金属表面处理的研究-帝蒙特化学

帝蒙特化学

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                                                                                                                                                             南京帝蒙特化学有限公司

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     目前,最常用的两种金属表面处理方法分别是铬酸盐的钝化和磷酸盐的转化,但这两种方法都存在严重的环境污染问题,铬酸钝化中的六价铬离子具有较强的致癌性,严重危害人体健康,而磷酸盐转化中的废水及废渣对水体污染严重,导致水体富营养化。随着人们对环保意识的增强,环境友好型表面处理技术逐渐受到人们的青睐,其中金属表面硅烷化处理由于所用试剂合成简单、对环境友好而成为新技术研究的热点之一为了制备以硅烷为主体的钝化膜,本论文研究了甲基三乙氧基硅烷(醇基硅烷)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(水基硅烷)两种不同的金属表面处理剂,采用化学浸涂的方式处理碳钢基体。实验中根据正交试验确定了两种硅烷溶液的最佳配方。利用电化学Tafel极化曲线对制备出的硅烷膜进行耐蚀性能的检测,确定出了两种硅烷膜的固化温度和固化时间。采用硫酸铜点滴法、电化学极化曲线和盐雾试验对各单硅烷膜的耐蚀性能进行了评价。结果表明：在短时间内,两种硅烷膜对碳钢基体都有较好的保护效果,且醇基硅烷膜效果强于水基硅烷膜。但是随着时间的延长,单硅烷膜的耐蚀性能就急剧降低,达不到长期的防护作用。利用椭圆偏振膜厚仪测得各硅烷膜的膜厚,视频接触角测出硅烷膜的接触角,电镜扫描表征了硅烷膜的表面形貌。结果表明：两种硅烷都能在碳钢表面形成比较完整的膜,但是膜厚较小,且膜的均匀性和致密性都较差。由试验结果发现,单一的硅烷膜对碳钢起不到长期的保护作用,从腐蚀的特征发现,他们具有互补的优缺点,于是将二者进行复合,使形成更加均匀致密的复合硅烷膜。复合后的γ-APS/MTES硅烷膜耐CuSO4点滴时间为126min,相对单一的硅烷膜而言时间增加了100min,复合后的METS/y-APS硅烷膜的耐蚀时间只有10min,和单一的硅烷膜时间相当,耐蚀性能没得到改善。盐雾试验得到相同的试验结果。由SEM图发现复合膜γ-APS/MTES的平整度、均匀性和致密性都有所提高,再结合盐雾图以及膜厚数据推测了复合硅烷膜的成膜机理：MTES先填充在γ-APS硅烷膜中,然后在其膜的表面发生自交联反应沉积在其表面上。基于上面复合的思想以及稀土盐的优点,本实验开始研究铈盐与硅烷的复合。通过设计正交试验得到钝化工艺的最佳参数：Ce(NO3)330g/L、H2O230ml/L、pH值2、固化温度140℃、固化时间120min。硫酸铜点试验结果显示铈盐钝化膜对碳钢也能起到一定的保护作用,耐红时间可达44min。经过硅烷封闭后的钝化膜耐蚀性能更好,铈盐/γ-APS钝化膜的耐蚀时间可达168min,铈盐/MTES钝化膜耐红时间更长,可长达345min。由盐雾宏观图和SEM微观图推测了复合硅烷膜的成膜机理：硅烷首先填充在铈盐钝化膜的空隙和裂纹中,然后发生自身交联反应沉积在膜的表面。


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