硅烷化處理是以有機(jī)硅烷為主要原料對(duì)金屬或非金屬材料進(jìn)行表面處理的過程。硅烷化處理與傳統(tǒng)磷化相比具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)有害重金屬離子，不含磷，無(wú)需加溫。硅烷處理過程不產(chǎn)生沉渣，處理時(shí)間短，控制簡(jiǎn)便。處理步驟少，可省去表調(diào)工序，槽液可重復(fù)使用。有效提高油漆對(duì)基材的附著力?？晒簿€處理鐵板、鍍鋅板、鋁板等多種基材。

基本介紹

家電行業(yè)目前噴漆或噴粉前處理根據(jù)板材不同多采用磷化以及鉻鈍化處理。但以上兩種處理方法均存在較大缺陷。在環(huán)保方面：磷化含鋅、錳、鎳等重金屬離子并且含有大量的磷，鉻鈍化處理本身就含有嚴(yán)重毒性的鉻，已不能適應(yīng)國(guó)家對(duì)于涂裝行業(yè)的環(huán)保要求。在使用成本方面：磷化處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量磷化渣，需要一套除渣裝置與之配套。并且磷化使用溫度大多為30-50℃，因此還需要輔助加熱設(shè)備及熱源對(duì)磷化槽進(jìn)行加熱。同時(shí)磷化及鉻鈍化后需要大量溢流水對(duì)工件進(jìn)行漂洗。由于在環(huán)保性及使用成本方面存在缺陷，一種新型的環(huán)保、節(jié)能、低排放、低使用成本的噴漆前處理技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外廣大業(yè)內(nèi)技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。

與磷化比較

硅烷處理與磷化及鉻鈍化比較在工位數(shù)量、處理?xiàng)l件、使用成本以及與漆膜附著力性能方面優(yōu)勢(shì)明顯。并且在環(huán)保方面更適應(yīng)國(guó)家對(duì)于各家電涂裝生產(chǎn)企業(yè)的要求，真正達(dá)到節(jié)能減排的目的。

工位工序比較

硅烷化處理對(duì)傳統(tǒng)磷化處理在操作工藝上有所改進(jìn)，在工藝過程方面現(xiàn)有磷化處理線無(wú)需改造即可投入硅烷化生產(chǎn)。表1對(duì)傳統(tǒng)磷化工藝和硅烷化處理進(jìn)行比較。

由表1可見，硅烷化處理與磷化處理相比較可省去表調(diào)及磷化后兩道水洗工序。因硅烷化處理時(shí)間短，因此在原有磷化生產(chǎn)線上無(wú)需設(shè)備改造，只需調(diào)整部分槽位功能即可進(jìn)行硅烷化處理：（1）對(duì)于懸鏈輸送方式改造，可將①預(yù)脫脂、②脫脂、④水洗、保留；③水洗改為脫脂槽；⑤表調(diào)、⑥磷化改為水洗槽；⑦水洗改為硅烷化處理；⑧備用。在改換槽位功能的同時(shí)提高鏈速進(jìn)行生產(chǎn)，以加快前處理生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)率。改造后工位設(shè)置見圖2所示。

1.預(yù)脫脂 2.脫脂 3.脫脂 4.水洗 5.水洗 6.水洗 7.硅烷化 8備用

處理?xiàng)l件比較

傳統(tǒng)磷化處理因沉渣、含磷及磷化后廢水等環(huán)保問題，一直是各涂裝生產(chǎn)企業(yè)為之困擾的問題。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保及節(jié)能減排的重視程度不斷提高，在未來(lái)時(shí)間里，涂裝行業(yè)的環(huán)保及能耗問題會(huì)越來(lái)突出。硅烷技術(shù)的推出，對(duì)于整個(gè)涂裝行業(yè)的前處理環(huán)保及節(jié)能降耗問題，進(jìn)行了革命性的改善。表2將傳統(tǒng)磷化與硅烷化處理的使用條件進(jìn)行比較。

