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碳钢表面硅烷杂化涂层的制备及性能研究

胡巧玲  
【摘要】:硅烷化处理是一种新型金属表面处理方法,与传统的磷铬酸盐处理技术相比,具有环保节能、粘着力强等优点,因此,硅烷表面处理技术的发展具有广泛的市场前景。 目前,对金属表面硅烷膜的研究主要集中于单一成分的硅烷膜,这种硅烷膜性能不稳定,耐腐蚀性也较差,不利于后续涂装进行,并且在碳钢表面运用的较少。因此,对碳钢表面硅烷处理工艺进行系统探究,提高硅烷处理液的稳定性,实现硅烷膜与碳钢表面的强结合力,改善硅烷膜性能,就成为目前亟待解决的问题。 本文以正硅酸四乙酯TEOS和硅烷偶联剂KH560为主要原料,使其在一定的条件下水解缩聚成硅烷表面处理液,并对该工艺进行优化。通过考察水解时间、pH值等因素对硅烷水解程度、处理液稳定性等的影响,并结合表面形貌、热稳定性等测试,得出性能优良的处理液组成及工艺条件;并探讨了加热温度、浸渍时间等对普通硅烷膜及掺有添加剂硅烷膜性能的影响,采用扫描电镜、电化学测试等对其进行物理化学性能表征,最后对其在有机涂层中的应用作进一步探索研究。 研究结果表明:当水解温度为50℃、pH值为3.5左右、TEOS/KH560比为1:2、异丙醇/Si比为12,反应时间为7h,H2O/Si比为7时,硅烷处理液的稳定性及耐腐蚀性等性能最优;而当浸渍次数为4,浸渍时间为2min,浸渍温度为45℃,固化温度为95℃,固化时间为40min时,所得碳钢表面普通硅烷膜的附着力及耐腐蚀性等性能最佳;而掺入0.05%的稀土镧和5%的成膜助剂时,硅烷膜的耐腐蚀性能提高10倍左右,而此时的成膜条件也相应的有所改变,如浸渍温度为30℃,固化温度为130℃,固化时间为30min,此条件有利于节能环保,同时所得的杂化硅烷膜的性能最佳,其附着力及耐腐蚀性能甚至能够超过磷化工艺的指标;当在其表面涂覆有机涂料时,可见涂料与基体附着力等各项性能达到常用指标。 该工艺不但实现了硅烷处理液的高稳定性,同时提高了硅烷膜与碳钢表面的结合力及耐蚀性,从而进一步提高涂层的寿命,实现了表面处理工业的环保节能。


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