中文名 | 硅烷處理劑 | 原????料 | 有機(jī)硅烷 |
---|---|---|---|
功????能 | 對金屬或非金屬材料進(jìn)行表面處理 | 特????點(diǎn) | 無有害重金屬離子,不含磷 |
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)國家對于涂裝行業(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)成為國內(nèi)外廣大業(yè)內(nèi)技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。
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)勢明顯。并且在環(huán)保方面更適應(yīng)國家對于各家電涂裝生產(chǎn)企業(yè)的要求,真正達(dá)到節(jié)能減排的目的。
硅烷化處理對傳統(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)有磷化處理線無需改造即可投入硅烷化生產(chǎn)。表1對傳統(tǒng)磷化工藝和硅烷化處理進(jìn)行比較。
表1 磷化與硅烷化工位布置比較
傳統(tǒng)磷化 | 硅烷化 | |
①預(yù)脫脂 | ★ | ★ |
②脫脂 | ★ | ★ |
③水洗 | ★ | ★ |
④水洗 | ★ | ★ |
⑤表調(diào) | ★ | ☆ |
⑥表面成膜 | ★ | ★ |
⑦水洗 | ★ | ☆ |
⑧水洗 | ★ | ☆ |
注:★ 需要 ☆ 不需要
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件方面比較
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。隨著國家對環(huán)保及節(jié)能減排的重視程度不斷提高,在未來時(shí)間里,涂裝行業(yè)的環(huán)保及能耗問題會越來突出。硅烷技術(shù)的推出,對于整個(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 磷化與硅烷化處理?xiàng)l件比較
傳統(tǒng)磷化 | 硅烷化 | |
使用溫度 | 35-40℃ | 常溫 |
處理過程是否產(chǎn)生沉渣 | 有 | 無 |
倒槽周期 | 3 -6個(gè)月 | 6-12個(gè)月 |
是否需要表調(diào) | 有 | 無 |
處理后水洗 | 有 | 無 |
由表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了槽液的倒槽周期;此外,硅烷化處理對前處理工位設(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
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。表3在使用成本方面將硅烷化與磷化相比較。
表3 磷化與硅烷化使用成本比較
傳統(tǒng)磷化 | 硅烷化 | |
配槽用量 | 60-70kg/噸 | 30-50kg/噸 |
每公斤濃縮液處理面積 | 30-40m | 200-300m |
處理時(shí)間 | 4-5min | 0.5-2min |
是否需要除渣槽 | 是 | 否 |
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。
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、H3PO、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:Fe、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,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。
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變化。由此可知,各種處理方式對于工件的耐鹽水腐蝕性能無明顯差別。為檢驗(yàn)各種處理工藝的附著力表現(xiàn),對經(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)。
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)對鍍鋅試片采用各種前處理工藝,并對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。
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極氧化和鉻鈍化兩種。但陽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,對環(huán)境友好,同時(shí)使用成本與鉻鈍化相當(dāng),大大低于陽極氧化成本,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/T1720漆膜附著力測定法,對鋁板進(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;鉻鈍化板為4級;硅烷處理板為1級。硅烷處理附著力最佳。
硅烷處理劑簡介
?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)國家對于涂裝行業(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)成為國內(nèi)外廣大業(yè)內(nèi)技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。
金屬表面處理環(huán)保新技術(shù)——硅烷化處理 [摘要] 硅烷化處理是以有機(jī)硅烷水溶液為主要成分對金屬或非金屬材料進(jìn)行表面處理的過程。在涂裝行業(yè),涂裝前的表面處理以磷化為主,硅烷化處理與傳統(tǒng)磷化相比具有節(jié)能、環(huán)...
