微纳陶瓷硅烷膜与磷化膜耐蚀性能对比实验研究

摘 要：磷化工艺是目前较为常用的金属涂装前的处理技术，本文对比分析了传统磷化工艺和金属表面微纳陶瓷硅烷膜，從防腐蚀性能方面研究了金属表面微纳陶瓷硅烷膜的优化性能，其中采用的方法有目测、硫酸铜点滴法、盐水浸泡法、盐雾法等，对硅烷膜的性质及与涂层结合后的防腐作用做了详细的研究。

关键词：硅烷膜；磷化膜；金属涂装

目前，磷化工艺于汽车工业、造船工业、航空工业、机械制造行业等领域广泛地运用，其主要作用有耐磨减磨、涂漆底层、防腐、防锈等。尤其在金属表面涂装、防腐行业中起着尤为重要的作用。传统磷化工艺严重污染环境，消耗能量大，其使用受到极大限制。金属表面处理领域，出现的一种新型的绿色膜技术--硅烷膜技术，越来越受到关注。与传统的磷化工艺相比形成微纳陶瓷硅烷膜产生的废水中锌、铜、镍等重金属离子含量比磷化膜的较低，更环保，节能。

1 耐蚀性能实验方法

为了更全面地评价硅烷膜与磷化膜的耐蚀性能，依据相关标准的要求，本文采用以下四种方法来进行实验对比分析。

①膜外观检测。在生产过程中磷化膜外观容易用肉眼观测，而硅烷膜仅凭肉眼较难以判断成膜质量的好坏。可采用金相显微镜，排金相照片进行观察膜外观形貌。GB/T 6807-2001《钢铁工件涂装前磷化处理技术条件》规定磷化后工件的颜色应为浅灰色到深灰色或彩色，膜层应结晶致密，连续和均匀。

②CuSO4溶液点蚀实验。点蚀又称“孔蚀”，是指在金属表面很小区域出现蚀孔或麻点，并不断向纵深方向发展，形成小孔状腐蚀坑的现象。CuSO4 点蚀就是在碳钢片表面的微小区域滴一滴质量分数为3%的CuSO4 溶液，造成金属表面亚稳定状态的微孔迅速增生和点状腐蚀的迅速出现。点状腐蚀痕迹为红色斑点，红色物质为分解置换出来的Cu，反应机理是：

CuSO4+Fe→Cu+FeSO4

本实验按照 GB/T 3824-1999《轻工产品黑色金属化学保护层的测试方法浸渍点滴法》规定来检测硅烷膜的耐腐蚀性能。该标准规定裸膜3%硫酸铜溶液30s，液滴无翻红。

③氯化钠盐水浸泡法。将有膜层的工件浸入盛有3%的氯化钠溶液的中，浸泡一段时间后，取出洗净、吹干、目视检查，试样表面不应出现锈蚀。在金相显微镜下观察其表面腐蚀形貌。考察薄膜在常温有氧状态下薄膜的稳定性和耐久性。实验参照国标GB10124-88《均匀腐蚀全浸实验方法》、GB/T 5936-86《轻工产品黑色金属化学保护层的测试方法浸渍点滴法》或JB/T 7901-2001 《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行。GB/T 6807-2001规定裸膜3%氯化钠溶液1h浸泡，膜表面无锈蚀。

④盐雾试验。盐雾试验是一种主要利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。它分为二大类，一类为天然环境暴露试验，另一类为人工加速模拟盐雾环境试验。人工模拟盐雾环境试验是利用一种具有一定容积空间的试验设备--盐雾试验箱，在其容积空间内用人工的方法，造成盐雾环境来对产品的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。人工模拟盐雾试验又包括中性盐雾试验、醋酸盐雾试验、铜盐加速醋酸盐雾试验、交变盐雾试验。盐雾试验需要对盐雾试验条件，如温度、湿度、氯化钠溶液浓度和 pH 值等做出明确具体规定，另外还对盐雾试验箱性能提出技术要求。实验参照国标GB6458-86《金属覆盖层中性盐雾试验》或GB 1771-79《漆膜耐盐雾测定法》进行（实验方法：GB/T10125-1997，检测标准：GB 6461-2002金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀实验后的试样和试件的评级）。本标准等效采用国际标准ISO 3768-1976《金属覆盖层中性盐雾试验（NSS试验）》。其中，GB/T 6807-2001《钢铁工件涂装前磷化处理技术条件》中规定漆膜耐蚀性能标准：24h漆膜中性盐雾试验，无起泡、脱落及锈蚀。

2 实验结果与分析

①膜外观检测。将测试金属试样表面形成的磷化膜（裸膜）和硅烷膜（裸膜）放在金相显微镜进行观察，磷化膜较厚呈黑褐色，且连续致密。硅烷膜较薄呈淡蓝或彩色，还能清晰看见金属晶格。所以硅烷膜厚度比磷化膜厚度小。

②盐水浸泡实验。本实验采用浓度为3%的盐水。经过盐水浸泡1h后，磷化膜（裸膜）和硅烷膜（裸膜）表面均无锈迹。浸泡24h后，磷化膜（裸膜）表面有少量锈迹，而硅烷膜（裸膜）几乎无锈迹。盐水浸泡实验表明，硅烷膜及磷化膜耐蚀性能均满足要求。

③盐雾实验。试验操作参数为：NaCl浓度50g/L± 10g/L，温度35℃±2℃，pH值6.5～7.2之间，压力0.1MPa。经过盐水喷雾的磷化膜（漆膜）和硅烷膜（漆膜）24h后，均无出现锈迹。盐雾实验表明，硅烷膜的抗盐水腐蚀性能与磷化膜相当。

3 结语

①为研究微纳陶化硅烷膜的耐蚀性能，采取了外观观测、硫酸铜点蚀实验、盐水浸泡实验、盐雾实验等方法进行硅烷膜与磷化膜的耐蚀性能对比实验研究。

②硅烷膜的膜厚与膜重均比传统磷化膜小，但其耐腐蚀性能达到传统磷化膜的耐蚀性能。

参考文献：

[1]张瑞.金属磷化处理技术的研究进展[J].洛阳师范学院学报，2009，28（5）：81-82.

作者简介：

李辉（1985- ），男，汉族，助理工程师，大学本科，2007年毕业于南昌理工学院模具设计与制造专业，现任职于湛江南海西部石油合众近海建设有限公司，主要从事技术工作。