硅烷處理和納米陶瓷處理

1、.硅烷處理和納米陶瓷處理全國金屬與非金屬覆蓋層標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員徐賀北京科華富達(dá)工程技術(shù)有限公司總經(jīng)理最近幾年，金屬表面涂裝前處理工藝和材料發(fā)生了比較大的變化，甚至有人稱為“革命性的變化”，這主要是指部分廠家采用了硅烷處理或納米陶瓷處理取代了磷化處理。這兩年，來自東北和北京等地的散熱器行業(yè)的企業(yè)家不止一次向我咨詢，了解散熱器行業(yè)的涂裝前處理有無更新更環(huán)保的處理工藝和材料，我當(dāng)時只簡單地回應(yīng)說：“新東西在別的行業(yè)有，但還沒有大量采用，目前來看暫不適合咱們散熱器行業(yè)”，以后也沒有在雜志上或行業(yè)會議上專門就此進(jìn)行過介紹。9月10-12日我到西安參加了2010中國涂料涂裝國際峰會暨專家集結(jié)年會，并在

2、會上做了環(huán)保型涂裝前處理材料在散熱器行業(yè)的應(yīng)用前景的演講，10月10-12日，我又到佛山參加了全國金屬與非金屬覆蓋層標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC57）2010年涂裝標(biāo)準(zhǔn)工作會議，在此我把通過參加這兩次會議及平時了解到的關(guān)于涂裝前處理的最新技術(shù)與各位在此一起分享，希望能為我們散熱器行業(yè)同仁了解最新科技潮流提供一個窗口。 1.背景長期以來，磷化處理是金屬表面涂裝前處理中應(yīng)用最為廣泛的工藝，經(jīng)過磷化處理的工件，其涂層的附著力和耐蝕性大大提高。但是，傳統(tǒng)的磷化處理不可避免地存在著能耗高、重金屬離子含量高、三廢排放多、鈍化劑中含有致癌物等缺陷，所以人們一直在為尋找磷化的替代工藝和產(chǎn)品而絞盡腦汁，適應(yīng)環(huán)

3、保和節(jié)能要求的工藝和材料的問世呼之欲出。最典型的工藝就是取代磷化處理的硅烷處理和納米陶瓷處理，各廠家對硅烷處理的叫法比較統(tǒng)一，但對納米陶瓷處理則有多種叫法，比如漢高叫納米陶瓷處理，PPG公司叫鋯系前處理，科富則叫無磷納米陶化處理，其原理基本都是一樣的。2.硅烷處理技術(shù)2.1 硅烷技術(shù)原理硅烷處理劑的主要成分是有機(jī)硅烷，其基本分子式為：R-Si-(OR)3，其中OR是可水解的基因(如烷氧基/酰氧基)，R是有機(jī)官能團(tuán)(如氨基/環(huán)氧基等)。R能與樹脂等有機(jī)涂料起反應(yīng)性的結(jié)合，提高涂膜與金屬基體的附著力。硅烷成膜的反應(yīng)機(jī)理如下：A.水解反應(yīng)：-Si-(OR)3+H2O-Si(OH)3+ROH

4、，水解后的溶液中形成足量的-Si-OH基團(tuán)。B.縮聚反應(yīng)：-Si-OH基團(tuán)間可脫水縮合成低聚硅醇。C.交聯(lián)反應(yīng)：低聚物中的-Si-OH與金屬表面的羥基-OH形成氫鍵。D.脫水成膜：-Si-OH與金屬表面的羥基-OH進(jìn)一步脫水聚合，在工件界面上生成Si-O-Me共價鍵，其反應(yīng)如下：-Si-OH(溶液)+Me-OH(金屬表面)Si-O-Me(界面）+H2O。2.2 硅烷處理工藝傳統(tǒng)的金屬表面磷化工藝為：脫脂水洗表調(diào)磷化水洗鈍化硅烷處理工藝為：脫脂水洗純水洗硅烷純水洗有的廠家的硅烷產(chǎn)品則不需要硅烷后面那道純水洗，這樣工藝更簡便。硅烷處理取代了傳統(tǒng)的表調(diào)、磷化和鈍化工藝，在簡化工藝的同時，也

5、消除了磷化和鈍化造成的環(huán)境污染問題。硅烷膜層在不同的處理基材上面顏色不一，比如在鐵板上是淡黃色的，在鍍鋅板上是偏藍(lán)色的，在鋁板上是反光灰色的。測試表明，硅烷處理后涂層的外觀、硬度、附著力、耐溶劑性、耐中性鹽霧性能與磷化處理不相上下，但在耐彎曲開裂性和杯突方面則要優(yōu)于磷化處理等傳統(tǒng)工藝。2.3 硅烷技術(shù)優(yōu)點(diǎn)A.工藝簡單，工藝流程比傳統(tǒng)處理工藝短。B.環(huán)保性能優(yōu)異，無重金屬離子污染，廢渣、廢水排放少，處理容易。C.適應(yīng)性強(qiáng)，對冷軋板、鍍鋅板、鋁板等板材可混線處理。D.能源消耗省，可室溫或低溫操作。E.綜合成本低，產(chǎn)品消耗低，三廢處理成本低。F.使用方便，僅需控制PH值和電導(dǎo)率，無須像磷化

