鋼鐵在進行塗裝前通常需要進行前處理,包括除油、除鏽等工藝,化學前處理方法通常還要在鋼鐵的表麵形成一層化學轉化膜,該轉化膜既有一定的防腐能力,可以避免零件在噴塗前短暫的時間內返鏽,也可以增加零件表麵的粗糙度,增強塗料與基底的結合力。目前大部分采用的是磷化工藝,隨著節能減排的不斷推進,新型無磷轉化膜正在悄然取代傳統的磷化膜。

1磷化工藝

工件浸入磷化液(某些酸式磷酸鹽為主的溶液),在表麵沉積形成一層不溶於水的結晶型磷酸鹽轉換膜的過程,稱之為磷化。按磷化膜的成分可分為鋅係、鋅鈣係、鋅錳係、錳係、鐵係、非晶相鐵係六大類。按處理溫度可以分為低溫型、中溫型、高溫型等。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[1]。磷化處理是目前鋼鐵塗裝前處理常用的處理方式。但因磷化液中重金屬含量較多,廢水處理的難度比較大,如果處理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、節能減排的方向發展。

2矽烷化處理工藝

矽烷化處理是以有機矽烷水溶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是可水解的基團,R′是有機官能團。

矽烷在水溶液中通常以水解的形式存在:

-Si(OR)3+H2O→Si(OH)3+3ROH

矽烷水解後通過其SiOH基團與金屬表麵的MeOH基團(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共價鍵。一般來說,共價鍵間的作用力可達700kJ,矽烷與金屬之間的結合是非常牢固的;另一方麵,剩餘的矽烷分子通過SiOH基團之間的縮聚反應在金屬表麵形成具有Si-O-Si三維網狀結構的矽烷膜。該矽烷膜在烘幹過程中和後道的電泳漆或噴粉通過交聯反應結合在一起,形成牢固的化學鍵。這樣,基材、矽烷和油漆之間可以通過化學鍵形成穩固的膜層結構。

與傳統的磷化處理相比,矽烷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,可以降低廢水處理的成本,減輕環境汙染。矽烷化處理沉渣量少,甚至無渣,可以避免因沉渣導致設備維修保養費用及誤工費用。②不需表調,也不需要亞硝酸鹽促進劑等,藥劑用量少,可加快處理速度,提高生產效率,也減少了這類化學物質的對環境汙染。③可在常溫下進行,不需加溫,減少能源消耗。④一種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

陶化工藝是近兩年新興的一種處理工藝,它是以鋯鹽為基礎在金屬表麵生成一層納米級陶瓷膜。陶化劑不含重金屬、磷酸鹽和任何有機揮發組分,成膜反應過程中幾乎不產生沉渣,可處理鐵、鋅、鋁、鎂等多種金屬。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行區分。采用陶化工藝時,可省掉磷化工藝中的表調工序,減少前處理藥劑的消耗。

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

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

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

(3)鋯酸根的兩級離解:H2ZrF+H+→ZrF+2H+

由於表麵的H+濃度急劇下降,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:當表麵離解出的ZrF與溶解中的金屬離子Fe2+達到溶度積常數Ksp時,就會形成鋯酸鹽沉澱。

Fe2++ZrF +H2O→FeZrF6?2H2O

鋯酸鹽沉澱與水分子一起形成成膜物質,以[Zr]為膜晶核不斷堆積,晶核繼續長大成為晶粒,無數個經理堆積形成轉化膜。

矽烷化處理和陶化處理都可稱之為無磷成膜處理,目前市場上還有其它方式的無磷成膜處理方法,這些新技術與矽烷化或陶化處理有很多相似之處,一般都含有微量甚至不含重金屬和磷酸鹽,不需要表調,可處理多種板材等,處理時間短,可以提高生產效率,在節能減排方麵具有相當大的優勢,無磷成膜技術必將成為未來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結語

矽烷化和陶化等無磷成膜技術的應用,使鋼鐵表麵化學轉化膜技術發生了重大變革。盡管這些轉化膜工藝尚未成熟,與磷化處理相比,在實際生產應用中還存在一些難度,但粉色视频黄片软件相信,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取代傳統的磷化工藝,或者出現更為先進的處理工藝。