表2可見，在使用溫度方面，由于硅烷成膜過程為常溫化學(xué)反應(yīng)，因此在日常使用中槽液無(wú)需加熱即可達(dá)到理想處理效果。此方面與磷化處理比較，為應(yīng)用企業(yè)節(jié)省了大量能源并減少燃料廢氣排放；另一方面硅烷化反應(yīng)中無(wú)沉淀反應(yīng)，所以在日常處理中不產(chǎn)生沉渣，消除了前處理工序中的固體廢物處理問題并有效地延長(zhǎng)了槽液的倒槽周期；此外，硅烷化處理對(duì)前處理工位設(shè)置進(jìn)行了優(yōu)化，省去傳統(tǒng)表調(diào)及磷化后水洗工序。通過此項(xiàng)優(yōu)化，大大減輕了涂裝企業(yè)的污水處理的壓力

使用成本比較

因成膜原理的差異，硅烷化處理與磷化相比在使用溫度上就已有較大幅度的降低，省去表調(diào)工序。并且在其他涉及生產(chǎn)成本方面，硅烷化相比較磷化也有著明顯的優(yōu)勢(shì)。表3在使用成本方面將硅烷化與磷化相比較。

使用硅烷化工藝能省去磷化加溫設(shè)備、除渣槽、板框壓濾機(jī)及磷化污水處理等設(shè)備，節(jié)省設(shè)備初期投入。在配槽用量方面硅烷化較磷化也減少20%-50%，更關(guān)鍵的是在每平方單耗方面硅烷化的消耗量為傳統(tǒng)磷化的15%-20%。在減少單位面積消耗量的同時(shí)，在處理時(shí)間上硅烷化較磷化也有較大幅度的縮短，從而提高生產(chǎn)率，減少設(shè)備持續(xù)運(yùn)作成本。

微觀形貌比較

因?yàn)楦鞣N磷化及硅烷化的成膜機(jī)理大有不同，因此金屬表面的膜層狀態(tài)及形貌也各不相同。從微觀形貌方面，通過電子掃描電鏡（SEM）圖3觀察可發(fā)現(xiàn)在金屬表面生成的膜層的區(qū)別。

金屬裸板 鐵系磷化

鋅系磷化 硅烷化

由以上電鏡照片可明顯看出，各種處理之間膜層形貌存在較大差異。其中鋅系磷化槽液主體成份是：Zn2+、H2PO3-、NO3-、H3PO4、促進(jìn)劑等。形成的磷化膜層主體組成（鋼鐵件）成分為Zn3(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈樹枝狀、針狀、孔隙較多。相比較鋅系磷化而言，傳統(tǒng)鐵系磷化槽液主體組成：Fe2+、H2PO4-、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主體組成（鋼鐵工件）：Fe5H2(PO4)4·4H2O,磷化膜厚度大，磷化溫度高，處理時(shí)間長(zhǎng)，膜孔隙較多，磷化晶粒呈顆粒狀。硅烷化處理為有機(jī)硅烷與金屬反應(yīng)形成共價(jià)鍵反應(yīng)原理，硅烷本身狀態(tài)不發(fā)生改變，因此在成膜后，金屬表面無(wú)明顯膜層物質(zhì)生成。通過電鏡放大觀察，金屬表面已形成一層均勻膜層，該膜層較鋅系磷化膜薄，較鐵系磷化膜均勻性有很大提高此膜層即為硅烷膜。

