涂装前硅烷化处理工艺研究

张 玉 亓海滨 刘 娥 魏 雪 梁荣风

（1.山东省机械设计研究院，济南 250031；2.中国表面工程协会，北京 100120；3.中国重汽（香港）有限公司轻卡部，济南 250001；4.济南茂润化工有限公司，济南 250031）

硅烷化处理是涂装前以有机硅烷水溶液为主要成分对金属或非金属材料进行表面处理的过程。硅烷化处理工艺是一种环保型金属防护预处理技术[1]，与传统磷化相比较，具有以下多个优点，如无有害重金属离子、不含磷、处理过程不产生沉渣、无需加温且处理时间短、控制简便、槽液可重复使用、现有的磷化设备线体上改造方便[2]以及可共线处理铁板、镀锌板和铝板等多种基材等。

1 作用机理

硅烷是一类含硅基的有机/无机杂化物，基本分子式为R’(CH2)nSi(OR)3，其中OR是可水解的基团，R’是有机官能团。硅烷在水溶液中通常以水解的形式存在，化学反应式为Si(OR)3+H2O→Si(OH)3+3ROH。硅烷水解后通过其SiOH基团与金属表面的MeOH基团（Me表示金属）的缩聚反应快速吸附于金属表面，化学反应式为SiOH+MeOH→SiOMe+H2O[3]。一方面，硅烷在金属界面上形成Si-O-Me共价键，共价键间的作用力一般可达700 kJ·mol-1，因此硅烷与金属之间的结合非常牢固。另一方面，剩余的硅烷分子通过SiOH基团之间发生的缩聚反应，在金属表面形成具有Si-O-Si三维网状结构的硅烷膜。该Si-O-Si三维网状结构硅烷膜与后道工序的电泳漆或喷粉（本实验采用喷漆）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。

2 工艺流程

2.1 材料

实验材料选用冷轧板（DC04）试片，尺寸3 cm×10 cm。……