钢铁基体表面制备防腐涂层预处理方法研究进展

钢铁基体表面制备防腐涂层预处理方法研究进展

马 ,双

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西 西安 710089

摘要：金属腐蚀是一种广泛存在于生产生活中，对国民经济造成重大影响的一种现象。因此，如何进行有效的防腐是目前金属表面处理技术研究的重点。在这些技术中，在不能改变腐蚀介质和环境的情况下，最常用的是表面涂层技术。而金属表面预处理方法是影响表面涂层耐蚀性的关键因素，长期以来，人们探究了各种方法对金属进行预处理以提高涂层与基体的结合力。

关键词：防腐涂层；钢铁基体；表面预处理

前言

在表面涂装工艺中，涂料与基质之间的粘附性是一个非常关键的问题。一般情况下，涂层使用寿命受到以下因素的影响:20%的涂层系统，40%的金属基体表面处理，20%的涂层厚度不足或不均匀，20%的涂层涂层工艺和质量控制。金属基材的表面处理是最直接和最重要的影响因素。

一、基体表面预处理技术

（一）机械处理

本方法以手工砂纸为主，机械喷砂工艺为主。通过上述两种工艺，可以去除金属表面的氧化皮、积炭、毛刺焊渣、锈蚀产物、污垢等，从而增加工件的表面粗糙程度。底层涂料会渗透到基体的凹陷中，固化后会产生机械嵌合的效果;大量的研究发现，表面粗糙度越高，粘附性越强，涂层的粘附性越强，则会越差;喷砂时，由于受到高速砂石的撞击，表层金属产生强烈的塑性变形，并使其产生滑动，从而使其内部位错密度增大，并产生形貌畸变，晶格间距也随之改变。增加表面粗糙度和增大的表面积有利于增强涂层与金属基材的结合，尤其是含氟涂料等难粘性涂料。此外，还可以采用化学腐蚀技术，通过改变腐蚀液的配方和工艺条件，得到较好的表面粗糙度，从而提高涂层的粘接强度[1]。

（二）酸洗

目前，以盐酸、硫酸酸洗为主的除锈工艺为主。硫酸易挥发，易污染环境，因此，采用盐酸进行除锈，既能降低盐雾，又能迅速、经济地进行除锈，已成为目前钢铁行业的一个主要问题。由于氧化层的多孔性，酸液通过润湿剂快速渗入基底和氧化物之间，从而与盐酸发生反应生成氢，通过氢气的脱除，从而实现脱层;采用丁炔二醇作为缓蚀剂，十二烷基硅酸钠作为润湿剂，研制了一种能延长酸周期，改善环境的常温酸洗方法。酸洗除清除表面的氧化皮、污垢和腐蚀外，还能在表面形成大量的微孔。同时，酸洗还可以促进表面活性，提高表面能，促进化学键合。通过对氟树脂复合涂层的研究，发现:酸洗工艺与基材的粘接强度与120#砂纸相同，一是由于酸洗能去除表面的氧化皮、污物及腐蚀，使表面更加干净，有利于底层涂料的渗透;二是酸洗后样品表面出现大量细小的孔隙，这些孔隙可能是由于氯化物中的一点腐蚀而产生的孔洞，从而使其与基质之间的粘结起到一定的作用[2]。

（三）化学转化过渡层

对某些有机涂层的粘附性不佳，可通过喷砂、磷化等工艺提高粘附性，而使用 Ni、 Cr、有机或无机(如 A1.0、 TC陶瓷层)的化学转换层，提高粘接性。该工艺除了自身的防护功能之外，还可以通过与钢材的交互作用，形成一种化学转换膜，两者结合，可使防护金属发挥出最大的作用。无机过渡层可以在以下方面发挥以下功能: 首先，取代普通金属表面的氧化剂，使其具有不同的化学性质;其次，降低金属与有机涂覆薄膜的接触面，从而大大降低了界面上的阳极反应和阴极反应，再次，在一些场合，可以改善有机涂料与金属基片的粘接强度，增加有效的接合面，并能产生明显的嵌合效果，从而增强接合强度;最后，在使用情况下提供缓冲层，在不同的失效作用下。常用的无机涂料有磷酸盐涂料、铬酸盐涂料和掺杂涂料。

