽烷分子通（tōng）過SiOH基團（tuán）之間的凝聚（jù）反（fǎn）應在金屬表（biǎo）麵上形成具有Si-O-Si三維網狀結構的矽烷膜，其縮合（hé）反（fǎn）應式如下：

　　矽烷網狀結構模（mó）型如圖2所示：

　　一般來說，共價鍵Si-O-Me間的作用力可（kě）達700Kj/mol，從而使得網狀的矽烷（wán）膜緊密的黏合在金屬表麵（其膜厚主要取決於矽烷溶液的濃度）；自後該矽烷膜在烘幹過程中（zhōng）或後（hòu）道的（de）電泳漆交聯反應結合在一起，形成牢固的化（huà）學鍵。這樣，基材、矽烷和油漆之間可以通（tōng）過化（huà）學鍵形成穩固的膜層結構。

　　3.汽車工業（yè）前處理矽烷與磷化對（duì）比

　　3.1工藝流程對比

　　3.1.1磷化工（gōng）藝流（liú）程：

　　3.1.2矽烷工藝流程：

　　3.1.3磷化和矽烷的（de）生產維護對比

　　1）磷化工藝

　　a）日常（cháng）檢測控製項目：表調（diào）槽液的PH值（zhí），磷化槽（cáo）液的TA(總（zǒng）酸度點數)、FA（遊離酸度點數）、AC（促進劑點（diǎn）數）、PH(磷（lín）化軸封液)，其中AC每隔2h進行檢（jiǎn）測一次隨（suí）時調整。必要時還要對磷化（huà）液的鋅、鎳等離子（zǐ）進行控製。

　　b)槽（cáo）液生產維護要點：每班生產前，提前90分鍾（zhōng）以上開（kāi）啟（qǐ）加熱係統和循環攪拌係統，並且在生產過程中攪拌不應停止。生產前，在未開啟磷化循環泵前開啟磷化除渣泵進行除渣工作至少30min，然後才能進行正常生產。

　　c)槽液倒槽清洗：表調（diào）至少半月、磷化一個（gè）季度進行掏槽清洗處理。

　　2）矽烷工藝（yì）

　　a)日常檢測控製項目：活化點（2.0-4.8點（diǎn）），PH值（3.8-5.5），電導率（<5500μs/cm）。

　　b)槽液生產維護要點：PH值和電導率要每（měi）天多（duō）次測量，PH值測量要求用對氟離子穩定的PH計，槽液通過監測PH、電導率活化點來控製。

　　c)槽液倒槽清洗：因矽烷處（chù）理無殘渣產生，槽液不必進行徹底清理，隻需在在保證槽液有良好溢流的（de）情（qíng）況下，每周（或根據生（shēng）產）溢流更換10% 的槽液，調整好（hǎo）活化點、PH值後即可進行正常生產。

　　4.金屬矽烷處理的優勢與不足

　　4.1金屬矽烷處理的優勢

　　4.1.1技術性能優越：耐蝕性和塗層的附（fù）著力矽烷處理膜都優於（yú）磷化膜，磷化膜的重量一般為2-3g/m2，而（ér）矽烷膜重0.1g/m2，試驗表明矽（guī）烷膜具有優良（liáng）的防鏽能力，在（zài）工序間，不出現泛黃生鏽現象，質量穩定，與塗層的結合強度高。

　　4.1.2適合環（huán）保生產

　　1）矽烷處（chù）理（lǐ）中不含鋅、鎳等有害重金屬及其它對（duì）人體有害成分（尤其鎳已經被證實對人（rén）體危害較大，世界衛生組織規定2016年後鎳需要達到零（líng）排放。）。

　　2）在矽烷處理中，不會產生含磷物質，從而不會（huì）對（duì）水體（tǐ）造成富氧汙（wū）染，有利於環（huán）保生產。

　　3）不需（xū）要亞硝酸鹽促進劑，從而（ér）避免了亞硝酸（suān）鹽及其分解產物對人體及水體的危害。

　　4.1.3成本控製優勢較為明顯

　　1）矽烷處理是無渣的，無需進行殘渣處理，從（cóng）而節約磷化的除渣設備和磷化殘（cán）渣處理費用（yòng）。

　　2）矽烷處理沒有表（biǎo）調，節約費用（yòng）、縮短工藝流（liú）程，可提高生產能力，對新投資線還可以節約初期投資費用和場地空（kōng）間。

　　3）矽烷常溫運（yùn）行，10-35℃在我國大部分地區無需溫度控製就可生產，在我國北（běi）方冬天隻要稍微加熱就可達到工藝要求，有利（lì）於節約能源消耗。

　　4.1.4生產工藝（yì）管理便捷

　　1）在矽烷處理中，不存在如磷化流水線在每班（bān）生（shēng）產前必須要（yào）對磷化液進行過濾除渣，定期必須倒槽清理。

　　2）矽烷處（chù）理與現有工藝（yì）設備不衝突，無需設備更新可（kě）直接代替磷化，能（néng）與目前所用的（de）各類油漆塗裝（zhuāng）相匹配。

　　3）矽烷工藝管理中隻控製PH、電導率、活化點，不存（cún）在磷（lín）化卻需要（yào）控製（zhì）總酸（suān）度TA、遊（yóu）離酸度FA、促進劑AC，必要時（shí）還需要鋅（xīn）、鎳（niè）、錳等離子的濃度，同時（shí）無表調也（yě）無（wú）需進行管理，從而簡化了工藝管理。

　　4.2金屬矽烷處理的不足

　　作為一種全新的前處理（lǐ）塗裝底層替代工（gōng）藝，矽烷在金屬表麵的應用（yòng）已取得了重大發（fā）展， 顯示出巨大的潛力。然而， 該工藝還存（cún）在一些（xiē）不足之處， 在某種程度上製約著其在工業（yè）上的大量應用。該工藝存在的不（bú）足主要有:

　　4.2.1 隻能作為底層膜層：若（ruò）沒有進一步（bù）塗（tú）裝處理， 單獨使用矽烷對金屬進行防護的（de）效果不好。盡管它與基體具有良好的結合力（lì）， 但由於塗層較薄， 且（qiě）非抑製劑不能產生自修複功能， 因（yīn）此其防護效果有限。

　　4.2.2對金屬表（biǎo）麵狀態要求嚴格：矽烷處理技術對金屬基（jī）體表麵（miàn）和矽烷槽液清潔性要求相對較高， 金屬表麵油汙及（jí）槽液雜質離子都將影響矽烷膜層的防護性能。

　　4.2.3矽烷溶液穩定（dìng）性有待提高：矽烷溶液存放時間相對較短， 易（yì）發生縮聚而失效， 使得工（gōng）業上（shàng）的大規模應用受限。

　　5.結語

　　隨著現代工業經濟的不斷發展，節能減排（pái）、綠色生產已經成為現代工業可持續（xù）發展的必然要求，矽烷雖（suī）然在目前的技術條件（jiàn）下還不是很完美，但作為新型的環保前處理技術，其諸多的優勢，不失為一種（zhǒng）較好的磷化替代技（jì）術，為實現環境友好型工業（yè）生產提供了（le）多樣的（de）選擇，在今後的（de）工業發展中具有廣闊的發展前景