納米硅烷的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景

硅烷技術(shù)是以有機(jī)硅烷為主要原料對(duì)金屬或非金屬材料進(jìn)行表面處理的過(guò)程，它與傳統(tǒng)磷化、鉻化等工藝相比具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：不含有害重金屬離子；無(wú)磷，無(wú)需加溫；硅烷處理過(guò)程不產(chǎn)生沉渣，處理時(shí)間短，控制簡(jiǎn)便；設(shè)備投資小、工序少，處理能耗低；可共線處理鐵板、鍍鋅板、鋁板等多種基材。相比另一個(gè)新型處理工藝陶化劑來(lái)說(shuō)，硅烷處理劑不產(chǎn)生沉渣，處理時(shí)間更短，穩(wěn)定性更佳，最突出的特點(diǎn)是硅烷處理液甚至可以不經(jīng)任何處理直接達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)于納米硅烷未來(lái)的改進(jìn)方式有以下幾種，1添加納米粒子，等人嘗試在鋁合金表面沉積BTSE硅烷膜時(shí)添加納米級(jí)CeO2粒子，結(jié)果顯示，當(dāng)CeO2粒子均勻分布時(shí)，形成的膜很薄，小于100nm，而且在四個(gè)月的老化時(shí)間 里， CeO2粒子的存在都不會(huì)影響BTSE硅烷溶液的穩(wěn)定性，XPS結(jié)果顯示，在固化膜中BTSE中的Si有可能與Ce成鍵。等人在低碳鋼表面沉積BTSPA硅烷時(shí)添加 納米級(jí)SiO2粒子。結(jié)果顯示， 當(dāng)添加量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)（約3×10－4），膜的耐蝕性和疏水性都有明顯提高， 膜有更高的硬度和厚度。在適宜的條件下，粒子的分布很均勻，形成粗糙的表面，有利于后續(xù)有機(jī)涂層的固定。在AA2024－T3鋁合金使用電輔助沉積DTMS膜時(shí)，向硅烷溶液中添加納米級(jí)TiO2，結(jié)果顯示， 電化學(xué)輔助沉積和添加納米TiO2都會(huì)增加膜的厚度， 提高覆蓋度和粗糙度。膜也有更好的疏水性和耐蝕性。當(dāng)兩種技術(shù)混合時(shí)，性能會(huì)進(jìn)一步提高。

2雙層復(fù)合膜，在鉬酸鹽處理過(guò)的熱鍍鋼板上再浸涂一 層硅烷膜，復(fù)合膜具有2個(gè)明顯的膜層，最外層基本上是由C，O，Si組成的硅烷膜，內(nèi)層則為鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜，膜厚約為350～400nm；復(fù)合膜中硅烷膜/鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜/基體的化學(xué)成分形成連續(xù)的梯度變化。復(fù)合膜可以推遲鋅層出現(xiàn)白銹 的時(shí)間，抗蝕性能超過(guò)了鉻酸鹽鈍化膜。除了使用上述兩步成膜法外，還嘗試將硅烷溶液與鉬酸鹽溶液混合，一步成膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所得膜與兩步成膜法有類似的雙層膜結(jié)構(gòu)。 P先將鍍鋅鋼浸在硝酸鑭溶液中，在其表面形成一層鑭酸鹽轉(zhuǎn)化膜，在用硅烷溶液處理，形成的硅烷膜填補(bǔ)轉(zhuǎn)化膜上的微裂紋和針孔并形成外部膜，這種轉(zhuǎn)化膜性能良好，與鉻化處理相當(dāng)。

3摻雜鈰鹽及氧化物（自愈性膜） 為了能夠使硅烷膜擁有和鉻化處理相同的自愈性， 國(guó)內(nèi)外學(xué)者們做了大量探究工作 ，而目前應(yīng)用最多、效果較好的是鈰鹽、鈰的氧化物。嘗試在碳鋼表面的BTSE膜中添加硝酸 鈰銨， Ce4+存在時(shí)，表面更厚也更精致，并且會(huì)釋放出Ce3+ ，形成更加致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在AA2024－T3鋁合金和鍍鋅鋼表面的新型BTESPT硅烷膜中添加Ce（NO3）3時(shí)，除了性能的提高外也表現(xiàn)出更長(zhǎng)的壽命。陳東初 等人在含有Ce（NO3）3的硅烷溶液中加入了一種氯化物促進(jìn)劑，可以提高膜的致密度并提高膜中Ce（Ce3+ 和Ce4+）的含量。 嘗試將添加納米粒子與鈰酸鹽兩種改 性一同應(yīng)用在硅烷膜上， 發(fā)現(xiàn)兩種改性手段有協(xié)同作用，在BTSE雙層膜中進(jìn)一步添加納米粒子與鈰酸鹽，結(jié)果顯示三種改性同時(shí)應(yīng)用時(shí)，效果最好。

硅烷化處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及展望 近年來(lái)硅烷化處理技術(shù)發(fā)展迅速，整體趨勢(shì)是向著更加 綠色環(huán)保、高效實(shí)用的方向發(fā)展，具體來(lái)說(shuō)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 （1）硅烷溶液的完全水性化。為提高硅烷溶液的水溶性，通常加入甲醇或者乙醇作為溶劑［29］ 。但是， 一者成本增加，二者有機(jī)溶劑揮發(fā)，造成污染。同時(shí)，有機(jī)溶劑容易在膜層中存留，影響膜層性能，所以如何少用或完全不用有機(jī)溶劑，是硅烷化膜處理領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容。 （2）新型改性方法傳統(tǒng)的改性方法，雖然大大提高了硅烷膜的耐蝕性、粘接性等多方面性能，減少了膜的缺陷，賦予膜自愈性。但是該領(lǐng)域的研究很不成熟，離工業(yè)化應(yīng)用還有很長(zhǎng)距離，學(xué)者們需要致力于開發(fā)新型改性方法的深入研究，形成穩(wěn)定的溶液體系，向著膜的復(fù)合化、功能化、自愈能力提高等方向努力。 （3）新型成膜技術(shù)浸泡、刷涂等成膜方式工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低，至今仍是應(yīng)用最為廣泛的成膜方式，但其不足日益明顯，積極探討電化學(xué)輔助沉積、等離子體沉積等新興沉積技術(shù)，有效控制膜的厚度與致密性，改善膜的性能，是將來(lái)重要的研究?jī)?nèi)容。 （4）在不同基體上的應(yīng)用 目前硅烷膜在鋁合金上應(yīng)用相對(duì)成熟，但在碳鋼、鍍鋅鋼等基體上的應(yīng)用研究還相對(duì)較少，尤其是與電泳底漆配套使用時(shí)，在膜層耐蝕性、膜層與涂層結(jié)合力等方面存在諸多問(wèn)題，有待于進(jìn)一步探討。

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