6、液那樣要控制總酸、游離酸、酸比、促進(jìn)劑濃度、溫度等多個參數(shù)。3.納米陶瓷處理技術(shù)    3.1納米陶瓷處理技術(shù)原理納米陶瓷處理技術(shù)是一種以氟鋯酸鹽為基礎(chǔ)的前處理技術(shù)，它能在清潔的金屬表面形成一層納米膜層，其大致反應(yīng)過程為：A.氟鋯酸先水解生成氧化鋯溶膠，H2ZrF6+H2OZrO2+HF。B.被處理金屬基材在鋯鹽處理液體系中溶解，其表面附近PH值升高，ZrO2在高PH值環(huán)境下沉積在金屬基材表面上。在金屬基材表面沉積形成致密結(jié)構(gòu)的納米陶瓷化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，其隔阻性強(qiáng)并與金屬氧化物及有機(jī)涂層具有良好的結(jié)合力，能顯著提高涂層附著力和耐蝕性3.2 典型納米陶

7、瓷處理技術(shù)工藝 3.3 納米陶瓷處理技術(shù)優(yōu)點(diǎn)納米陶瓷處理不需要加熱，不需要做表調(diào)和鈍化處理，縮短了工藝長度，沒有廢水處理費(fèi)用，且不含磷酸鹽，無COD/BOD，無重金屬，也是替代磷化工藝的良好解決方案。經(jīng)納米陶瓷處理后噴涂的工件涂層性能與磷化處理對比如下：4.硅烷和納米陶瓷處理技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用硅烷和納米陶瓷處理技術(shù)已經(jīng)在汽車零部件、家用電器、太陽能設(shè)備、機(jī)械、通信設(shè)備等領(lǐng)域中實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，取代傳統(tǒng)的鐵系和鋅系磷化。但在表面處理質(zhì)量要求最高、市場最大的汽車整車制造領(lǐng)域還處于試驗階段。2003年，硅烷技術(shù)率先在寶馬汽車公司進(jìn)行了試驗，用硅烷產(chǎn)品處理了兩扇門板，進(jìn)行了動態(tài)腐蝕

8、和驅(qū)動測試，結(jié)果達(dá)到了寶馬公司的測試指標(biāo)。2005年硅烷處理開始在奔馳、大眾、奧迪、雷諾、歐寶等汽車公司進(jìn)行了整車或車身零部件的測試。2008年7月，PPG的納米陶瓷處理劑在克萊斯勒公司旗下一條生產(chǎn)線上正式切換了磷化處理工藝，受到好評，該公司計劃將使用PPG磷化處理的生產(chǎn)線逐步全部切換。 5.硅烷和納米陶瓷處理技術(shù)在散熱器行業(yè)的應(yīng)用前景在散熱器行業(yè)，硅烷和納米陶瓷處理技術(shù)尚未進(jìn)行試驗和試用。實際上，與汽車行業(yè)相比，散熱器生產(chǎn)廠家涂裝前處理設(shè)備簡陋、處理量小、材質(zhì)混雜、工藝管理水平低下，加上硅烷和納米陶瓷處理技術(shù)本身的一些局限性，使得這一技術(shù)在散熱器行業(yè)的應(yīng)用短期內(nèi)還不具備條件。A.水質(zhì)要求：硅

9、烷和納米陶瓷處理的前、后道水洗都要求采用純水，現(xiàn)有磷化線要使用這種技術(shù)，必須新增純水機(jī)組。B.硅烷和納米陶瓷處理槽液潔凈度要求非常高，不允許任何污染物帶入：散熱器行業(yè)采用的大都是熱軋鋼管，必須進(jìn)行酸洗除銹，但酸洗后散熱器內(nèi)腔和夾縫處殘留的酸液對硅烷和納米陶瓷處理槽液將是致命的，而且，前處理線飄逸的酸霧對硅烷和納米陶瓷處理化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性的影響也是致命的。C.硅烷和納米陶瓷處理對鋼板的適應(yīng)性差：不同材質(zhì)的鋼材，經(jīng)過硅烷和納米陶瓷處理后，其化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的外觀和涂層配套性能相差很大，比如就冷軋板而言，寶鋼冷軋板處理效果就較好，但其它小廠的冷軋板就不太理想。散熱器行業(yè)所選用的鋼材更雜、質(zhì)量參差不齊，使得烷和納米陶瓷處理技術(shù)的推廣受到很大限制。D.硅烷和納米陶瓷處理要求前處理設(shè)備、管道、泵必須是不銹鋼，造成設(shè)備改建周期長，設(shè)備投入費(fèi)用高昂。E.硅烷和納米陶瓷處理化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的膜厚是納米級的，一般膜厚為50-200nm，膜重僅0.1克/m2，而磷化膜的重量通常為2-3克/m2，所以在生產(chǎn)過程中