金属表面硅烷钝化液及性能研究

发布时间：2017-09-10 23:37

  本文关键词：金属表面硅烷钝化液及性能研究

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【摘要】：世界上每年因腐蚀的金属约占总产量的1/3,如何防止金属锈蚀已成为科学界研究的重大课题,传统的铬酸盐钝化、磷酸盐转化等技术虽然可以解决金属的腐蚀问题但污染环境并对人类健康构成威胁,随着绿色化工清洁生产的提出,研制出新型绿色环保的金属表面处理技术迫在眉睫。硅烷具有独特的化学结构可在金属表面形成很好的保护层,起到防腐的功效,因此金属表面硅烷化处理技术被认为是最理想的替代防止金属腐蚀的技术。采用有机硅树脂和聚氨酯树脂并且参杂少量金属离子配制成硅烷钝化液进行表面处理已应用于多种金属和金属合金的防腐蚀中。通过查阅大量关于金属表面防腐处理技术的文献,本论文详述了金属表面硅烷化处理技术的发展现状及前景、现有的工艺处理技术及设备技术和工程技术,并且对实际生产应用中出现的状况进行分析。总结了应用硅烷化进行金属表面处理与传统的金属表面防护技术之间的不同,找出了硅烷化处理技术的优缺点,进一步明确了今后对该处理技术需要完善的研究方向。研究表明,经过硅烷化处理后,金属基板与有机硅树脂之间会形成Me-O-Si共价键,金属表面的钝化,通过有机硅氧烷先水解出-OH,然后再进行分子间和分子内的缩合与缩聚反应,最后金属表面的-OH与钝化液之间的-OH脱水缩合,形成Me-O-Si共价键,从而达到金属表面钝化的目的。硅烷化处理技术有着其他表面处理技术所无法比拟的优越性,其具备无污染、处理件耐蚀性好、与涂层结合牢固、处理过程无渣、常温可行、与原有涂装处理工艺相容等特点,具有环保、节能、低排放、低使用成本等优点,具有较高的应用价值。但是硅烷膜极薄(0.2 um~0.3 um).正是由于这方面的原因使其不能够在较长的时间内防止金属防腐,而且硅薄膜也不具备自愈修复的能力。因此低成本、环境友好并且具有自修复能力和更强的耐腐蚀性能的金属表面硅烷化处理技术有待进一步研发。同时硅氧烷水解成硅树脂的稳定性及如何防止硅烷钝化液失效等方面的理论也有待进一步深入研究。金属表面硅烷化处理技术作为一种新型环保的前处理技术在国际上已经得到广泛应用,美国、德国以及日本等发达国家的处理技术已经比较成熟。我国的山东大学、南京大学、南开大学以及一些科研机构在本世纪初期也开始对硅烷化处理技术的作用机理、影响因素和制备方法进行研究,并取得了一定的研究成果。目前硅烷化处理技术主要应用于铝、镁、铁、锌等金属及其合金领域。如在洗衣机、空调、汽车零部件等行业已经有了广泛的应用。在碳钢等工程材料方面的应用还需进一步的研究。本论文主要研究了以下两个内容:1、以硅氧烷、氟锆酸、二氧化硅溶胶、聚氨酯树脂以及金属硝酸盐为原料,制备了应用于冷轧板的硅烷钝化液,通过对钝化液中各组分种类以及含量的改变来改善钝化液的防腐及稳定性能。并对其进行了红外光谱分析、紫外光谱分析、热重分析、扫描电镜分析、电化学分析以及盐水浸泡实验、硫酸铜点蚀实验和膜硬度及附着力测试。结果表明,钝化液的组成为硅树脂,硅溶胶,聚氨酯树脂,氟锆酸和硝酸锌(占总量的3%),pH调到4.0时,形成的杂化膜具有较好的防腐效果,杂化膜的硬度达到4H,膜在冷轧板上的附着力为0级。钝化液具有良好的稳定性,室温放置360天后无沉淀现象。2、以硅氧烷、氟锆酸、二氧化硅溶胶、聚氨酯树脂硅树脂以及金属硝酸盐为原料,制备了应用于铝板的硅烷钝化液,通过对钝化液中各组分种类以及含量的改变来改善钝化液的防腐及稳定性能。并对其进行了红外光谱分析、紫外光谱分析、热重分析、扫描电镜分析、电化学分析以及能谱分析和膜硬度及附着力测试。结果表明,钝化液的组成为硅树脂,硅溶胶,聚氨酯树脂,氟锆酸和硝酸锰(占总量的12%),pH调到3.3时,形成的杂化膜具有较好的防腐效果,杂化膜的硬度达到4H,膜在铝板上的附着力为0级。钝化液具有良好的稳定性,室温放置360天后无沉淀现象。
【关键词】：硅烷化 有机硅 金属表面处理 硅树脂 硅烷钝化液
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4;O627.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 概论12-20
• 1.1 金属表面处理概述12
• 1.2 金属表面处理的性能12-13
• 1.2.1 提高金属抗腐蚀能力13
• 1.2.2 提高金属耐磨性能13
• 1.2.3 修补金属表面缺陷和磨损13
• 1.2.4 提高金属装饰效果13
