金属表面硅锆复合处理工艺及耐蚀性能研究

发布时间：2017-09-12 09:46

  本文关键词：金属表面硅锆复合处理工艺及耐蚀性能研究

  更多相关文章： 硅烷化处理 纳米陶瓷锆盐处理 硅锆复合膜 附着力 耐蚀性

【摘要】：传统的磷化和铬酸盐钝化工艺能较好地满足金属涂装的技术要求,但这两种工艺存有自身的缺陷,处理工艺复杂且不环保,铬酸盐钝化已被禁用。硅烷化处理和纳米陶瓷锆盐处理是人们正在寻求的替换磷化的较为经济、环保、高效的涂装前处理工艺。但两种技术也有自身局限性,硅烷水解不稳定,所得膜层耐蚀性不高且不具有自修复能力。锆盐处理所得锆膜与有机涂层间的附着力不如硅烷膜和磷化膜层,耐蚀性也不高。为此,很多研究者试图通过多种途径对两种工艺加以改性或者将两者相结合来弥补各自缺陷。但是对于两种工艺及两者的复合处理,国内的研究与探索大多着力于处理液的性能、技术优势和膜层微观结构方面,关于硅烷的水解及复合处理具体的实验数据和耐蚀机理等的研究则很少。本文在展开大量实验的基础上,通过电导率检测法研究了KH550硅烷的最佳水解工艺,包括水解液最佳配比、pH值、水解温度和时间等。通过正交试验法确定了硅锆复合处理液各组分配比,制定了硅锆复合处理液的制备路线。利用单因素试验法初步确定了硅锆复合处理膜的最佳成膜工艺条件,包括pH值、浸渍时间、温度、空停时间以及干燥方式。采用金相显微镜和扫描电镜观察对比了膜层微观结构,通过硫酸铜点滴试验、电化学测试、浸泡试验及中性盐雾试验对比研究了硅烷膜、锆膜以及硅锆复合膜的耐蚀性能,并通过附着力及耐热性能测试检测了膜层与涂层的附着力和热稳定性,初步探讨了硅锆复合膜的成膜和耐蚀机理。通过实验研究,确定了KH550硅烷的水解工艺：水解液最佳配比为V(KH550):V(乙醇)：V(去离子水)=15：20.65,水解时间12h,控制在24h内,pH值8-10,水解温度20℃-40℃。硅锆复合处理液制备路线：水解完全的KH550硅烷滴加到氟锆酸体系直至混合溶液pH值为3,之后用氨水调节pH值。氟锆酸体系的最佳组分配比：50m1/L氟锆酸；5g/L酒石酸；3g/L硝酸钠；10ml/L氢氟酸；15ml/L氟钛酸；10ml/L氟硼酸。最佳工艺参数：pH值3.5,成膜温度35℃,浸渍时间5min,空停时间15s,电吹风干燥。微观结构显示硅烷化处理和硅锆复合处理均能在冷扎钢表面形成一层无定形的膜层,而锆盐处理则形成纳米晶结构膜层。硅烷膜和锆膜表面有微观裂纹,而硅锆复合膜均匀致密少裂纹。复合膜主要成分含有Si、Zr,表明硅烷和氟锆酸都参与了成膜反应。点滴试验、电化学测试、盐雾试验及浸泡试验都显示,硅锆复合膜的耐蚀防护性能高于硅烷膜和锆膜。附着力和耐热性能测试表明硅锆复合膜具有更好的附着力和热稳定性。初步分析了硅锆复合膜的形成过程和耐蚀机理,由成膜过程可知：氟锆酸水解生成的以Zr02为主的纳米颗粒被KH550硅烷形成的三维网状结构(Si-O-Si)包裹,协同沉积在金属表面,形成一种无机的无定型氧化物混合物和有机的三维网状结构混合膜层。由耐腐蚀机理可知,纳米陶瓷颗粒的存在填充了硅烷三维网状结构的孔隙,填充了复合膜上的微观裂纹,提高了膜的完整性,使得膜层综合性能提高。
【关键词】：硅烷化处理 纳米陶瓷锆盐处理 硅锆复合膜 附着力 耐蚀性
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 金属的腐蚀与防护9-10
• 1.1.1 金属的腐蚀9
• 1.1.2 金属腐蚀的防护9-10
• 1.2 金属涂装前处理工艺的目的与研究现状10-11
• 1.3 硅烷化处理工艺11-14
• 1.3.1 硅烷化处理工艺的研究现状以及改性硅烷膜的研究11-12
