金屬腐蝕與防護(hù)概述

大多數(shù)工業(yè)用的金屬及鍍層金屬(如鐵、鋅、鋁、錫、鉛、鎂等及其合金)均可通過(guò)形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜來(lái)保護(hù)其表面。用于提高耐蝕性的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)主要有鉻酸鹽鈍化和磷化等。其中經(jīng)鉻酸鹽鈍化處理過(guò)的鍍鋅鋼板表面形成一層致密的鉻/基體金屬的混合氧化物膜層，由于該膜層具有自修復(fù)性，因而耐蝕性很高。但鉻酸鹽中六價(jià)鉻屬極毒性物質(zhì)且易致癌，鈍化處理過(guò)程中產(chǎn)生的氣霧及生產(chǎn)中的廢水排放對(duì)生物體及環(huán)境都有嚴(yán)重危害。因此，取代六價(jià)鉻的無(wú)鉻處理工藝技術(shù)及開(kāi)發(fā)新的替代性環(huán)境友好型鈍化產(chǎn)品，已成為金屬表面處理業(yè)所共同面臨的難題。

一、無(wú)鉻鈍化處理技術(shù)

1.鉬酸鹽、磷／鉬酸鹽鈍化處理

鉬與鉻同屬ⅥA族，是一種有希望替代鉻酸鹽的物質(zhì)。鉬酸鹽早已廣泛用作鋼鐵及有色金屬的緩蝕劑和鈍化劑。英國(guó)Loughborough大學(xué)的Bijimi等研究了鉬酸鹽鈍化處理過(guò)程中的電化學(xué)特性和鋅表面的化學(xué)浸泡處理。在腐蝕試驗(yàn)中，鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性不如鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜。近年來(lái)的研究表明在磷/鉬酸鹽鈍化液中摻雜有機(jī)/無(wú)機(jī)緩蝕劑，能更進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性。宮麗等采用在鉬酸鹽鈍化液中加入適量H3PO4、SiO2、Ti(Ⅳ)鹽等添加劑，對(duì)鉬酸鹽鈍化膜改性的Mo-P-Si-Ti復(fù)合鈍化膜，并討論了鈍化膜的成膜機(jī)理和防蝕機(jī)理。

2.硅酸鹽鈍化處理

硅酸鹽處理具有成本低、鈍化液穩(wěn)定性好、使用方便、無(wú)毒、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，但耐腐蝕性能較差。為了增強(qiáng)膜層耐蝕性，鈍化液中常加入一些有機(jī)促進(jìn)劑，如水溶性陰離子型丙烯酸胺、硫脲等化合物。

3.稀土鹽鈍化處理

金屬的稀土鈍化處理方法通常比較簡(jiǎn)單，一般只要將金屬置于含稀土離子的溶液中，浸泡一段時(shí)間（化學(xué)浸泡法）或?qū)⒔饘僮鳛殛帢O通電極化（陰極極化法），便可使金屬鈍化，即在金屬表面形成稀土鈍化膜，鈍化過(guò)程的工藝條件對(duì)稀土轉(zhuǎn)化膜的形成及其性能有很大影響。

（1）化學(xué)浸泡法。化學(xué)浸泡法即將金屬置于含稀土離子的溶液中，浸泡一段時(shí)間完成鈍化的方法。鈍化時(shí)所用的鈍化處理溶液有兩類(lèi)：一類(lèi)是單一的稀土鹽溶液(有時(shí)含有NaCl)；另一類(lèi)是溶液中除含有稀土鹽外，還含有強(qiáng)氧化劑和成膜促進(jìn)劑或輔助成膜劑等添加物。

（2）陰極極化法。陰極極化法是將置于稀土鹽溶液中的金屬工件作為陰極，進(jìn)行陰極極化處理的方法。該方法能在較短時(shí)間內(nèi)使金屬表面形成稀土轉(zhuǎn)化膜。但陰極極化處理時(shí)有氫氣析出，使轉(zhuǎn)化膜出現(xiàn)較多微孔，且與金屬層的結(jié)合強(qiáng)度低，進(jìn)而導(dǎo)致稀土轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性下降。陰極極化法處理后得到的稀土轉(zhuǎn)化膜耐蝕性低于化學(xué)浸泡法，因此陰極極化法應(yīng)用很少。

4.鎢酸鹽、鈦、鋯、鉿系鈍化處理

含鋯溶液代替鉻酸鹽用于鋁基表面的預(yù)處理已被確認(rèn)，鋯基無(wú)鉻鈍化液也可處理鋅基表面，作為涂漆的前處理，而一般不作為最終處理。鋯基無(wú)鉻鈍化液主要含有H2ZrF6，提供Zr和F。另外，常需加入少量的HF。鋯系處理鋁合金的耐腐蝕能力同鉻酸鹽接近。

5.硅烷鈍化處理

硅烷特殊的結(jié)構(gòu)特征決定了它可以與金屬形成Si-O-Me(Me表示金屬)化學(xué)結(jié)合鍵，從而可以提高涂層與金屬基體的化學(xué)結(jié)合力。

以硅烷為主的金屬表面防銹技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)毒、無(wú)污染，適用范圍廣，成本低，防腐效果優(yōu)于傳統(tǒng)的磷化、鈍化工藝，經(jīng)硅烷處理過(guò)的金屬表面對(duì)有機(jī)涂層的膠粘性能優(yōu)異。如能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，必將對(duì)金屬材料表面處理行業(yè)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

二、硅烷偶聯(lián)劑簡(jiǎn)述

偶聯(lián)劑是一種重要的、應(yīng)用領(lǐng)域日漸廣泛的處理劑，主要用作高分子復(fù)合材料的助劑。偶聯(lián)劑的種類(lèi)繁多，主要有硅烷偶聯(lián)劑、欽酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酷偶聯(lián)劑、雙金屬偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑、硼酸酯偶聯(lián)劑等。其中，硅烷偶聯(lián)劑(Silane coupling agents，簡(jiǎn)稱(chēng)“SCA”或“硅烷”)是應(yīng)用最早、最廣泛的偶聯(lián)劑，它發(fā)展至今已有近70年的歷史?，F(xiàn)在，硅烷偶聯(lián)劑基本上適用于所有無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的連接表面，己經(jīng)被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、航空、電子和建筑等行業(yè)中。

三、金屬表面硅烷化的研究進(jìn)展

硅烷偶聯(lián)劑并非一種新材料，但其用于金屬防腐和金屬材料表面預(yù)處理中卻是一個(gè)新興的領(lǐng)域。以硅烷偶聯(lián)劑為主的金屬表面防銹技術(shù)能滿足以下幾個(gè)要求：

化學(xué)藥品和處理步驟經(jīng)濟(jì)合理；

無(wú)環(huán)境污染；

在干濕條件下為涂層與金屬基體提供優(yōu)異的結(jié)合力；

能使金屬表面鈍化。

（作者單位：開(kāi)封市技師學(xué)院）