輔助電沉積下硅烷偶聯(lián)劑在碳鋼表面處理的應(yīng)用研究.pdf

1、眾所周知，腐蝕是一個世界性難題，如何提高材料的腐蝕保護(hù)性能一直是材料科學(xué)的一個重要研究課題。金屬表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)是有效的金屬防護(hù)手段。但磷酸鹽轉(zhuǎn)化技術(shù)和鉻酸鹽鈍化技術(shù)均有缺點(diǎn)，主要是生物毒性強(qiáng)、環(huán)境污染大，因而都面臨著逐步被淘汰的趨勢?；诃h(huán)境友好型金屬硅烷化技術(shù)是被認(rèn)為有望完全取代傳統(tǒng)的磷化技術(shù)和鉻酸鹽鈍化技術(shù)的一種完全符合綠色環(huán)保要求的新型技術(shù)工藝。
　　本論文主要研究了不同工藝條件下制備的硅烷膜的具體使用性能，明確了硅烷膜制備

2、的最佳工藝條件。其次通過鋅鎳顆粒摻雜對硅烷膜進(jìn)行物理改性，同電化學(xué)沉積技術(shù)有效結(jié)合，在一定程度上改善了膜厚較薄且不均勻等問題。最后用硅烷摻雜改性電泳涂層，以建立金屬基體/硅烷膜/電泳涂層的成套腐蝕防護(hù)體系用于碳鋼等基體的腐蝕保護(hù)，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。本次實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可概括如下:
　　(1)實(shí)驗(yàn)首先研究了文中最常用到的兩種硅烷的工藝條件，結(jié)果表明:KH-560硅烷水解pH條件為4.5，水解時間為48h; KH-550硅烷水解pH條

3、件為8.0，水解時間為8h。兩種硅烷均按硅烷∶乙醇∶水=5∶75∶25（體積比）配比，成膜時間3min，100℃固化1h條件下制備的硅烷膜性能最佳。該工藝條件下測得KH-560硅烷膜自腐蝕電位為-0.492V，KH-550硅烷膜自腐蝕電位為-0.532V，兩種硅烷膜自腐蝕電流密度均接近10-6A/cm2數(shù)量級。
　　(2)實(shí)驗(yàn)在對硅烷膜物理改性研究中，首先選用Zr(SO4)2、Zn(NO3)2和SiO2三種添加劑對硅烷膜進(jìn)行物理改

4、性，結(jié)果表明選用的三種添加劑均能夠不同程度的提高硅烷膜的耐腐蝕性能。而后實(shí)驗(yàn)選擇工業(yè)上常見的鋅鎳顆粒進(jìn)行摻雜改性，實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明:硫酸鹽體系下鋅鎳溶液濃度約為15％時，硅烷復(fù)合膜性能最佳，其自腐蝕電流密度為10-6A/cm2數(shù)量級。而鋅酸鹽體系下鋅鎳溶液濃度約為20％時，硅烷復(fù)合膜性能最佳，其自腐蝕電流密度為10-7A/cm2數(shù)量級。同時經(jīng)鋅鎳顆粒改性的硅烷復(fù)合膜阻抗值達(dá)到105Ω數(shù)量級。
　　(3)硅烷摻雜共沉積電泳涂層的測試

5、結(jié)果表明:隨著電泳溶液中硅烷濃度的不斷上升制備得到的電泳涂層阻抗值也相應(yīng)提高。當(dāng)KH-560硅烷溶液∶電泳溶液=0.4∶1（體積比）時，制備的電泳涂層阻抗值最大，能夠達(dá)到107Ω數(shù)量級。當(dāng)KH-550硅烷溶液∶電泳溶液=0.5∶1（體積比）時，制備的電泳涂層阻抗值最大，達(dá)到106Ω數(shù)量級。但當(dāng)電泳溶液中硅烷濃度超過一定值時，會出現(xiàn)電泳“失敗”的現(xiàn)象。因此，選用合適的硅烷濃度是制備優(yōu)良電泳涂層的前提。
　　(4)實(shí)驗(yàn)通過鹽水浸泡試驗(yàn)

6、、電化學(xué)測試、中性鹽霧實(shí)驗(yàn)等測試方法，表征了膜層的耐腐蝕性能。同時紅外光譜分析證明了硅烷發(fā)生水解縮合反應(yīng)后產(chǎn)生了交聯(lián)產(chǎn)物[-Si-O-Si-]n和強(qiáng)化學(xué)鍵合作用的-Si-O-M，而硅烷在1010cm-1處附近對應(yīng)的Si-O-Si吸收峰存在不同程度的寬化現(xiàn)象，說明硅烷在基體表面產(chǎn)生了很好的化學(xué)鍵合作用。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)改性后的硅烷膜，有效改善了單一硅烷膜表面不均勻，致密性較差，容易產(chǎn)生裂縫和孔洞等問題。
　　(5)實(shí)驗(yàn)在原有研究內(nèi)容