铝合金硅烷化处理工艺及其涂装配套性研究

发布时间：2017-05-25 02:18

  本文关键词：铝合金硅烷化处理工艺及其涂装配套性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硅烷化处理技术是一种新兴的金属表面处理技术,它具备低成本、绿色环保、适用面广及处理件耐蚀性优异的优势,可以有效替换严重污染环境的铬酸盐转化工艺和磷化工艺,成为国内外学者研究的热点。目前,该技术已在钢铁上得到应用,但在铝合金上的应用还较少,主要有膜层耐蚀性与金属表面传统处理工艺——铬酸盐转化工艺和磷化工艺存在一定差距,处理液不稳定等问题,从而限制了该技术的应用。在本文中,对硅烷化处理工艺进行系统研究,对硅烷浓度、pH值、水解时间等水解参数进行研究,对体系中膜层的制备工艺及性能进行优化,同时通过添加稀土添加剂以期能提高硅烷膜的性能。本文选取硅烷偶联剂KH-550对铝合金基体进行处理,对硅烷的水解工艺、硅烷膜的制备工艺、改性工艺以及涂装工艺进行研究。选用电导率测试法在线监测硅烷溶液的水解进程,选用单因素变量法和正交试验法对硅烷溶液的组成、水解时间、溶液pH值等因素进行研究,实验表明,KH-550/乙醇/去离子水的最佳比例为5/35/60,水解4h,pH值7为最佳参数值。采用单因素变量法研究硅烷偶联剂KH-550在铝合金基体表面的成膜工艺,采用CuSO4点滴测试及电化学极化曲线测试得出浸涂时间、固化时间、固化温度等成膜因素的最佳取值,从而确定硅烷膜的最佳成膜工艺。结果表明,铝合金基体在硅烷溶液中浸涂60s后放入电热鼓风干燥箱中180℃加热40min得到的硅烷膜具有较好的耐蚀性,硅烷膜经极化曲线测试得出腐蚀电流密度(Icorr)为3.043*10-7A/cm2,自腐蚀电位(Ecorr)为-0.607V；空白试样的腐蚀电流密度(Icoor)为1.262*10-5A/cm2,自腐蚀电位(Ecorr)为-0.931V,硅烷膜能够显著提高铝合金基体的耐蚀性。在盐水浸泡试验中,相比较于空白基体,硅烷膜能有效阻挡腐蚀介质的侵入,起到防腐蚀作用。疏水性试验表明,硅烷膜的涂覆能显著增大基体表面的接触角,提高基体疏水性,在空白基体与硅烷膜的对比中,疏水角从12.51。提升到了54.02。。采用扫描电镜和能谱仪对硅烷膜形貌及成分进行分析,硅烷膜能将基体表面的微孔填平,在金属表面形成一层由C、O、Si等元素构成的均匀、致密的膜层。采用单因素变量法对硅烷偶联剂改性工艺进行研究,通过掺杂稀土铈盐来增强硅烷膜的耐蚀性能,采用一步法制备铈盐改性硅烷膜并确定其最佳掺杂浓度为5×10-1g/L,CuSO4点滴测试及电化学测试结果表明此时基体耐蚀性较好且优于传统硅烷膜。在盐水浸泡试验中,铈盐改性硅烷膜的防腐能力优于传统硅烷膜,对基体起到更好的保护作用；对涂覆铈盐改性硅烷膜的基体进行扫描电镜和能谱分析,膜层表面均匀的分散着细颗粒物经EDS能谱分析得出细颗粒物成分中含有Ce元素；同时,在激光共聚焦显微分析图谱中,添加铈盐能显著增加膜层厚度,对阻止腐蚀介质的入侵起到一定的积极作用,从而能在一定程度上增加膜层的耐蚀性。基体涂覆有硅烷膜后一般在最外层涂装一层有机涂层起到保护或装饰的作用,采用电泳的方法在铝合金基体硅烷膜外涂覆一层有机涂层,采用盐雾试验测试基体的耐腐蚀性,实验结果表明有机涂层能够显著提高基体的耐蚀性；采用划格试验测试金属与有机涂层的结合力,测试结果显示硅烷膜作为中间层能够显著提高金属与有机涂层间的结合力,层间结合强度为0级。
【关键词】：铝合金 硅烷偶联剂 耐蚀性 铈盐改性 结合力
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 铝合金的用途及腐蚀现状13-14
• 1.1.1 铝及其合金的性质及用途13
• 1.1.2 铝及其合金的腐蚀现状及类型13-14
• 1.2 铝合金表面的腐蚀与防护14-16
• 1.2.1 阳极氧化处理14-15
• 1.2.2 铬酸盐钝化处理15
• 1.2.3 磷酸盐转化膜处理15
• 1.2.4 稀土转化膜处理15-16
• 1.3 铝合金表面硅烷化处理技术16-20
• 1.3.1 功能性有机硅烷简介16
• 1.3.2 有机硅烷的分类16-17
• 1.3.3 硅烷偶联剂作用机理17-19
• 1.3.3.1 化学键合理论17-18
• 1.3.3.2 物理吸附理论18-19
• 1.3.3.3 可逆水解平衡理论19
• 1.3.3.4 酸碱相互作用理论19
• 1.3.4 硅烷偶联剂研究进展19-20
• 1.4 本课题研究内容20-22
• 第2章 实验内容与方法22-28