硅烷是很危險(xiǎn)的,不能見空氣。見空氣就自然,目前國家關(guān)于硅烷灌裝還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),我們公司原來計(jì)劃申請編寫關(guān)于硅烷罐裝的標(biāo)準(zhǔn)。我們做過這方面給的工作。而且?guī)追N生產(chǎn)硅烷的方法我公司都做過。有興趣可以聯(lián)系。
現(xiàn)在市面上一般都是賣400元左右一公斤的,質(zhì)量比較好一點(diǎn)的,價(jià)格是相對比較貴一點(diǎn)的硅烷作為一種提供硅組分的氣體源,可用于制造高純度多晶硅、單晶硅、微晶硅、非晶硅、氮化硅、氧化硅、異質(zhì)硅、各種金屬硅化物...
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)勢明顯。并且在環(huán)保方面更適應(yīng)國家對于各家電涂裝生產(chǎn)企業(yè)的要求,真正達(dá)到節(jié)能減排的目的。
硅烷化處理對傳統(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)有磷化處理線無需改造即可投入硅烷化生產(chǎn)。表1對傳統(tǒng)磷化工藝和硅烷化處理進(jìn)行比較。
表1 磷化與硅烷化工位布置比較
傳統(tǒng)磷化 |
硅烷化 |
|
①預(yù)脫脂 |
★ |
★ |
②脫脂 |
★ |
★ |
③水洗 |
★ |
★ |
④水洗 |
★ |
★ |
⑤表調(diào) |
★ |
☆ |
⑥表面成膜 |
★ |
★ |
⑦水洗 |
★ |
☆ |
⑧水洗 |
★ |
☆ |
注:★ 需要 ☆ 不需要
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。隨著國家對環(huán)保及節(jié)能減排的重視程度不斷提高,在未來時(shí)間里,涂裝行業(yè)的環(huán)保及能耗問題會越來突出。硅烷技術(shù)的推出,對于整個(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 磷化與硅烷化處理?xiàng)l件比較
傳統(tǒng)磷化 |
硅烷化 |
|
使用溫度 |
35-40℃ |
常溫 |
處理過程是否產(chǎn)生沉渣 |
有 |
無 |
倒槽周期 |
3 -6個(gè)月 |
6-12個(gè)月 |
是否需要表調(diào) |
有 |
無 |
處理后水洗 |
有 |
無 |
由表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了槽液的倒槽周期;此外,硅烷化處理對前處理工位設(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
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。表3在使用成本方面將硅烷化與磷化相比較。
表3 磷化與硅烷化使用成本比較
傳統(tǒng)磷化 |
硅烷化 |
|
配槽用量 |
60-70kg/噸 |
30-50kg/噸 |
每公斤濃縮液處理面積 |
30-40m |
200-300m |
處理時(shí)間 |
4-5min |
0.5-2min |
是否需要除渣槽 |
是 |
否 |
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。
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,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。
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變化。由此可知,各種處理方式對于工件的耐鹽水腐蝕性能無明顯差別。為檢驗(yàn)各種處理工藝的附著力表現(xiàn),對經(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)。
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)對鍍鋅試片采用各種前處理工藝,并對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。
