因成膜原理的差异,硅烷化处理与磷化相比在使用温度上就已有较大幅度的降低,省去表调工序。并且在其他涉及生产成本方面,硅烷化相比较磷化也有着明显的优势。表3在使用成本方面将硅烷化与磷化相比较。
表3 磷化与硅烷化使用成本比较
使用硅烷化工艺能省去磷化加温设备、除渣槽、板框压滤机及磷化污水处理等设备,节省设备初期投入。在配槽用量方面硅烷化较磷化也减少20%-50%,更关键的是在每平方单耗方面硅烷化的消耗量为传统磷化的15%-20%。在减少单位面积消耗量的同时,在处理时间上硅烷化较磷化也有较大幅度的缩短,从而提高生产率,减少设备持续运作成本。
1.4 微观形貌比较
因为各种磷化及硅烷化的成膜机理大有不同,因此金属表面的膜层状态及形貌也各不相同。从微观形貌方面,通过电子扫描电镜(SEM)图3观察可发现在金属表面生成的膜层的区别。
金属裸板 铁系磷化
锌系磷化 硅烷化
由以上电镜照片可明显看出,各种处理之间膜层形貌存在较大差异。其中锌系磷化槽液主体成份是:Zn2+、H2PO3-、NO3-、H3PO4、促进剂等。形成的磷化膜层主体组成(钢铁件)成分为Zn3(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈树枝状、针状、孔隙较多。相比较锌系磷化而言,传统铁系磷化槽液主体组成:Fe2+、H2PO4-、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主体组成(钢铁工件):Fe5H2(PO4)4·4H2O,磷化膜厚度大,磷化温度高,处理时间长,膜孔隙较多,磷化晶粒呈颗粒状。硅烷化处理为有机硅烷与金属反应形成共价键反应原理,硅烷本身状态不发生改变,因此在成膜后,金属表面无明显膜层物质生成。通过电镜放大观察,金属表面已形成一层均匀膜层,该膜层较锌系磷化膜薄,较铁系磷化膜均匀性有很大提高此膜层即为硅烷膜。
1.5 盐水浸泡试验比较比较
冷轧板是目前用途最为广泛的金属材料,在每个行业都有大规模的应用,但冷轧板没有镀锌板那样的镀锌层、热轧板的氧化皮及铝板的氧化膜保护,因此冷轧板的耐腐蚀性能依赖于涂装的保护。对已涂覆冷轧板试片采用500小时盐水(5%浓度)浸泡试验,检验各种经过不同前处理工艺静电粉末喷涂后(漆膜平均厚度为50±2μm)的耐盐水性能。由试验结果可看出,在盐水浸泡500小时后各种处理的试片都无变化。由此可知,各种处理方式对于工件的耐盐水腐蚀性能无明显差别。为检验各种处理工艺的附着力表现,对经过500小时盐水(5%浓度)浸泡试验后的试片进行附着力比较实验。具体实施为图4所示,用划刀延划叉部位向边缘部位剥离,考察其可剥离宽度。
铁系磷化 锌系磷化 硅烷化
通过附着力比较试验结果后可以明显看到,铁系磷化可剥离宽度较锌系磷化与硅烷化差别明显。铁系磷化为大面积可剥离,而锌系磷化与硅烷化处理板其可剥离宽度基本为零。因此可明显看出锌系磷化和硅烷化处理与漆膜附着力相当,同时两者附着力明显优于铁系磷化。采用硅烷化处理效果与锌系磷化效果在耐盐水及附着力方面相当。
1.6 盐雾试验比较
镀锌板目前因其本身具有较高耐腐蚀性能已被广大高质量家电及汽车企业所采用。为检验硅烷化处理对于镀锌板的耐腐蚀性能以及附着力表现,设计试验对镀锌试片采用各种前处理工艺,并对其喷涂相同厚度的粉末涂料进行涂装,通过500小时盐雾试验对其进行附着力比较。
