金属件涂装前处理纳米膜技术

朱丹青1 Wim van Ooij1* 陆国建2 王一建2

(1.美国依科技术公司，美国俄亥俄州 辛辛那提 2.杭州五源公司表面工程研究所，浙江 杭州 310030)

摘要：根据涂装金属的腐蚀行为分析，涂层的防腐蚀性能，主要取决于涂层与基体表面的附着力。本文结合经典的磷化处理技术特征，提出了一种节能环保型涂装前处理纳米膜技术，阐述了纳米陶瓷锆盐处理方法，根据硅烷偶联剂纳米膜“分子桥”作用，在金属件与涂层界面上形成化学共价键，显著提高涂层与基体附着力。为满足电泳涂装中的技术要求，综合了上述二项特点，研发了纳米陶瓷硅烷复合膜处理的工艺技术。通过家电、汽车零部件等涂装工程案例，它们均可广泛地应用于金属件涂装前处理生产中。

关键词：涂装，涂装前处理，附着力，硅烷处理，锆盐处理，纳米陶瓷硅烷复合处理

Abstract: According to metal corrosion behaviour theory, it is known that the anti-corrosion performance of coatings on metal is mainly depended on its adhesion to metal substrate. In this paper it presents new energy-efficiency and environmental-friendly coating pretreatment technologies. Silane process and nanoceramic process (Zr-based pretreatment) are introduced, respectively, and a combination of the two process is also developed. By practical application cases in domestic appliance and automobile accessory, etc., they can be extensively applied in metal coating pretreatment.

Keywords: coating, coating pretreatment, adhesion, silane process, Zr-based pretreatment, silane/Zr-based pretreatment

0.前言

在涂装金属件增强涂层与基体附着力，磷化处理技术已经有100多年历史。它是一种机械键力的方法[1]，磷化膜使涂层与金属基体形成表面粗糙度(roughness)或基体锚状(anchor pattem)结构有关的嵌锁作用的机械力。图1表明锌系磷化与钢铁基体的示意图。

磷化后钢铁表面粗糙度增加，增大比表面积，涂层与磷化膜象锚状结构结合，可以十分显著地提高了涂层与基体的附着力。为了提高磷化膜的耐蚀性能，通常还采用了六价铬钝化封闭处理。

由于磷化处理过程中存在表调的碱金属磷化钛盐废液，磷化废液含有磷酸、硝酸等毒害的重金属离子(如Ni2+、Mn2+、Ca2+、Cu2+等)、亚硝酸钠促进剂及磷化残渣，钝化废液含有致癌物质的六价铬，造成严重的环境污染。

随着工业化生产要求，节能减排的环保要求，对涂装前处理工艺、提高热效率，逐步实现零排放，是涂装前处理技术发展的方向和趋势[2]。

1.概述

1.1 涂装金属附着力特性

有机涂层对金属基体的附着力可以分为三种基本类型：

1） 化学键力(chemical bond)

2） 分子间力(intemdecular force)

3） 机械键力(mechamical bond一种机械嵌锁作用力)

通常至少有上述二种这样键力的作用，使涂层与金属件牢固地粘合在一起。

从而可见各种附着键力的本性取决于涂层和基体的界面的过渡层。而基体提供了机械附着力和化学吸引点或极性吸引点，涂层提供将其吸引到金属表面的化学条件。金属加工后工件涂装前放置在大气中，大多数都会形成一种氧化膜，许多情况下工厂经除油除锈后，涂层就与这层氧化膜相结合，这对涂装质量影响很大。表1为前处理工艺对阴极电泳涂层的耐蚀性的影响。

表1. 涂装前处理工艺对阴极电泳质量影响[3]

序号

涂装前处理工艺

中性盐雾试验

1

无处理(含油)/hr

200

2

脱脂后/hr

480

3

脱脂/磷化处理/hr

840

注: 试板采用冷轧钢板(漆膜厚度~20μm)

上述可见涂层与金属基体之间的附着力，涂装质量取决于两者之间的界面的过渡层。故要求涂层对金属基体的润湿性要好，易于扩展，增大涂装对基体的结合力。

1.2 金属件涂装前处理纳米膜技术原理

图片金属腐蚀主要包括化学和电化学腐蚀两类。金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境及电化学保护等。在金属表面覆盖各....