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極氧化和鉻鈍化兩種。但陽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,對環(huán)境友好,同時(shí)使用成本與鉻鈍化相當(dāng),大大低于陽極氧化成本,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/T1720漆膜附著力測定法,對鋁板進(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;鉻鈍化板為4級;硅烷處理板為1級。硅烷處理附著力最佳。2100433B
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金屬表面硅烷處理技術(shù) 摘要:根據(jù)金屬腐蝕及涂層防腐原理, 研究了金屬表面硅烷處理工藝技術(shù)及 處理后的功能特性, 分別進(jìn)行了鹽水浸泡、 中性鹽霧、溫水浸泡試驗(yàn)。結(jié)果表明, 金屬表面硅烷處理工藝技術(shù)可以取代涂裝前磷化處理。 該技術(shù)具有常溫處理、 無 毒性無污染的特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于涂裝前處理與防腐領(lǐng)域。 1 前言 涂裝前磷化處理的鉻鈍化工藝作為一種主要的金屬防腐技術(shù), 廣泛應(yīng)用于不 同的工業(yè)領(lǐng)域,如汽車、飛機(jī)和船舶工業(yè)等。然而磷化含鋅、錳、鎳等重金屬離 子并含有大量的磷, 鉻鈍化處理本身含有危害較大的鉻, 都已不能適應(yīng)國家對涂 裝行業(yè)的環(huán)保要求。磷、鉻化合物的替代物(或稱“綠色防腐劑” )的研究開發(fā) 正方興未艾。本文所要介紹的硅烷便是其中最具潛力的一種。 總體來說,以有機(jī) 硅烷為主的金屬表面防銹技術(shù)具有工藝過程簡單、 無毒性、無污染、適用廣泛等 優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)硅烷處理過的金屬表面的防腐性優(yōu)異,對有機(jī)
為縮短處理劑現(xiàn)場使用所需熟化時(shí)間,硅烷處理劑在使用之前第一步是進(jìn)行一定濃度的預(yù)水解。
①水解反應(yīng):
在水解過程中,避免不了在硅烷間會發(fā)生縮合反應(yīng),生成低聚硅氧烷。低聚硅氧烷過少,硅烷處理劑現(xiàn)場的熟化時(shí)間延長,影響生產(chǎn)效率;低聚硅氧烷過多,則使處理劑渾濁甚至沉淀,降低處理劑穩(wěn)定性及影響處理質(zhì)量。
②縮合反應(yīng):
成膜反應(yīng)是影響硅烷化質(zhì)量的關(guān)鍵步驟,成膜反應(yīng)進(jìn)行的好壞直接影響涂膜耐蝕性及對漆膜的附著力。因此,對于處理劑的PH值等參數(shù)控制顯的尤為重要。并且對于硅烷化前的工件表面狀態(tài)提出了更高的要求:1、除油完全;2、進(jìn)入硅烷槽的工件不能帶有金屬碎屑或其他雜質(zhì);3、硅烷化前處理最好采用去離子水。
③成膜反應(yīng):
其中R為烷基取代基,Me為金屬基材
成膜后的金屬硅烷化膜層主要由兩部分構(gòu)成:其一即在金屬表面,硅烷處理劑通過成膜反應(yīng)形成反應(yīng)③產(chǎn)物,二是通過縮合反應(yīng)形成大量反應(yīng)②產(chǎn)物,從而形成完整硅烷膜,金屬表面成膜狀態(tài)微觀模型可描述為圖1所示結(jié)構(gòu)。
1 硅烷處理與磷化的比較
隨著涂裝行業(yè)中環(huán)保壓力的逐漸增大,環(huán)保型涂裝前處理產(chǎn)品以代替?zhèn)鹘y(tǒng)磷化如今顯的尤為重要。硅烷前處理技術(shù)做為磷化替代技術(shù)之一,已引起了世界涂裝行業(yè)的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)磷化相比,硅烷處理技術(shù)具有環(huán)保性(無有毒重金屬離子)、低能耗(常溫使用)、低使用成本(每公斤處理量為普通磷化的5-8倍),無渣等優(yōu)點(diǎn)。
