鋼鐵塗裝（zhuāng）前處理化學轉化膜工藝發展概況

鋼鐵在進行塗裝前通（tōng）常需要進行前處理,包括（kuò）除油、除鏽等工藝,化學前（qián）處理方法通常還要在鋼鐵的表麵形成一層化學轉化膜（mó）,該轉化膜既有一定（dìng）的防（fáng）腐能（néng）力,可以避免零件在（zài）噴塗前短暫（zàn）的時間內返（fǎn）鏽,也可以（yǐ）增（zēng）加零件表麵的粗糙度,增強塗料（liào）與基底的結（jié）合力。目前大部分采用的（de）是（shì）磷化工藝,隨著節能減排的不斷推進,新型無磷（lín）轉化膜（mó）正在（zài）悄然取代傳（chuán）統的磷化膜。

1磷（lín）化工藝

工件浸入磷化液(某些酸式磷酸鹽為主的溶液),在（zài）表麵沉積形成一層不（bú）溶於水的結晶型磷酸鹽轉換膜的過程,稱之為磷化。按磷化（huà）膜的（de）成分可分為鋅係、鋅鈣係、鋅錳係、錳係、鐵係、非晶相鐵係（xì）六大類。按處理溫度可以分為低溫型、中溫型、高溫型等（děng）。按磷化膜厚度(磷化膜重)分,可分為次輕量級、輕量級、次重量級、重量級四種（zhǒng）[1]。磷化處（chù）理是（shì）目（mù）前鋼鐵塗裝前（qián）處理（lǐ）常用的處理方式。但因（yīn）磷化液中重金（jīn）屬含量較多（duō）,廢水處理的難度比較大,如果處理（lǐ）不當就會對環境造成汙染。當前,磷化處理的研究方向主要是朝著提高成膜質量、節能減排的方（fāng）向發（fā）展。

2矽（guī）烷化處（chù）理工藝

矽烷（wán）化處理是以有機矽烷水溶（róng）液為主要成分對金屬或非金屬材料進行表麵處理的過程。

金屬表麵矽烷化處理的機理:矽烷是一類含矽基的有機/無機雜化物,其基本分子式為:R′(CH2)nSi(OR)3。其中OR是可水（shuǐ）解的基團,R′是有機官能團（tuán）。

矽烷在水溶（róng）液中通常（cháng）以水解的形式存（cún）在:

-Si(OR)3+H2O→Si(OH)3+3ROH

矽烷水解（jiě）後通過其SiOH基團與金屬表麵的（de）MeOH基（jī）團(Me表示金屬)的縮水反應而快速吸附於金屬表麵。

SiOH+MeOH=SiOMe+H2O

一方麵矽烷在金屬界麵上形成Si-O-Me共（gòng）價鍵。一般來（lái）說,共價鍵間的作用力（lì）可達700kJ,矽烷與金屬之間的結合是非常牢固的（de）;另一（yī）方（fāng）麵,剩餘的（de）矽烷分子通過SiOH基團之間的縮聚反應在金屬表麵形（xíng）成具有Si-O-Si三維網狀結構的矽（guī）烷膜。該矽烷膜（mó）在烘幹過程中和後（hòu）道的電泳漆或噴粉通過交聯反應結（jié）合在一（yī）起（qǐ）,形成牢固的化學鍵（jiàn）。這樣（yàng）,基材、矽烷和油（yóu）漆之間可以通過化學鍵形成穩固的膜層結構。

與（yǔ）傳統的磷化處理相比,矽烷（wán）化處理具有以下優點:①不含重金屬和磷酸鹽,廢水處理簡單,可以降低廢水處（chù）理的成本,減輕環境汙染。矽烷化處理沉渣量少,甚（shèn）至無渣,可以避免（miǎn）因沉渣導致設備維（wéi）修保養費用及誤工費用。②不（bú）需表（biǎo）調,也不需要亞硝酸鹽促進劑等,藥劑用量少,可加快處（chù）理速度,提高生（shēng）產（chǎn）效率,也減少了這類化（huà）學物質（zhì）的對環境汙染。③可在常溫下（xià）進行,不需加溫,減少能源消耗。④一種（zhǒng）處理液可同時處理鐵、鋁等材料,不需更換槽液,降低生產成本。

