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纳米硅烷的优势和发展前景

2017-11-02 09:42:15 凤凰国际彩票

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硅烷技术是以有机硅烷为主要原料对金属或非金属材料进行表面处理的过程,它与传统磷化、铬化等工艺相比具有多个优点:不含有害重金属离子;无磷,无需加温;硅烷处理过程不产生沉渣,处理时间短,控制简便;设备投资小、工序少,处理能耗低;可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。相比另一个新型处理工艺陶化剂来说,硅烷处理剂不产生沉渣,处理时间更短,稳定性更佳,最突出的特点是硅烷处理液甚至可以不经任何处理直接达标排放。

关于纳米硅烷未来的改进方式有以下几种:

1.添加纳米粒子,当人尝试在铝合金表面沉积BTSE硅烷膜时添加纳米级CeO2粒子,结果显示,当CeO2粒子均匀分布时,形成的膜很薄,小于100nm,而且在四个月的老化时间里,CeO2粒子的存在都不会影响BTSE硅烷溶液的稳定性,XPS结果显示,在固化膜中BTSE中的Si有可能与Ce成键。当人在低碳钢表面沉积BTSPA硅烷时添加纳米级SiO2粒子。结果显示,当添加量达到一定数量时(约3×10-4),膜的耐蚀性和疏水性都有明显提高,膜有更高的硬度和厚度。在适宜的条件下,粒子的分布很均匀,形成粗糙的表面,有利于后续有机涂层的固定。在AA2024-T3铝合金使用电辅助沉积DTMS膜时,向硅烷溶液中添加纳米级TiO2,结果显示,电化学辅助沉积和添加纳米TiO2都会增加膜的厚度,提高覆盖度和粗糙度。膜也有更好的疏水性和耐蚀性。当两种技术混合时,性能会进一步提高。

2.双层复合膜,在钼酸盐处理过的热镀钢板上再浸涂一层硅烷膜,复合膜具有2个明显的膜层,最外层基本上是由C,O,Si组成的硅烷膜,内层则为钼酸盐转化膜,膜厚约为350~400nm;复合膜中硅烷膜/钼酸盐转化膜/基体的化学成分形成连续的梯度变化。复合膜可以推迟锌层出现白锈的时间,抗蚀性能超过了铬酸盐钝化膜。除了使用上述两步成膜法外,还尝试将硅烷溶液与钼酸盐溶液混合,一步成膜,结果发现所得膜与两步成膜法有类似的双层膜结构。先将镀锌钢浸在硝酸镧溶液中,在其表面形成一层镧酸盐转化膜,在用硅烷溶液处理,形成的硅烷膜填补转化膜上的微裂纹和针孔并形成外部膜,这种转化膜性能良好,与铬化处理相当。

3.掺杂铈盐及铈的氧化物,为了能够使硅烷膜拥有和铬化处理相同的自愈性,国内外学者们做了大量探究工作,而目前应用最多、效果较好的是铈盐、铈的氧化物。尝试在碳钢表面的BTSE膜中添加硝酸铈铵,Ce4+存在时,表面更厚也更精致,并且会释放出Ce3+,形成更加致密的网状结构。在AA2024-T3铝合金和镀锌钢表面的新型BTESPT硅烷膜中添加Ce(NO3)3时,除了性能的提高外也表现出更长的寿命。陈东初等人在含有Ce(NO3)3的硅烷溶液中加入了一种氯化物促进剂,可以提高膜的致密度并提高膜中Ce(Ce3+和Ce4+)的含量。尝试将添加纳米粒子与铈酸盐两种改性一同应用在硅烷膜上,发现两种改性手段有协同作用,在BTSE双层膜中进一步添加纳米粒子与铈酸盐,结果显示三种改性同时应用时,效果最好。

近年来硅烷化处理技术发展迅速,整体趋势是向着更加绿色环保、高效实用的方向发展,具体来说,主要体现在以下几个方面:

1.硅烷溶液的完全水性化。为提高硅烷溶液的水溶性,通常加入甲醇或者乙醇作为溶剂。但是,一者成本增加,二者有机溶剂挥发,造成污染。同时,有机溶剂容易在膜层中存留,影响膜层性能,所以如何少用或完全不用有机溶剂,是硅烷化膜处理领域研究的重要内容。

2.新型改性方法比传统的改性方法,虽然大大提高了硅烷膜的耐蚀性、粘接性等多方面性能,减少了膜的缺陷,赋予膜自愈性。但是该领域的研究不是很成熟,离工业化应用还有很长距离,学者们需要致力于开发新型改性方法的深入研究,形成稳定的溶液体系,向着膜的复合化、功能化、自愈能力提高等方向努力。

3.新型成膜技术浸泡、刷涂等成膜方式工艺简单、设备成本低,至今仍是应用最为广泛的成膜方式,但其不足日益明显,积极探讨电化学辅助沉积、等离子体沉积等新兴沉积技术,有效控制膜的厚度与致密性,改善膜的性能,是将来重要的研究内容。

4.在不同基体上的应用,目前硅烷膜在铝合金上应用相对成熟,但在碳钢、镀锌钢等基体上的应用研究还相对较少,尤其是与电泳底漆配套使用时,在膜层耐蚀性、膜层与涂层结合力等方面存在诸多问题,有待于进一步探讨。

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