二、新兴基体表面预处理技术

（一）硅烷偶联剂的表面处理技术

硅烷偶联剂是近年来迅速发展起来的硅基化合物。目前，由于其工艺简单、无毒、无污染、使用范围广、成本低廉、耐腐蚀等优点，具有较好的抗腐蚀能力。近年来，国内外有关学者对金属表面的硅烷化防腐蚀技术进行了大量的研究: SCA水解后所生成的硅基可以与金属表面(A3钢的基底上不含铁，而水化的氧化)形成Me-0-Si结构，通过对金属进行防腐蚀预处理，可以在不涂漆的条件下避免多种腐蚀，采用 BTSE (不含有机官能团)等硅烷进行防腐蚀。BTSE具有很高的酸度，能够快速、稳定地与金属表面的基团结合。以该方法为依据，进行了两步工艺的研究，并对具体的金属进行了优化。对有机硅烷的水解和涂膜工艺进行了系统的研究:金属表面的处理不仅与其本身的性质、结构有关，而且还与其表面性质有关;SCA膜的耐蚀性取决于底材的预处理、 SCA水解液的配制以及膜老化工艺的选择。采用KH-550、602型硅烷偶联剂对金属进行预处理，并对其进行了实验研究。在研究涂层的起泡和剥落的形成机制和预防措施时，发现在钢件上使用硅烷，可以大大降低涂层的阴极剥离效果，从而避免了水分造成涂层的起泡和离析。结果表明，在偶联剂浓度为1.0%的情况下，采用硅烷偶联剂进行表面预处理，其抗剪强度最大[3]。

（二）"达克罗"工艺

达克罗(DACROMET)即达克锈，达克膜，迪克龙，锌铬膜，是一种特殊的表面防锈工艺，它可以将工件直接浸泡在含有锌粉剂和铬酸类的油漆中，或者通过刷涂工艺将涂层附着在工件表面，再通过烧结形成含有锌、铬的无机膜。达克罗涂层与基体金属有良好的结合力，而且与其他附加涂层有强烈的粘着性，处理后的零件易于喷涂着色，与有机涂层的结合力甚至超过了磷化膜。达克罗在生产加工及工件涂覆的整个过程中，不会产生对环境有污染的废水废气，不用三废处理，降低了处理成本。然而，达克罗涂层也存在不足之处：制造费用高、达克罗涂料的导电性差，硬度、耐磨性低。

（三）“四合一”表面预处理技术

             “四合一”预处理是钢铁基体表面一种高效节能的前处理方法，即除油、除锈、磷化、钝化一槽完成，此方法所需设备少、作业面积小、工期短、效率高、节约能源、降低成本，且钢铁件经“四合一”处理液处理后，膜层均匀密实、排列整齐，对漆膜的附着能力强。然而“四合一”预处理工艺排放的废液会污染环境，需要配置废液处理设备。

三、结语

在当今科技飞速发展的时代，我们有充分的理由去克服硅烷偶联剂、"达克罗"工艺、“四合一”表面预处理工艺等现有工艺的缺点，并发展出一种既能达到增强基体与涂层结合力又能降低或避免造成环境污染的预处理方法，为人类的生活营造良好的生态环境。这也是今后金属加工技术发展的必然趋势。

参考文献

[1]林绮欣,张天,桂雪峰,许凯.聚硫改性水性丙烯酸防腐涂层的制备及应用[J].广州化学,2022,47(06):47-56.DOI:10.16560/j.cnki.gzhx.20220611.

[2]星成霞,陈卫卫,胡远翔,李永立.除盐水箱聚脲防腐涂层溶出物检测及对水质的影响[J].电镀与涂饰,2022,41(18):1333-1337.

[3]王雪明,李爱菊,管从胜,王威强,边洁.防腐涂层钢铁基体表面处理的研究进展[J].石油和化工设备,2004(06):44-47.