鋁表面硅烷制備工藝優(yōu)化及膜層性能研究.pdf

1、鋁表面硅烷化處理是近年興起的綠色環(huán)保表面處理技術(shù)，它可以有效替代對環(huán)境造成嚴(yán)重污染的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理和磷化工藝。但傳統(tǒng)的硅烷化處理工藝需采用高醇含量的水解體系，這限制了該技術(shù)的應(yīng)用推廣。針對這一不足，本文采用了低醇含量的水基硅醇體系在鋁表面制備硅烷膜，并在該體系中對硅烷膜的制備工藝及膜層性能進(jìn)行了優(yōu)化。
　　(1)水基硅醇體系中硅烷膜制備工藝優(yōu)化。采用復(fù)相水解方法制備水基硅醇溶液，采用單因素水平試驗(yàn)研究固化過程中時(shí)間、溫度對乙烯基三

2、乙氧基硅烷(VTES)膜層性能的影響，得出硅烷膜的最佳固化工藝參數(shù)為：100℃固化30 min。采用脈沖電輔助沉積法在鋁表面制備了雙-[γ-(三乙氧基)硅丙基[-四硫化物(BTESPT)硅烷膜，并通過電化學(xué)阻抗譜(EIS)及動(dòng)電位掃描極化曲線分析了不同沉積電位、沉積時(shí)間下膜層的耐蝕性能。結(jié)果表明，脈沖電輔助沉積硅烷膜的最佳工藝參數(shù)為正向沉積電位-0.6-VSCE，負(fù)向沉積電位-1.6 VSCE，正負(fù)沉積時(shí)間比1:1，該條件下制備的硅烷膜

3、孔隙率僅為0.04％，保護(hù)效率高達(dá)92.45％。采用掃描電子顯微鏡/X-射線能量衍射譜(SEM/EDS)分析硅烷膜的微觀形貌及元素組成。結(jié)果表明，金屬鋁經(jīng)水基硅醇體系浸涂處理后，表面形成了厚度為188 nm的BTESPT膜層，且電輔助沉積有利于形成表面粗糙度更高、更為均勻致密的硅烷膜。
　　(2)硅烷-鈰鹽雜化膜的制備及性能表征。采用正交試驗(yàn)法確定水基硅醇體系中硅烷-鈰鹽雜化膜的最佳制備工藝條件為：鈰鹽濃度0.01 mol/L、H

4、2O2濃度15ml/L、浸涂時(shí)間90 min、浸涂溫度35℃。通過電化學(xué)方法分析了雜化膜的耐蝕性能，并通過鹽水浸泡試驗(yàn)研究了雜化膜的耐久性，采用SEM/EDS分析了雜化膜的微觀形貌及元素組成。EIS及極化曲線測試結(jié)果表明，硅烷-鈰鹽雜化膜具有較單一硅烷膜和鈰鹽轉(zhuǎn)化膜更好的致密度及疏水性，且雜化膜對鋁基底的陰、陽極反應(yīng)均起到了明顯的抑制作用，將腐蝕電流密度降低到約10-7A/cm2，有效提高了鋁的耐腐蝕性能。7 d鹽水浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鈰

5、鹽摻雜后使膜層具有了一定的“自修復(fù)”能力，使雜化膜在鹽水浸泡過程中Rct值一直保持在105Ω·cm2左右，能夠?yàn)榻饘倩滋峁┡c鉻酸鹽鈍化膜相當(dāng)?shù)拈L效防腐作用。SEM及EDS結(jié)果表明，鈰鹽摻雜后將硅烷膜的厚度增加到約500 nm，并有效提高了膜層的均勻度與致密度。
　　(3)功能性雙硅烷膜的制備及性能表征。采用兩步浸涂法在水基硅醇體系中制備了BTESPT/VTES及BTESPT/γ-(2，3環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(γ-GPS)兩

6、種雙硅烷膜，并分別在膜層上刷涂了丙烯酸涂層(AC)和雙組份環(huán)氧涂層(EC)。通過電化學(xué)方法分析了雙硅烷膜的耐蝕性能，并采用鹽水浸泡試驗(yàn)分析了雙硅烷膜/涂層試樣的耐久性。EIS及極化曲線測試結(jié)果表明，BTESPT/VTES膜及BTESPT/γ-GPS膜的膜層阻抗均接近106Ω·cm2，高于單一的BTESPT、VTES及γ-GPS膜層；雙硅烷膜沉積能夠使鋁試樣的Ecorr正移，有效提高了金屬基底的耐腐蝕性能。90 d鹽水浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，B

7、TESPT/VTES/AC及BTESPT/γ-GPS/EC試樣在浸泡90 d后阻抗值仍分別保持在9.50×106Ω·cm2和6.37×1010Ω.cm2，明顯高于單硅烷膜/涂層試樣。采用拉開法測定了沉積雙硅烷膜后的鋁表面的涂層附著力，結(jié)果表明，雙硅烷膜與有機(jī)涂層具有很好的相容性，且BTESPT/γ-GPS/EC的配套性優(yōu)于BTESPT/VTES/AC。BTESPT/γ-GPS膜層的SEM及EDS結(jié)果表明，鋁表面形成了均勻致密、相互交聯(lián)的