美國已于上世紀(jì)90年代就開始對金屬硅烷前處理技術(shù)進(jìn)行理論研究,歐洲于上世紀(jì)90年代中期也開始著手對于硅烷進(jìn)行試探性研究。我國在本世紀(jì)初迫于環(huán)保方面的巨大壓力,各大研究機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)也著手對硅烷進(jìn)行研究。
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。
1.4 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,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。
1.5 鹽水浸泡試驗(yàn)比較比較
冷軋板是用途最為廣泛的金屬材料,在每個(gè)行業(yè)都有大規(guī)模的應(yīng)用,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變化。由此可知,各種處理方式對于工件的耐鹽水腐蝕性能無明顯差別。為檢驗(yàn)各種處理工藝的附著力表現(xiàn),對經(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,用劃刀延劃叉部位向邊緣部位剝離,考察其可剝離寬度。
鐵系磷化 硅烷化鋅系磷化
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)。
1.6 鹽霧試驗(yàn)比較
鍍鋅板因其本身具有較高耐腐蝕性能已被廣大高質(zhì)量家電及汽車企業(yè)所采用。為檢驗(yàn)硅烷化處理對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)對鍍鋅試片采用各種前處理工藝,并對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)對其進(jìn)行附著力比較。
根據(jù)GB/T10125-1997人造氣氛腐蝕試驗(yàn)--鹽霧試驗(yàn)對試驗(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。
2 處理方式
工件處理方式,是指工件以何種方式與槽液接觸達(dá)到化學(xué)預(yù)處理之目的,包括全浸泡式、全噴淋式、噴淋浸泡組合式、刷涂式等。它主要取決于工件的幾何尺寸及形狀、場地面積、投資規(guī)模、生產(chǎn)量等因素的影響。例如幾何尺寸復(fù)雜的工件,不適合于噴淋方式;油箱、油桶類工件在液體中不易沉入,因而不適合于浸泡方式。
2.1 全浸泡方式
將工件完全浸泡在槽液中,待處理一段時(shí)間后取出,完成除油或硅烷化等目的的一種常見處理方式,工件的幾何形狀繁簡各異,只要液體能夠到達(dá)的地方,都能實(shí)現(xiàn)處理目標(biāo),這是浸泡方式的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),是噴淋、刷涂所不能比擬的。其不足之處,是沒有機(jī)械沖刷的輔助使用。并且象連續(xù)懸掛輸送工件時(shí),除工件在槽內(nèi)運(yùn)行時(shí)間外,還有工件上下坡時(shí)間,因而使設(shè)備增長,場地面積和投資增大,并且工序間停留時(shí)間較長,易引起工序間返銹,影響硅烷化質(zhì)量。
2.2 全噴淋方式
用泵將液體加壓,并以0.1~0.2Mpa的壓力使液體形成霧狀,噴射在工件上達(dá)到處理效果。優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)線長度縮短,相應(yīng)節(jié)首了場地、設(shè)備、不足之處是,幾何形狀較復(fù)雜的工件,像內(nèi)腔、拐角處等液體不易到達(dá),處理效果不好,因此只適合于處理幾何形狀簡單的工件。并且能有效的減小首次投槽費(fèi)用。
2.3 噴淋-浸泡結(jié)合式
噴淋-浸泡結(jié)合式,一般是在某道工序時(shí),工件先是噴淋,然后入槽浸泡,出槽后再噴淋,所有的噴淋、浸泡均是同一槽液。這種結(jié)合方式即保留了噴淋的高效率,提高處理速度,又具有浸泡過程,使工件所有部位均可得到有效處理。因此噴淋-浸泡結(jié)合式前處理即能在較短時(shí)間內(nèi)完成處理工序,設(shè)備占用場地也相對較少,同時(shí)又可獲得滿意的處理效果。在硅烷化處理中可考慮脫脂工序采用噴淋-浸泡結(jié)合式。
