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硅烷技术和氧化锆转化膜技术简介

日期: 2021-07-14
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在前处理中,磷化处理已广泛使用近百年,对涂装做出了突出的贡献。虽有不断改进,但是,依旧存在致命的缺点:环保性差,渣子过多,无法解决。


硅烷技术

硅烷技术反应机理

硅烷是一种硅基的有机-无机杂合物。硅烷通过其缩水反应而迅速吸附在金属表面,硅烷和金属之间的结合是非常牢固的,与此同时,硅烷分子还会在金属表面形成三维网状结构的硅烷膜。

三维网状结构的硅烷膜可与电泳涂膜或喷粉涂膜在烘干过程中发生交联反应结合在一起,形成牢固的化学键。所以,硅烷膜可使金属基材与漆膜牢固结合。硅烷技术与磷化处理相比优点甚多。


硅烷技术优点

单耗大大降低。磷化膜的质量通常为 2~3g/m²,硅烷形成的有机膜重仅仅 0.1g/m,相差二十倍左右。

硅烷在金属表面形成的共价键分子间的结合力很强,所以产品稳定,产品的防腐能力也强。

控制方便。槽液由双组分液体配成,仅需要控制pH值和电导率,无需像磷化液那样,要控制游离酸、总酸以及促进剂、锌、镍、锰的含量和温度等许多参数。

节约能源。可室温或低温操作,也减少了泵的数量和功率。

处理时间短。硅烷技术的处理时间只有磷化的一半,因此可以提高产量。

优异的环保性能。硅烷技术不产生有害的重金属,渣极少,废水排放少,处理容易,如果安装过滤器和离子交换器,可以做到封闭循环使用。

适用多金属处理。冷轧板、热镀锌板、电镀锌板、涂层板和铝等不同的板材可混线处理。

工艺简单,流程短、成本低。使用硅烷工艺可以减少维修量,不需要维护表调、钝化和除渣设备,不需要定期清理,也不需要磷化槽、管路和喷嘴等。硅烷处理后,也无需烘干,直接进行电泳,电泳处理时,工件的渗透率与锌系磷化处理的工件相当。

与原有的涂装工艺和设备相容,不需要进行设备改造,只需更换磷化液。

目前,前处理硅烷技术已在各行各业得到广泛应用。

 

氧化锆技术

除了硅烷技术,前处理氧化锆转化膜技术也开始在前处理工艺上应用。

 

氧化锆转化膜技术的反应机理

在金属表面形成氧化锆转化膜采用的是一步法,即采用一种表面处理剂对金属表面进行处理。氧化锆转化膜具有良好的化学与热稳定性,近年来备受关注。目前,溶胶-凝胶法是产生氧化锆转化膜的最主要方法。溶胶离子通常是溶剂化的,胶粒可以相互交联在一起形成三维网络构型,可以把大量溶剂机械地包裹在聚集体内部,使之不再流动,变成半固体状态,这就是凝胶;如果胶体溶液中溶胶粒子的密度比溶液的大,在重力的作用下,溶胶例子就有下沉的趋势;如果改变溶液中的某些参数,使胶粒沉积速率大于扩散速率,胶粒就会从溶液中沉淀出来。

 

从基底流平角度看,氧化锆转化膜技术最好是在底材表面在酸性溶液中刻蚀的方法进行,所以金属表面氧化锆转化膜技术处理主要是在氟锆酸溶液里,金属表面凝聚沉积转化成一种纳米氧化锆陶瓷膜涂层。金属表面会形成一种“氧化锆-金属-氧化锆”溶胶结构。根据溶胶-凝胶原理,随着反应进行,该溶胶结构交联密度增大,继续凝聚沉积,直至产生氧化锆纳米陶瓷转化膜。

 

氧化锆转化膜技术的优点

氧化锆转化膜技术所形成的陶瓷涂层完全可以取代传统的磷化膜。氧化锆转化膜的膜厚只有 50 nm 左右,与铬化处理膜、铁锌系磷化膜相比,它的膜是最薄的。而且氧化锆转化膜的膜重也只有 20 ~ 200mg/m²,与传统的磷化膜最大可相差200倍。经过全面的性能检测,氧化锆转化涂层可以达到传统的磷化膜的附着力和耐腐蚀性能。

可在脱脂清洗或酸洗后进行处理,耐酸碱、机械性和热稳定性好。与原有的涂装工艺和设备基本相容,无需进行大的设备改造。

槽液非常稳定且容易控制,平时生产中只需控制好温度和pH,不像锌系磷化那样,每天都要定期检查总酸、游离酸、促进剂和锌、镍、锰的含量等许多参数,节省了大量的工艺管理费用。

工艺时间短、流程短、成膜速率很快,一般形成完整的膜只需要 30s 左右,大幅降低了水消耗、废水处理、能源、人力等过程成本。同时也缩减了生产线的建设规模,大大减少了生产车间的建设面积,降低了投资费用。

最大程度减少了重金属的排放,废水废渣减少,形成的渣对环境几乎没有危害,不含磷酸盐,无 BOD和 COD,工艺维护成本低。

质量稳定,工艺参数完全自动控制,冷轧板、热镀锌板、电镀锌板、涂层板和铝等不同的板材可混线处理,可满足高度自动化的涂装生产车间的需要。

 

传统磷化工艺、硅烷处理和氧化锆成膜工艺对比

 

磷化膜处理、氧化锆转化膜、硅烷技术成膜特点对比
对比内容锌盐磷化处理氧化锆转化膜硅烷处理
外观灰色灰色、浅蓝、金色
浅蓝、深蓝、金色
厚度
1~3μm10~210nm
40~200nm
膜重
1.5~3.5g/m²
20~200mg/m²40~100mg/m²
结晶细度
2~6μm

P比》=85%


产渣量2~3g/m²冷轧板:0.1g/m;镀锌板:无渣冷轧板:0.1g/m;镀锌板:无渣
评价
膜厚,产渣量大,需除渣
膜薄,产渣量少,过滤即可膜薄,产渣量少,过滤即可


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