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铬酸盐广泛用于锌及锌镀层的钝化,由于其具有高毒性、污染环境和危害人体健康的危害性,研究新的热镀锌层无铬保护技术己势在必行。金属表面硅烷化预处理具有无污染、适用面广、对有机涂层粘接性能优异等优点,己成为目前表面处理技术的研究热点。鉴于此,本文优化选择了双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物(BTESPT)硅烷偶联剂,系统地研究了其在热镀锌层上成膜制备工艺的各主要影响因素、探索出最佳配方,并对硅烷膜和磷酸盐/硅烷复合膜进行结构表征及膜层耐蚀性能测试,从而提出膜层结合机理和膜层耐蚀机理。
通过对硅烷膜成膜工艺的正交试验结果和主要影响因素分析,得出成膜最佳工艺:BTESPT硅烷浓度V<,sil>=4%,乙醇与蒸馏水比例V<,r>=90:10,溶液pH=6.5,溶液水解温度T=25℃,水解时间t<,1>=5d,试样浸涂时间t<,2>=60s,固化温度为120℃,固化时间为40min。
采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、红外光谱(RA-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段分别对硅烷膜和磷酸盐/硅烷复合膜的结构进行了表征和分析,结果表明:(1)硅烷膜中,硅烷与锌层并非以简单物理吸附方式结合在一起,而是与锌层表面的Zn-OH发生化学作用形成Si-O-Zn键,使得硅烷膜界面层与热镀锌层紧密结合在一起;同时通过硅烷分子间的缩合反应形成Si-O-Si键,使得硅烷分子相互交联紧密联结在一起。从而在热镀锌层上形成了致密的三维网络结构的硅烷膜。(2)复合膜中,针状磷酸锌晶体首先覆盖锌层表面,然后一方面硅烷与磷酸锌晶体间裸露的锌层反应形成Si-O-Zn键紧密结合在一起,覆盖填补了针状磷化膜的孔隙;另一方面,硅烷膜物理吸附在粗糙的磷化膜上。通过这两种膜层的相互协同作用,热镀锌层上形成了致密、完整、连续并具有一定厚度的磷酸盐/硅烷复合膜。
采用中性盐雾、盐水浸泡试验和电化学测试(E-t、Tafel和EIS)分别对硅烷膜和磷酸盐/硅烷复合膜的耐蚀性能进行评价,结果表明:(1)硅烷膜的耐盐雾和耐盐水浸泡性能良好,其极化电阻值和交流阻抗值分别达到11.36kΩ·cm<2>和8kΩ·cm<2>,拥有良好的耐蚀性能。(2)磷酸盐/硅烷复合膜的耐盐雾和耐盐水浸泡性能显著优于硅烷膜和磷化膜,经NSS试验5天不发生腐蚀,己超过铬酸盐钝化膜的水平,其极化电阻值和交流阻抗值分别达到63.6kΩ·cm<2>和40kΩ·cm<2>,拥有优异的耐蚀性能。