金屬腐蝕與防護概述

大多數工業用的金屬及鍍層金屬(如鐵、鋅、鋁、錫、鉛、鎂等及其合金)均可通過形成化學轉化膜來保護其表面。用于提高耐蝕性的化學轉化膜技術主要有鉻酸鹽鈍化和磷化等。其中經鉻酸鹽鈍化處理過的鍍鋅鋼板表面形成一層致密的鉻/基體金屬的混合氧化物膜層，由于該膜層具有自修復性，因而耐蝕性很高。但鉻酸鹽中六價鉻屬極毒性物質且易致癌，鈍化處理過程中產生的氣霧及生產中的廢水排放對生物體及環境都有嚴重危害。因此，取代六價鉻的無鉻處理工藝技術及開發新的替代性環境友好型鈍化產品，已成為金屬表面處理業所共同面臨的難題。

一、無鉻鈍化處理技術

1.鉬酸鹽、磷／鉬酸鹽鈍化處理

鉬與鉻同屬ⅥA族，是一種有希望替代鉻酸鹽的物質。鉬酸鹽早已廣泛用作鋼鐵及有色金屬的緩蝕劑和鈍化劑。英國Loughborough大學的Bijimi等研究了鉬酸鹽鈍化處理過程中的電化學特性和鋅表面的化學浸泡處理。在腐蝕試驗中，鉬酸鹽轉化膜的耐蝕性不如鉻酸鹽轉化膜。近年來的研究表明在磷/鉬酸鹽鈍化液中摻雜有機/無機緩蝕劑，能更進一步提高轉化膜的耐蝕性。宮麗等采用在鉬酸鹽鈍化液中加入適量H3PO4、SiO2、Ti(Ⅳ)鹽等添加劑，對鉬酸鹽鈍化膜改性的Mo-P-Si-Ti復合鈍化膜，并討論了鈍化膜的成膜機理和防蝕機理。

2.硅酸鹽鈍化處理

硅酸鹽處理具有成本低、鈍化液穩定性好、使用方便、無毒、無污染等優點，但耐腐蝕性能較差。為了增強膜層耐蝕性，鈍化液中常加入一些有機促進劑，如水溶性陰離子型丙烯酸胺、硫脲等化合物。

3.稀土鹽鈍化處理

金屬的稀土鈍化處理方法通常比較簡單，一般只要將金屬置于含稀土離子的溶液中，浸泡一段時間（化學浸泡法）或將金屬作為陰極通電極化（陰極極化法），便可使金屬鈍化，即在金屬表面形成稀土鈍化膜，鈍化過程的工藝條件對稀土轉化膜的形成及其性能有很大影響。

（1）化學浸泡法。化學浸泡法即將金屬置于含稀土離子的溶液中，浸泡一段時間完成鈍化的方法。鈍化時所用的鈍化處理溶液有兩類：一類是單一的稀土鹽溶液(有時含有NaCl)；另一類是溶液中除含有稀土鹽外，還含有強氧化劑和成膜促進劑或輔助成膜劑等添加物。

（2）陰極極化法。陰極極化法是將置于稀土鹽溶液中的金屬工件作為陰極，進行陰極極化處理的方法。該方法能在較短時間內使金屬表面形成稀土轉化膜。但陰極極化處理時有氫氣析出，使轉化膜出現較多微孔，且與金屬層的結合強度低，進而導致稀土轉化膜的耐蝕性下降。陰極極化法處理后得到的稀土轉化膜耐蝕性低于化學浸泡法，因此陰極極化法應用很少。

4.鎢酸鹽、鈦、鋯、鉿系鈍化處理

含鋯溶液代替鉻酸鹽用于鋁基表面的預處理已被確認，鋯基無鉻鈍化液也可處理鋅基表面，作為涂漆的前處理，而一般不作為最終處理。鋯基無鉻鈍化液主要含有H2ZrF6，提供Zr和F。另外，常需加入少量的HF。鋯系處理鋁合金的耐腐蝕能力同鉻酸鹽接近。

5.硅烷鈍化處理

硅烷特殊的結構特征決定了它可以與金屬形成Si-O-Me(Me表示金屬)化學結合鍵，從而可以提高涂層與金屬基體的化學結合力。

以硅烷為主的金屬表面防銹技術具有以下優點：工藝過程簡單，無毒、無污染，適用范圍廣，成本低，防腐效果優于傳統的磷化、鈍化工藝，經硅烷處理過的金屬表面對有機涂層的膠粘性能優異。如能實現工業化生產，必將對金屬材料表面處理行業帶來深遠的影響。

二、硅烷偶聯劑簡述

偶聯劑是一種重要的、應用領域日漸廣泛的處理劑，主要用作高分子復合材料的助劑。偶聯劑的種類繁多，主要有硅烷偶聯劑、欽酸酯偶聯劑、鋁酸酷偶聯劑、雙金屬偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑等。其中，硅烷偶聯劑(Silane coupling agents，簡稱“SCA”或“硅烷”)是應用最早、最廣泛的偶聯劑，它發展至今已有近70年的歷史。現在，硅烷偶聯劑基本上適用于所有無機材料和有機材料的連接表面，己經被廣泛應用在汽車、航空、電子和建筑等行業中。

三、金屬表面硅烷化的研究進展

硅烷偶聯劑并非一種新材料，但其用于金屬防腐和金屬材料表面預處理中卻是一個新興的領域。以硅烷偶聯劑為主的金屬表面防銹技術能滿足以下幾個要求：

化學藥品和處理步驟經濟合理；

無環境污染；

在干濕條件下為涂層與金屬基體提供優異的結合力；

能使金屬表面鈍化。

（作者單位：開封市技師學院）