3陶化工藝（yì）

陶化工藝是近兩年新興的一種處理工藝,它（tā）是以鋯鹽（yán）為基礎在（zài）金屬表（biǎo）麵生成一層納米級陶瓷膜。陶化劑不含重金屬、磷酸鹽和任（rèn）何有機揮發組分,成膜反應過程中幾乎不產生沉渣（zhā）,可處理鐵、鋅、鋁、鎂等多種金（jīn）屬。該陶瓷膜可隨材質、處理時間的長短、pH值、槽液濃度的不同而呈現多種顏色,非常容易與底材顏色進（jìn）行區分（fèn）。采用陶化工藝（yì）時（shí）,可（kě）省掉磷化工藝中的表調工序,減少前處理藥劑的消耗。

陶（táo）化原理:(1)酸的侵蝕使金屬表麵H+濃度降低:Fe-2e→Fe2+,2H++2e→2[H]

(2)納米矽促進反應（yīng）加速（sù）:[Si]: ZrO2+4[H]→[Zr]+2H2O

式中[Si]為納米矽,[Zr]為還原產物,納（nà）米矽為反應活化體（tǐ）,加快了反應(1)的速度,進一步導致金屬表麵H+濃度急劇（jù）下降,生產的[Zr]成為（wéi）成膜晶（jīng）核。

(3)鋯酸根的兩級（jí）離解:H2ZrF+H+→ZrF+2H+

由（yóu）於表麵的H+濃（nóng）度急劇下降,導致鋯酸根各級離解平衡向右移動,最終為ZrF。

(4)鋯酸鹽沉澱結晶成膜:當表麵離解出（chū）的ZrF與溶解中的金屬離（lí）子Fe2+達到溶度積常數Ksp時,就會形成鋯酸鹽（yán）沉澱。

Fe2++ZrF +H2O→FeZrF6?2H2O

鋯酸鹽（yán）沉澱與水分子一起形成成膜物質,以[Zr]為膜晶核不（bú）斷堆積,晶核繼續長大成（chéng）為晶（jīng）粒,無數個經理（lǐ）堆積形成轉化膜。

矽（guī）烷化（huà）處（chù）理和陶化處理都可稱之（zhī）為無磷成膜處理（lǐ）,目前市場上還有（yǒu）其它方式的無磷成膜（mó）處理（lǐ）方法,這些新技（jì）術與（yǔ）矽烷（wán）化或（huò）陶化處理（lǐ）有很多相似之處,一般都含有微（wēi）量甚至不含重（chóng）金屬和磷（lín）酸鹽,不需要表（biǎo）調,可處理多種板材等,處（chù）理時間短,可以提（tí）高生產效率,在節能減排方麵具（jù）有相當大的優勢（shì）,無磷成膜技（jì）術必將成為未來（lái）鋼鐵表麵化學轉化膜的主要處理方式。

4磷化工藝與無磷成膜工藝對比

5結（jié）語（yǔ）

矽烷化和陶化等無（wú）磷成膜技術的應用（yòng）,使鋼鐵表麵化學轉化（huà）膜技術發生了重大變革（gé）。盡管這些轉化膜工藝尚未成熟,與磷化處理（lǐ）相比,在實（shí）際生（shēng）產應用中（zhōng）還存在一些難（nán）度,但（dàn）我們相信,隨著技術的不斷發展,在不久的將來,這些處理技術一定會逐步（bù）取代傳統的磷化工藝,或者出現更（gèng）為先（xiān）進的處理工藝（yì）。