根据GB/T10125-1997人造气氛腐蚀试验--盐雾试验对试验镀锌试片进行500小时中性盐雾试验。试片漆膜平均厚度为70±2μm。对镀锌板进行附着力比较试验,同样用划刀延划叉部位向边缘部位剥离,考察其可剥离宽度。图5所示为此项试验结果。
普通锌系磷化 镀锌专用磷化 硅烷化
通过试验结果可以看出,普通锌系磷化可剥离宽度最大,镀锌专用磷化可剥离宽度较普通锌系磷化小,硅烷化可剥离宽度几乎为零,附着力表现最佳。由此可得出结论,在镀锌板上运用硅烷化处理工艺后,可显著提高镀锌板与漆膜间的附着力,提高镀锌涂装产品的质量。
2 处理方式
工件处理方式,是指工件以何种方式与槽液接触达到化学预处理之目的,包括全浸泡式、全喷淋式、喷淋浸泡组合式、刷涂式等。它主要取决于工件的几何尺寸及形状、场地面积、投资规模、生产量等因素的影响。例如几何尺寸复杂的工件,不适合于喷淋方式;油箱、油桶类工件在液体中不易沉入,因而不适合于浸泡方式。
2.1 全浸泡方式
将工件完全浸泡在槽液中,待处理一段时间后取出,完成除油或硅烷化等目的的一种常见处理方式,工件的几何形状繁简各异,只要液体能够到达的地方,都能实现处理目标,这是浸泡方式的独特优点,是喷淋、刷涂所不能比拟的。其不足之处,是没有机械冲刷的辅助使用。并且象连续悬挂输送工件时,除工件在槽内运行时间外,还有工件上下坡时间,因而使设备增长,场地面积和投资增大,并且工序间停留时间较长,易引起工序间返锈,影响硅烷化质量。
2.2 全喷淋方式
用泵将液体加压,并以0.1~0.2Mpa的压力使液体形成雾状,喷射在工件上达到处理效果。优点是生产线长度缩短,相应节首了场地、设备、不足之处是,几何形状较复杂的工件,像内腔、拐角处等液体不易到达,处理效果不好,因此只适合于处理几何形状简单的工件。并且能有效的减小首次投槽费用。
2.3 喷淋-浸泡结合式
喷淋-浸泡结合式,一般是在某道工序时,工件先是喷淋,然后入槽浸泡,出槽后再喷淋,所有的喷淋、浸泡均是同一槽液。这种结合方式即保留了喷淋的高效率,提高处理速度,又具有浸泡过程,使工件所有部位均可得到有效处理。因此喷淋-浸泡结合式前处理即能在较短时间内完成处理工序,设备占用场地也相对较少,同时又可获得满意的处理效果。在硅烷化处理中可考虑脱脂工序采用喷淋-浸泡结合式。
2.4 刷涂方式
直接将处理液通过手工刷涂到工件表面,来达到化学处理的目的,这种方式一般不易获得很好的处理效果,在工厂应用较少。对于某些大型、形状较简单的工件,可以考虑用这种方式。
3 工艺流程
根据硅烷化的用途及处理板材不同,分为不同的工艺流程。
3.1 铁件、镀锌件
预脱脂——脱脂——水清洗——水清洗——硅烷化——烘干或晾干——后处理
3.2 铝件
预脱脂——脱脂——水洗——水洗——出光——水洗——硅烷化——烘干或晾干——后处理
3.3 磷化后钝化
有锈工件:
预脱脂——水清洗——脱脂除锈“二合一”——水清洗——中和——表调——磷化——水洗——硅烷化——烘干或晾干——后处理。
无锈工件:
预脱脂——脱脂——水清洗——水清洗——表调——磷化——水清洗——硅烷化——烘干或晾干——后处理。
3.4 工件防锈
预脱脂——脱脂——水清洗——水清洗——硅烷化——烘干或晾干