2.4 刷涂方式
直接將處理液通過手工刷涂到工件表面,來達(dá)到化學(xué)處理的目的,這種方式一般不易獲得很好的處理效果,在工廠應(yīng)用較少。對于某些大型、形狀較簡單的工件,可以考慮用這種方式。
3 工藝流程
根據(jù)硅烷化的用途及處理板材不同,分為不同的工藝流程。
3.1 鐵件、鍍鋅件
預(yù)脫脂——脫脂——水清洗——水清洗——硅烷化——烘干或晾干——后處理
3.2 鋁件
預(yù)脫脂——脫脂——水洗——水洗——出光——水洗——硅烷化——烘干或晾干——后處理
3.3 磷化后鈍化
有銹工件:
預(yù)脫脂——水清洗——脫脂除銹“二合一”-——水清洗——中和——表調(diào)——磷化——水洗——硅烷化——烘干或晾干——后處理。
無銹工件:
預(yù)脫脂——脫脂——水清洗——水清洗——表調(diào)——磷化——水清洗——硅烷化——烘干或晾干——后處理。
3.4 工件防銹
預(yù)脫脂——脫脂——水清洗——水清洗——硅烷化——烘干或晾干
5 工藝設(shè)計(jì)上幾點(diǎn)注意事項(xiàng)
在工藝設(shè)計(jì)中有些小地方應(yīng)該十分注意,即使有些是與設(shè)備設(shè)計(jì)有關(guān)的,如果考慮不周,將會對生產(chǎn)線的運(yùn)行及工人操作產(chǎn)生很多不利的影響,如工序間隔時(shí)間,溢流水洗,工件的工藝孔,槽體及加熱管材料等。
5.1 工序間隔時(shí)間
各個(gè)工序間的間隔時(shí)間如果太長,會造成工件在運(yùn)行過程中二次生銹,最好設(shè)有工序間水膜保護(hù),可減少生銹。生銹泛黃泛綠的工件,嚴(yán)重影響硅烷化效果,造成工件泛黃,不能形成完整的硅烷膜,所以應(yīng)盡量縮短工序間的間隔時(shí)間。工序間的間隔時(shí)間若太短,工件存水處的水,不能完全有效的瀝干,產(chǎn)生串槽現(xiàn)象,特別在噴淋方式時(shí),會產(chǎn)生相互噴射飛濺串槽,使槽液成分不易控制,甚至槽液遭到破壞。因此在考慮工序間隔時(shí),應(yīng)根據(jù)工件幾何尺寸、形狀選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)墓ば蜷g隔時(shí)間。
5.2 溢流水清洗
提倡溢流水洗,以保證工件充分清洗干凈,減少串槽現(xiàn)象。溢流時(shí)應(yīng)該從底部進(jìn)水,對角線上部開溢流孔溢流。
5.3 工件工藝孔
對于某些管形件或易形成死角存水的工件,必須選擇適當(dāng)?shù)奈恢勉@好工藝孔,保證水能在較短的時(shí)間內(nèi)充分流盡。否則會造成串槽或者要在空中長時(shí)間瀝干,產(chǎn)生二次生銹,影響硅烷化效果 。2100433B
蘇州大韓化工有限公司是國內(nèi)一家專注金屬表面處理劑制造的企業(yè),公司成立于2002年5月,位于蘇州吳中區(qū)橫涇鎮(zhèn)上莊路
公司主要產(chǎn)品有常溫除油劑、鋅系鐵系磷化液、硅烷處理劑、鋁脫脂劑(鋁酸脫)、無磷脫脂劑、無磷磷化液等
廈門力九化工有限公司成立于2007年,成立在濱海城市廈門,專業(yè)從事金屬表面技術(shù)開發(fā)、研究。經(jīng)過長期的發(fā)展,現(xiàn)已初具規(guī)模,成為一家大型的金屬表面處理劑生產(chǎn)及銷售廠家。公司主要產(chǎn)品有:硅烷處理劑、無磷皮膜劑、無磷脫脂劑、鋅系磷化、鐵系磷化、無鉻鋁皮膜等各種金屬表面處理劑。產(chǎn)品具有低能耗、低沉渣、低污染、低成本、長壽命、環(huán)保、高品質(zhì)且通過SGS認(rèn)證等顯著特點(diǎn)。
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我司秉著客戶至上,質(zhì)量第一,誠信發(fā)展、與時(shí)俱進(jìn)的經(jīng)營宗旨,決心以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、一流的服務(wù)、給力的價(jià)格與客戶實(shí)現(xiàn)雙贏。