微納陶瓷硅烷膜與磷化膜耐蝕性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究

摘 要：磷化工藝是目前較為常用的金屬涂裝前的處理技術(shù)，本文對(duì)比分析了傳統(tǒng)磷化工藝和金屬表面微納陶瓷硅烷膜，從防腐蝕性能方面研究了金屬表面微納陶瓷硅烷膜的優(yōu)化性能，其中采用的方法有目測(cè)、硫酸銅點(diǎn)滴法、鹽水浸泡法、鹽霧法等，對(duì)硅烷膜的性質(zhì)及與涂層結(jié)合后的防腐作用做了詳細(xì)的研究。

關(guān)鍵詞：硅烷膜；磷化膜；金屬涂裝

目前，磷化工藝于汽車工業(yè)、造船工業(yè)、航空工業(yè)、機(jī)械制造行業(yè)等領(lǐng)域廣泛地運(yùn)用，其主要作用有耐磨減磨、涂漆底層、防腐、防銹等。尤其在金屬表面涂裝、防腐行業(yè)中起著尤為重要的作用。傳統(tǒng)磷化工藝嚴(yán)重污染環(huán)境，消耗能量大，其使用受到極大限制。金屬表面處理領(lǐng)域，出現(xiàn)的一種新型的綠色膜技術(shù)--硅烷膜技術(shù)，越來(lái)越受到關(guān)注。與傳統(tǒng)的磷化工藝相比形成微納陶瓷硅烷膜產(chǎn)生的廢水中鋅、銅、鎳等重金屬離子含量比磷化膜的較低，更環(huán)保，節(jié)能。

1 耐蝕性能實(shí)驗(yàn)方法

為了更全面地評(píng)價(jià)硅烷膜與磷化膜的耐蝕性能，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，本文采用以下四種方法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析。

①膜外觀檢測(cè)。在生產(chǎn)過(guò)程中磷化膜外觀容易用肉眼觀測(cè)，而硅烷膜僅憑肉眼較難以判斷成膜質(zhì)量的好壞?？刹捎媒鹣囡@微鏡，排金相照片進(jìn)行觀察膜外觀形貌。GB/T 6807-2001《鋼鐵工件涂裝前磷化處理技術(shù)條件》規(guī)定磷化后工件的顏色應(yīng)為淺灰色到深灰色或彩色，膜層應(yīng)結(jié)晶致密，連續(xù)和均勻。

②CuSO4溶液點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)蝕又稱“孔蝕”，是指在金屬表面很小區(qū)域出現(xiàn)蝕孔或麻點(diǎn)，并不斷向縱深方向發(fā)展，形成小孔狀腐蝕坑的現(xiàn)象。CuSO4 點(diǎn)蝕就是在碳鋼片表面的微小區(qū)域滴一滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的CuSO4 溶液，造成金屬表面亞穩(wěn)定狀態(tài)的微孔迅速增生和點(diǎn)狀腐蝕的迅速出現(xiàn)。點(diǎn)狀腐蝕痕跡為紅色斑點(diǎn)，紅色物質(zhì)為分解置換出來(lái)的Cu，反應(yīng)機(jī)理是：

CuSO4+Fe→Cu+FeSO4

本實(shí)驗(yàn)按照 GB/T 3824-1999《輕工產(chǎn)品黑色金屬化學(xué)保護(hù)層的測(cè)試方法浸漬點(diǎn)滴法》規(guī)定來(lái)檢測(cè)硅烷膜的耐腐蝕性能。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裸膜3%硫酸銅溶液30s，液滴無(wú)翻紅。

③氯化鈉鹽水浸泡法。將有膜層的工件浸入盛有3%的氯化鈉溶液的中，浸泡一段時(shí)間后，取出洗凈、吹干、目視檢查，試樣表面不應(yīng)出現(xiàn)銹蝕。在金相顯微鏡下觀察其表面腐蝕形貌?？疾毂∧ぴ诔赜醒鯛顟B(tài)下薄膜的穩(wěn)定性和耐久性。實(shí)驗(yàn)參照國(guó)標(biāo)GB10124-88《均勻腐蝕全浸實(shí)驗(yàn)方法》、GB/T 5936-86《輕工產(chǎn)品黑色金屬化學(xué)保護(hù)層的測(cè)試方法浸漬點(diǎn)滴法》或JB/T 7901-2001 《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》進(jìn)行。GB/T 6807-2001規(guī)定裸膜3%氯化鈉溶液1h浸泡，膜表面無(wú)銹蝕。

