微納陶瓷硅烷膜與磷化膜耐蝕性能對比實驗研究

摘 要：磷化工藝是目前較為常用的金屬涂裝前的處理技術，本文對比分析了傳統磷化工藝和金屬表面微納陶瓷硅烷膜，從防腐蝕性能方面研究了金屬表面微納陶瓷硅烷膜的優化性能，其中采用的方法有目測、硫酸銅點滴法、鹽水浸泡法、鹽霧法等，對硅烷膜的性質及與涂層結合后的防腐作用做了詳細的研究。

關鍵詞：硅烷膜；磷化膜；金屬涂裝

目前，磷化工藝于汽車工業、造船工業、航空工業、機械制造行業等領域廣泛地運用，其主要作用有耐磨減磨、涂漆底層、防腐、防銹等。尤其在金屬表面涂裝、防腐行業中起著尤為重要的作用。傳統磷化工藝嚴重污染環境，消耗能量大，其使用受到極大限制。金屬表面處理領域，出現的一種新型的綠色膜技術--硅烷膜技術，越來越受到關注。與傳統的磷化工藝相比形成微納陶瓷硅烷膜產生的廢水中鋅、銅、鎳等重金屬離子含量比磷化膜的較低，更環保，節能。

1 耐蝕性能實驗方法

為了更全面地評價硅烷膜與磷化膜的耐蝕性能，依據相關標準的要求，本文采用以下四種方法來進行實驗對比分析。

①膜外觀檢測。在生產過程中磷化膜外觀容易用肉眼觀測，而硅烷膜僅憑肉眼較難以判斷成膜質量的好壞。可采用金相顯微鏡，排金相照片進行觀察膜外觀形貌。GB/T 6807-2001《鋼鐵工件涂裝前磷化處理技術條件》規定磷化后工件的顏色應為淺灰色到深灰色或彩色，膜層應結晶致密，連續和均勻。

②CuSO4溶液點蝕實驗。點蝕又稱“孔蝕”，是指在金屬表面很小區域出現蝕孔或麻點，并不斷向縱深方向發展，形成小孔狀腐蝕坑的現象。CuSO4 點蝕就是在碳鋼片表面的微小區域滴一滴質量分數為3%的CuSO4 溶液，造成金屬表面亞穩定狀態的微孔迅速增生和點狀腐蝕的迅速出現。點狀腐蝕痕跡為紅色斑點，紅色物質為分解置換出來的Cu，反應機理是：

CuSO4+Fe→Cu+FeSO4

本實驗按照 GB/T 3824-1999《輕工產品黑色金屬化學保護層的測試方法浸漬點滴法》規定來檢測硅烷膜的耐腐蝕性能。該標準規定裸膜3%硫酸銅溶液30s，液滴無翻紅。

③氯化鈉鹽水浸泡法。將有膜層的工件浸入盛有3%的氯化鈉溶液的中，浸泡一段時間后，取出洗凈、吹干、目視檢查，試樣表面不應出現銹蝕。在金相顯微鏡下觀察其表面腐蝕形貌。考察薄膜在常溫有氧狀態下薄膜的穩定性和耐久性。實驗參照國標GB10124-88《均勻腐蝕全浸實驗方法》、GB/T 5936-86《輕工產品黑色金屬化學保護層的測試方法浸漬點滴法》或JB/T 7901-2001 《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》進行。GB/T 6807-2001規定裸膜3%氯化鈉溶液1h浸泡，膜表面無銹蝕。

④鹽霧試驗。鹽霧試驗是一種主要利用鹽霧試驗設備所創造的人工模擬鹽霧環境條件來考核產品或金屬材料耐腐蝕性能的環境試驗。它分為二大類，一類為天然環境暴露試驗，另一類為人工加速模擬鹽霧環境試驗。人工模擬鹽霧環境試驗是利用一種具有一定容積空間的試驗設備--鹽霧試驗箱，在其容積空間內用人工的方法，造成鹽霧環境來對產品的耐鹽霧腐蝕性能質量進行考核。人工模擬鹽霧試驗又包括中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗、交變鹽霧試驗。鹽霧試驗需要對鹽霧試驗條件，如溫度、濕度、氯化鈉溶液濃度和 pH 值等做出明確具體規定，另外還對鹽霧試驗箱性能提出技術要求。實驗參照國標GB6458-86《金屬覆蓋層中性鹽霧試驗》或GB 1771-79《漆膜耐鹽霧測定法》進行（實驗方法：GB/T10125-1997，檢測標準：GB 6461-2002金屬基體上金屬和其他無機覆蓋層經腐蝕實驗后的試樣和試件的評級）。本標準等效采用國際標準ISO 3768-1976《金屬覆蓋層中性鹽霧試驗（NSS試驗）》。其中，GB/T 6807-2001《鋼鐵工件涂裝前磷化處理技術條件》中規定漆膜耐蝕性能標準：24h漆膜中性鹽霧試驗，無起泡、脫落及銹蝕。

2 實驗結果與分析

①膜外觀檢測。將測試金屬試樣表面形成的磷化膜（裸膜）和硅烷膜（裸膜）放在金相顯微鏡進行觀察，磷化膜較厚呈黑褐色，且連續致密。硅烷膜較薄呈淡藍或彩色，還能清晰看見金屬晶格。所以硅烷膜厚度比磷化膜厚度小。

②鹽水浸泡實驗。本實驗采用濃度為3%的鹽水。經過鹽水浸泡1h后，磷化膜（裸膜）和硅烷膜（裸膜）表面均無銹跡。浸泡24h后，磷化膜（裸膜）表面有少量銹跡，而硅烷膜（裸膜）幾乎無銹跡。鹽水浸泡實驗表明，硅烷膜及磷化膜耐蝕性能均滿足要求。

③鹽霧實驗。試驗操作參數為：NaCl濃度50g/L± 10g/L，溫度35℃±2℃，pH值6.5～7.2之間，壓力0.1MPa。經過鹽水噴霧的磷化膜（漆膜）和硅烷膜（漆膜）24h后，均無出現銹跡。鹽霧實驗表明，硅烷膜的抗鹽水腐蝕性能與磷化膜相當。

3 結語

①為研究微納陶化硅烷膜的耐蝕性能，采取了外觀觀測、硫酸銅點蝕實驗、鹽水浸泡實驗、鹽霧實驗等方法進行硅烷膜與磷化膜的耐蝕性能對比實驗研究。

②硅烷膜的膜厚與膜重均比傳統磷化膜小，但其耐腐蝕性能達到傳統磷化膜的耐蝕性能。

參考文獻：

[1]張瑞.金屬磷化處理技術的研究進展[J].洛陽師范學院學報，2009，28（5）：81-82.

作者簡介：

李輝（1985- ），男，漢族，助理工程師，大學本科，2007年畢業于南昌理工學院模具設計與制造專業，現任職于湛江南海西部石油合眾近海建設有限公司，主要從事技術工作。