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金属表面处理剂的分类

发布日期:2020/10/25 9:01:40

背景及概述[1][2]

金属表面处理剂是涂抹在金属外表的处理剂是一层涂装物质。它可以在常温状态下比较短的时间内去掉金属外表的杂质,在金属外表层形成保护膜,使其免受腐蚀。同时,它还和器具具有良好的契合性,以及美观的装饰性。随着汽车、飞机、船舶、家电等行业的发展,对金属零件表面耐腐蚀、耐高温、磨损、抗氧化、抗疲劳、防辐射、导电、导磁、绝缘、装饰等特殊性能的要求更加广泛,促使金属表面处理技术迅速发展起来。

国内用于金属表面处理的主要方法是磷化法,硅烷处理技术正在不断地被研发和应用。硅烷处理与传统的磷化法相比具有以下优点:无有害重金属离子,不含磷,无需加温且硅烷处理过程不产生沉渣,处理时间短,控制简便;可省去表调工序,槽液可重复使用;有效地提高了涂料对基材的附着力;可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。因此,新型的环保、节能、低排放、低使用成本的金属表面处理技术成为国内外技术人员研究的重点。

分类[1-3]

现在比较常见的金属表面处理剂有两种:

种主要以除油去污为目的。

其主要成分是碳酸钠、偏硅酸纳等,同时加入阴离子等活性剂或者分散剂,制作成工业用的清洗剂,使用超声波机等机器进行杂质清除。而去锈使用的主要是盐酸,同时加入一些缓蚀剂等物质,把需要除锈的物体放置到除锈剂中,实现去锈的目的。除锈原理是钢铁制件在溶液中的磷酸作用下起化学反应,其反应式为:

这种处理剂的不足主要体现在处理过程比较繁杂,需要对处理剂进行加热,需要耗费大量水资源; 同时,清洗需要的时间也比较长。更大的缺点是清洗剂会形成酸雾,给环境造成严重污染,还会对同一环境中的其他机器和设备造成严重腐蚀。

第二种处理剂的主要成分是磷酸。

其中加入一些成膜剂、活性剂等物质。这种处理剂比种处理剂有很大改进,一般宣称为二合一或者四合一处理剂。它主要通过磷酸和活性剂等物质的共同作用,在金属外表层形成磷化膜,不但可以实现去油除锈的的,同时还可以隔绝空气,起到防锈的目的。而且使用比较方便,可以直接涂抹在金属材料表面。但是这种处理剂也有其自身的不足,那就是这种处理剂在金属外层形成的磷化膜是一种灰黑色的物质,手感比较粗糙,这对于那些不能改变原来颜色和手感的金属物质,就不能使用这样的操作方式进行外表处理。金属表面处理(磷化前后) 的工艺流程如下:

磷化液的分类方法很多:有的按单位面积上磷化膜的重量(或厚度) 进行分类;有的按磷化温度的高低进行分类;有的按施工方法进行分类。这里是按磷化液的成份分类。目前一般可分成磷酸锌系、磷酸钙系、磷酸铁系、磷酸锰系四类。

此外,最近报道新型金属表面处理剂。硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的含硅化合物。其分子式可用通式Y(CH2)nSiX3 表示,此处n=0,1,2,3;X 通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧乙氧基、乙酰氧基等,这些基团水解时即生成硅羟基,而与无机物质结合,形成硅氧烷。Y 是乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基,这些有机官能团可与有机物质反应。

硅烷处理技术正是利用了硅烷偶联剂的特殊性能。在金属表面的成膜过程为:1)硅烷偶联剂经水解后,形成具有疏水和亲水结构的硅醇;2)通过分子间脱水缩合形成有序的低聚物;3)低聚物与金属表面上的羟基形成氢键;4)由于分子内脱水,部分形成共价键后,紧密排列在金属表面,形成一层致密的硅烷膜。

硅烷偶联剂对金属表面改性技术正成为一种新型的磷化法替代技术,具有巨大的潜力硅烷金属表面处理剂可采用以下2 种方法对金属表面改性。

1)浸渍硅烷化法。通过有机硅烷的特殊结构,金属工件经硅烷处理后,表面会吸附一层类似于磷化晶体的三维网状结构的超薄有机纳米膜(50 ~ 500 nm),同时在界面形成结合力很强的Si—O—Me 共价键(其中Me 为金属),可将金属表面和涂层偶合,具有很好的附着力。工艺流程:脱脂→水洗→压缩空气吹干金属表面→浸渍于硅烷溶液中→晾干。

2)电沉积硅烷化法。优化硅烷化金属表面处理技术,根据电沉积理论,阴极电位下金属表面发生O2 或H2O 的去极化生成OH-,而OH-的生成促进了硅醇间的缩合反应,有利于硅烷膜的形成。工艺流程:脱脂→水洗→压缩空气吹干金属表面→硅烷溶液电沉积→晾干。

应用[4-5]

金属表面处理剂主要用于机械( 汽车、客车、拖拉机、叉车、矿山机械等)、化工、电工、轻工(洗衣机、自行型车、电冰箱、电冰柜、建材钢门、钢窗、钢管、拉丝) 等中小型钢铁零部件的除油、除锈、化工产品等。

钢板是用钢水浇注,冷却后压制而成的平板状钢材;镀锌钢板是为防止钢板 表面遭受腐蚀,延长其使用寿命,在钢板表面涂以一层金属锌,这种涂锌的薄钢板称 为镀锌板;铝合金以铝为基的合金总称,其主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次 要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等,铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优 质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,上述三者 在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着科学技 术以及工业经济的飞速发展,研究界对钢板、镀锌板、铝合金板的表面处理的研究越来越深入。 

主要参考资料

[1] 多功能金属表面处理剂的研究

[2] 吕选忠. HSP 系列金属表面处理剂的研究与应用[J]. 安徽化工, 1995 (1): 32-35.

[3] 彭艳琼, 李卫民, 丁晓莉, 等. 环保型金属表面硅烷处理剂的制备和应用[J]. 广东化工, 2014, 41(5): 59-60.

[4] 金属表面处理剂

[5] CN201410258416.3 一种通用型金属表面处理剂

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