④鹽霧試驗(yàn)。鹽霧試驗(yàn)是一種主要利用鹽霧試驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的人工模擬鹽霧環(huán)境條件來(lái)考核產(chǎn)品或金屬材料耐腐蝕性能的環(huán)境試驗(yàn)。它分為二大類，一類為天然環(huán)境暴露試驗(yàn)，另一類為人工加速模擬鹽霧環(huán)境試驗(yàn)。人工模擬鹽霧環(huán)境試驗(yàn)是利用一種具有一定容積空間的試驗(yàn)設(shè)備--鹽霧試驗(yàn)箱，在其容積空間內(nèi)用人工的方法，造成鹽霧環(huán)境來(lái)對(duì)產(chǎn)品的耐鹽霧腐蝕性能質(zhì)量進(jìn)行考核。人工模擬鹽霧試驗(yàn)又包括中性鹽霧試驗(yàn)、醋酸鹽霧試驗(yàn)、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn)、交變鹽霧試驗(yàn)。鹽霧試驗(yàn)需要對(duì)鹽霧試驗(yàn)條件，如溫度、濕度、氯化鈉溶液濃度和 pH 值等做出明確具體規(guī)定，另外還對(duì)鹽霧試驗(yàn)箱性能提出技術(shù)要求。實(shí)驗(yàn)參照國(guó)標(biāo)GB6458-86《金屬覆蓋層中性鹽霧試驗(yàn)》或GB 1771-79《漆膜耐鹽霧測(cè)定法》進(jìn)行（實(shí)驗(yàn)方法：GB/T10125-1997，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：GB 6461-2002金屬基體上金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕實(shí)驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)）。本標(biāo)準(zhǔn)等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3768-1976《金屬覆蓋層中性鹽霧試驗(yàn)（NSS試驗(yàn)）》。其中，GB/T 6807-2001《鋼鐵工件涂裝前磷化處理技術(shù)條件》中規(guī)定漆膜耐蝕性能標(biāo)準(zhǔn)：24h漆膜中性鹽霧試驗(yàn)，無(wú)起泡、脫落及銹蝕。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

①膜外觀檢測(cè)。將測(cè)試金屬試樣表面形成的磷化膜（裸膜）和硅烷膜（裸膜）放在金相顯微鏡進(jìn)行觀察，磷化膜較厚呈黑褐色，且連續(xù)致密。硅烷膜較薄呈淡藍(lán)或彩色，還能清晰看見(jiàn)金屬晶格。所以硅烷膜厚度比磷化膜厚度小。

②鹽水浸泡實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)采用濃度為3%的鹽水。經(jīng)過(guò)鹽水浸泡1h后，磷化膜（裸膜）和硅烷膜（裸膜）表面均無(wú)銹跡。浸泡24h后，磷化膜（裸膜）表面有少量銹跡，而硅烷膜（裸膜）幾乎無(wú)銹跡。鹽水浸泡實(shí)驗(yàn)表明，硅烷膜及磷化膜耐蝕性能均滿足要求。

③鹽霧實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)操作參數(shù)為：NaCl濃度50g/L± 10g/L，溫度35℃±2℃，pH值6.5～7.2之間，壓力0.1MPa。經(jīng)過(guò)鹽水噴霧的磷化膜（漆膜）和硅烷膜（漆膜）24h后，均無(wú)出現(xiàn)銹跡。鹽霧實(shí)驗(yàn)表明，硅烷膜的抗鹽水腐蝕性能與磷化膜相當(dāng)。

3 結(jié)語(yǔ)

①為研究微納陶化硅烷膜的耐蝕性能，采取了外觀觀測(cè)、硫酸銅點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)、鹽水浸泡實(shí)驗(yàn)、鹽霧實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)行硅烷膜與磷化膜的耐蝕性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。

②硅烷膜的膜厚與膜重均比傳統(tǒng)磷化膜小，但其耐腐蝕性能達(dá)到傳統(tǒng)磷化膜的耐蝕性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張瑞.金屬磷化處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].洛陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，28（5）：81-82.

作者簡(jiǎn)介：

李輝（1985- ），男，漢族，助理工程師，大學(xué)本科，2007年畢業(yè)于南昌理工學(xué)院模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)，現(xiàn)任職于湛江南海西部石油合眾近海建設(shè)有限公司，主要從事技術(shù)工作。