鹽水浸泡比較

冷軋板是目前家電企業(yè)用途最為廣泛的金屬材料，但冷軋板沒有鍍鋅板那樣的鍍鋅層、熱軋板的氧化皮及鋁板的氧化膜保護(hù)，因此冷軋板的耐腐蝕性能依賴于涂裝的保護(hù)。對(duì)已涂覆冷軋板試片采用500小時(shí)鹽水（5%濃度）浸泡試驗(yàn)，檢驗(yàn)各種經(jīng)過不同前處理工藝靜電粉末噴涂后（漆膜平均厚度為50±2μm）的耐鹽水性能。由試驗(yàn)結(jié)果可看出，在鹽水浸泡500小時(shí)后各種處理的試片都無(wú)變化。由此可知，各種處理方式對(duì)于工件的耐鹽水腐蝕性能無(wú)明顯差別。為檢驗(yàn)各種處理工藝的附著力表現(xiàn)，對(duì)經(jīng)過500小時(shí)鹽水（5%濃度）浸泡試驗(yàn)后的試片進(jìn)行附著力比較實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)施為圖4所示。

鐵系磷化 鋅系磷化 硅烷化

通過附著力比較試驗(yàn)結(jié)果后可以明顯看到，鐵系磷化可剝離寬度較鋅系磷化與硅烷化差別明顯。鐵系磷化為大面積可剝離，而鋅系磷化與硅烷化處理板其可剝離寬度基本為零。因此可明顯看出鋅系磷化和硅烷化處理與漆膜附著力相當(dāng)，同時(shí)兩者附著力明顯優(yōu)于鐵系磷化。采用硅烷化處理效果與鋅系磷化效果在耐鹽水及附著力方面相當(dāng)。

鹽霧試驗(yàn)比較

鍍鋅板目前因其本身具有較高耐腐蝕性能已被廣大高質(zhì)量家電企業(yè)所采用。為檢驗(yàn)硅烷化處理對(duì)于鍍鋅板的耐腐蝕性能以及附著力表現(xiàn)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)鍍鋅試片采用各種前處理工藝，并對(duì)其噴涂相同厚度的粉末涂料進(jìn)行涂裝，通過500小時(shí)鹽霧試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行附著力比較。

根據(jù)GB/T10125人造氣氛腐蝕試驗(yàn)--鹽霧試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)鍍鋅試片進(jìn)行500小時(shí)中性鹽霧試驗(yàn)。試片漆膜平均厚度為70±2μm。對(duì)鍍鋅板進(jìn)行附著力比較試驗(yàn)，同樣用劃刀延劃叉部位向邊緣部位剝離，考察其可剝離寬度。圖5所示為此項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果。

普通鋅系磷化 鍍鋅專用磷化 硅烷化

通過試驗(yàn)結(jié)果可以看出，普通鋅系磷化可剝離寬度最大，鍍鋅專用磷化可剝離寬度較普通鋅系磷化小，硅烷化可剝離寬度幾乎為零，附著力表現(xiàn)最佳。由此可得出結(jié)論，在鍍鋅板上運(yùn)用硅烷化處理工藝后，可顯著提高鍍鋅板與漆膜間的附著力，提高鍍鋅涂裝產(chǎn)品的質(zhì)量。

溫水浸泡比較

鋁及鋁合金材料本身具有重量輕、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，目前已被家電零部件配套廠商所使用，傳統(tǒng)的鋁材表面處理主要為陽(yáng)極氧化和鉻鈍化兩種。但陽(yáng)極氧化處理存在使用成本高，設(shè)備投入大等缺點(diǎn)，而鉻鈍化本身存在對(duì)環(huán)境的巨大危害性。硅烷處理本身為環(huán)保型處理產(chǎn)品，對(duì)環(huán)境友好，同時(shí)使用成本與鉻鈍化相當(dāng)，大大低于陽(yáng)極氧化成本，因此可看做為鋁件涂裝前處理的理想替代產(chǎn)品。

根據(jù)GB/T1720漆膜附著力測(cè)定法，對(duì)鋁板進(jìn)行不同處理并涂覆聚酯粉末涂料（厚度50±2μm），溫水（40±2℃）浸泡1200小時(shí)后，對(duì)其進(jìn)行劃圈試驗(yàn)。.通過試驗(yàn)結(jié)果可以看出，未處理板為7級(jí)；鉻鈍化板為4級(jí)；硅烷處理板為1級(jí)。硅烷處理附著力最佳。