• 1.3.2 硅烷偶联剂的结构以及对金属材料的作用机理12-14
• 1.4 纳米陶瓷锆盐处理工艺14-15
• 1.4.1 纳米陶瓷锆盐处理工艺的研究现状14-15
• 1.4.2 纳米陶瓷锆盐处理工艺的防护机理15
• 1.5 硅锆复合处理工艺的研究现状15-16
• 1.6 选题的目的及意义16-18
• 第二章 实验方法与条件18-26
• 2.1 实验试剂、材料与仪器18-20
• 2.1.1 实验试剂18-19
• 2.1.2 实验材料19-20
• 2.1.3 实验仪器和设备20
• 2.2 实验流程20-21
• 2.3 膜层分析检测方法21-26
• 2.3.1 膜层宏观及微观表面分析评价21-22
• 2.3.2 膜层耐蚀性能评价22-24
• 2.3.3 膜层附着力测试24-25
• 2.3.4 膜层耐热性能测试25-26
• 第三章 硅烷水解工艺的研究26-36
• 3.1 硅烷的选择26-28
• 3.1.1 硅烷偶联剂的结构对硅烷选择的影响26-27
• 3.1.2 涂料(有机聚合物)对硅烷选择的影响27-28
• 3.1.3 金属基体对硅烷选择的影响28
• 3.2 硅烷的水解与缩合28-29
• 3.3 硅烷水解程度检测29
• 3.4 硅烷水解工艺参数的确定29-34
• 3.4.1 硅烷水解介质的确定29-30
• 3.4.2 硅烷水解液pH值的确定30-31
• 3.4.3 硅烷水解液组分和水解时间的确定31-34
• 3.4.4 硅烷水解温度的确定34
• 3.5 KH550硅烷水解体系的傅立叶红外吸收光谱34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 金属表面硅锆复合处理膜的制备工艺36-50
• 4.1 硅锆复合处理液各组分配比的确定36-39
• 4.1.1 硅锆复合处理液基础组分的选择36-37
• 4.1.2 硅锆复合处理液的制备37-38
• 4.1.3 初步筛选基础组分38-39
• 4.2 正交试验和极差分析39-41
• 4.3 金属表面硅锆复合处理最佳工艺参数的确定41-49
• 4.3.1 硅锆复合处理液pH值对复合膜的影响41-43
• 4.3.2 成膜温度对硅锆复合膜的影响43-45
• 4.3.3 浸渍时间对硅锆复合膜的影响45-47
• 4.3.4 空停时间对硅锆复合膜的影响47-48
• 4.3.5 干燥条件对硅锆复合膜的影响48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 金属表面硅锆复合膜性能及耐蚀机理分析50-62
• 5.1 金属表面硅锆复合膜表面形貌及成分分析50-53
• 5.1.1 硅锆复合膜外观比较50
• 5.1.2 硅锆复合膜表面微观形貌及成分分析50-53
• 5.2 金属表面硅锆复合膜耐蚀性能研究53-57
• 5.2.1 硫酸铜点滴试验53-54
• 5.2.2 电化学性能测试分析54-55
• 5.2.3 浸泡试验55-56
• 5.2.4 中性盐雾腐蚀试验56-57
• 5.3 硅锆复合膜附着力测试57-58
• 5.4 硅锆复合膜耐热性能测试58-59
• 5.5 硅锆复合膜成膜机理及耐蚀机理的探讨59-60
• 5.5.1 成膜机理59-60
• 5.5.2 耐蚀机理60
• 5.6 本章小结60-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文70-71

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