• 2.1 实验材料及性状22-23
• 2.1.1 实验材料22
• 2.1.2 主要材料介绍22-23
• 2.1.2.1 6063铝合金22-23
• 2.1.2.2 KH-55023
• 2.1.2.3 双组份环氧底漆23
• 2.2 实验仪器及设备23-24
• 2.3 铝合金表面的前处理24
• 2.4 硅烷溶液的制备24-25
• 2.4.1 单一硅烷溶液的制备24
• 2.4.2 复合硅烷溶液的制备24
• 2.4.3 硅烷膜的制备24-25
• 2.4.4 涂装膜的制备25
• 2.5 性能检测25-28
• 2.5.1 硅烷溶液电导率测试25
• 2.5.2 硅烷膜耐腐蚀性能检测25-26
• 2.5.3 膜的电化学测试——动电位扫描测定极化曲线26-27
• 2.5.4 硅烷膜的形貌观察27
• 2.5.4.1 扫描电镜及能谱分析27
• 2.5.4.2 高温激光共聚焦显微分析27
• 2.5.5 漆膜附着力检测27-28
• 第3章 硅烷偶联剂KH-550水解工艺研究28-38
• 3.1 硅烷偶联剂水解的理论基础28-29
• 3.1.2 硅烷偶联剂水解机理28
• 3.1.3 硅烷偶联剂缩合机理28-29
• 3.2 水解工艺的确定29-30
• 3.2.1 水解溶剂的确定29
• 3.2.2 水解程度检测方法的确定29-30
• 3.2.3 实验过程30
• 3.3 实验结果与分析30-36
• 3.3.1 水解溶剂的选择30-32
• 3.3.1.1 水解30-31
• 3.3.1.2 醇解31
• 3.3.1.3 混合溶剂水解31-32
• 3.3.2 硅烷浓度及水解时间的选择32-33
• 3.3.3 pH值的影响33-34
• 3.3.4 金属预处理34-36
• 3.4 正交试验36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 KH-550硅烷膜制备工艺研究38-49
• 4.1 基体在硅烷溶液中的浸涂时间38-39
• 4.1.1 实验过程38
• 4.1.2 实验结果与讨论38-39
• 4.2 成膜工艺参数的确定39-42
• 4.2.1 硅烷膜固化温度39-41
• 4.2.1.1 实验过程39-40
• 4.2.1.2 实验结果与讨论40-41
• 4.2.2 硅烷膜固化时间41-42
• 4.2.2.1 实验过程41
• 4.2.2.2 实验结果与讨论41-42
• 4.3 最佳工艺条件下硅烷膜性能测试42-48
• 4.3.1 电化学测试43-44
• 4.3.2 盐水浸泡试验44-45
• 4.3.3 疏水性测试45-46
• 4.3.4 SEM图谱及EDS分析46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 KH-550硅烷膜的改性研究49-61
• 5.1 硅烷膜改性的类型49
• 5.2 硅烷膜改性原理49-50
• 5.3 实验部分50-59
• 5.3.1 改性材料的选择50
• 5.3.2 改性方法50
• 5.3.3 实验目的及方法50-51
• 5.3.4 铈盐掺杂含量数量级的确定51-52
• 5.3.4.1 实验过程51
• 5.3.4.2 实验结果及分析51-52
• 5.3.5 铈盐最佳掺杂浓度的确定52-54
• 5.3.5.1 实验过程52-53
• 5.3.5.2 实验结果及分析53-54
• 5.3.6 最佳铈盐含量下制备改性硅烷膜性能测试54-59
• 5.3.6.1 电化学测试分析54-55
• 5.3.6.2 盐水浸泡试验55-56
• 5.3.6.3 SEM图谱及EDS能谱分析56-58
• 5.3.6.4 激光共聚焦显微分析58-59
• 5.4 结论59-61
• 第6章 硅烷膜的配套性涂装61-66
• 6.1 电泳涂装61-62
• 6.2 硅烷—有机涂层的制备62
• 6.3 盐雾试验62-63
• 6.3.1 实验步骤62
• 6.3.2 实验结果与分析62-63
• 6.4 硅烷—电泳膜层之间结合强度测试63-65
• 6.4.1 实验步骤63
• 6.4.2 实验结果与分析63-65
• 6.5 本章总结65-66
• 第7章 结论66-68
• 参考文献68-75
• 后记75-76
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况76

【参考文献】

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本文编号：392528