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北京航空航天大学教授,中表镀老专家委员会委员。

硅烷技术在汽车制造中应用的最新进展

http://www.pf.hc360.com2011年07月20日13:02 来源:慧聪表面处理网作者:陈慕祖T|T

    上海凯密特尔化学品有限公司  上海  201315  陈慕祖   

    摘要:硅烷技术可以替代磷化技术,给涂装预处理技术带来革命性的变革。本文介绍了硅烷技术的在汽车制造中最新应用的情况。

    关键词:汽车制造、预处理、硅烷技术

    1.前言

    在各种金属预处理方法中,磷化处理是最为广泛采用的方法。在家用电器、自行车、摩托车和汽车等行业中,为了保证涂层优良的耐久性和防腐蚀性能,都采用磷化处理作为涂装的前处理。但是磷化处理因为含有锌、镍、锰等有害重金属以及磷、氮、亚硝酸钠等限制排放的物质,处理温度较高,废水、废渣处理较复杂而面临日益严峻的环保形势。

    硅烷化处理是目前技术发展较成熟的可取代磷化的前处理技术。硅烷处理与传统磷化相比具有以下多个优点:无镍、锌、锰等有害重金属离子,不含磷,无需加温。硅烷处理过程无渣,处理时间短,控制简便。处理步骤少,可省去表调及钝化工序,槽液使用寿命长,维护简单。有效提高油漆对基材的附着力,可共线处理钢板、镀锌板、铝板等多种基材。硅烷技术的成功应用给磷化技术带来革命性的变革。

    2.金属表面硅烷处理的机理

    在发现硅烷卓越防腐性能以前,硅烷作为胶粘剂被广泛应用于玻璃或陶瓷强化高聚复合材料中。系统而全面的硅烷防锈性能的研究始于二十世纪九十年代初。通过研究发现,硅烷可以有效地用于金属或合金的防腐。

    硅烷是一类硅基的有机/无机杂化物,其基本分子式为:R’(CH2)nSi(OR)3。其中OR是可水解的基团,R’是有机官能团。

    硅烷在水溶液中通常以水解的形式存在:

    -Si(OR)3+H2O≒Si(OH)3+3ROH

    硅烷水解后通过其SiOH基团和金属表面的MeOH基团(Me=金属)通过缩水反应而快速吸附于金属表面。

    SiOH+MeOH=SiOMe+H2O

    一方面硅烷在金属界面上形成Si-O-Me共价键,一般来说,共价键间的作用力可达700kj/mol,硅烷与金属之间的结合是非常牢固的。另一方面,剩余的硅烷分子则通过SiOH集团之间的缩聚反应在金属表面上形成具有Si-O-Si三维网状结构的硅烷膜(图1)。

硅烷 金属表面

图1:硅烷在金属表面成膜模型

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    该硅烷膜在烘干过程中和后道的电泳漆、或喷粉通过交联反应结合在一起,形成牢固的化学键。这样,基材、硅烷和油漆之间可以通过化学键形成稳固的膜层结构。

    3.硅烷技术处理工艺

    在普通工业中以硅烷处理取代铁系和锌系磷化处理已开始广泛应用。老的生产线只要将磷化槽清洗干净,直接投入硅烷材料就可以生产了,目前凯密特尔与欧美大部分汽车公司进行合作,在汽车生产线上开始试验和应用。

    传统的汽车预处理工艺流程如图2所示:

传统汽车预处理工艺

图2:传统的汽车预处理工艺流程

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    硅烷汽车预处理工艺流程如图3所示:

硅烷汽车预处理工艺

图3:硅烷汽车预处理工艺流程

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    硅烷预处理取代了传统的表面调整、磷化和钝化工艺,工艺简洁了许多,硅烷处理后可以不烘干,直接进行阴极电泳,硅烷的固化过程与电泳漆的烘烤同时完成。

责任编辑:叶丽

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