• 1.3 金属表面处理方法13-16
• 1.3.1 物理方法13-15
• 1.3.1.1 碳氮共渗13
• 1.3.1.2 渗碳13-14
• 1.3.1.3 硼化处理14
• 1.3.1.4 氮化14
• 1.3.1.5 渗硫氮化处理14
• 1.3.1.6 渗钒14
• 1.3.1.7 渗铬14-15
• 1.3.2 化学方法15-16
• 1.3.2.1 氧化处理15
• 1.3.2.2 磷化处理15
• 1.3.2.3 锆盐处理15
• 1.3.2.4 等离子处理15-16
• 1.4 硅烷化处理16-18
• 1.4.1 有机硅烷的结构和种类16-17
• 1.4.2 有机硅烷的特点17-18
• 1.4.3 硅烷化处理的应用18
• 1.5 论文的选题背景及主要研究内容18-20
• 1.5.1 论文选题背景18-19
• 1.5.2 论文研究内容19-20
• 第二章 实验部分20-26
• 2.1 实验试剂及仪器20-21
• 2.1.1 实验试剂20-21
• 2.1.2 仪器设备21
• 2.2 钝化液的制备21-23
• 2.2.1 冷轧板钝化液的制备21-22
• 2.2.2 铝板钝化液的制备22-23
• 2.3 表征方法与仪器23-26
• 2.3.1 形貌表征(SEM)23-24
• 2.3.2 傅里叶变换红外光谱(FTIR)24
• 2.3.3 紫外可见分光光度计（UV）24
• 2.3.4 热重分析法（TGA）24
• 2.3.5 电化学分析仪24
• 2.3.6 盐水浸泡试验24-25
• 2.3.7 硫酸铜点滴试验25
• 2.3.8 能谱分析法25
• 2.3.9 膜硬度及附着力25-26
• 第三章 结果与讨论26-46
• 3.1 冷轧板用硅烷钝化液的性能测试与表征26-35
• 3.1.1 pH对冷轧板用硅烷钝化液防腐性能的影响26-28
• 3.1.2 金属离子种类对冷轧板用硅烷钝化液防腐性能的影响28-30
• 3.1.3 金属与树脂比例对冷轧板用硅烷钝化液防腐性能的影响30-31
• 3.1.4 冷轧板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的FT-IR表征31-32
• 3.1.5 冷轧板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的UV表征32-33
• 3.1.6 冷轧板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的SEM表征33
• 3.1.7 冷轧板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的TGA表征33-34
• 3.1.8 冷轧板用硅烷钝化液防腐性能的盐水浸泡实验34-35
• 3.1.9 冷轧板用硅烷钝化液防腐性能的硫酸铜点蚀实验35
• 3.1.10 冷轧板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的硬度和附着力测试35
• 3.2 铝板用硅烷钝化液的性能测试与表征35-46
• 3.2.1 pH对铝板用硅烷钝化液防腐性能的影响36-37
• 3.2.2 金属离子种类对铝板用硅烷钝化液防腐性能的影响37-40
• 3.2.3 金属离子与树脂的比例对铝板用硅烷钝化液防腐性能的影响40-41
• 3.2.4 铝板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的FT-IR表征41-42
• 3.2.5 铝板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的UV表征42
• 3.2.6 铝板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的SEM表征42-43
• 3.2.7 铝板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的TGA表征43
• 3.2.8 铝板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的EDS表征43-44
• 3.2.9 铝板表面涂布硅烷钝化液成杂化膜的硬度和附着力测试44-46
• 第四章 结论46-47
• 参考文献47-52
• 致谢52-53
• 硕士期间发表论文53

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本文编号：827349