金属表面硅烷化处理应用的研究

实验64 材料表面的硅烷化改性一．实验目的1.利用硅烷偶联剂改性有机或无机材料。

2.制备无机-有机杂化粉体或薄膜材料。

二．实验原理很多纳米材料都是重要的无机化工产品，是橡胶.塑料.油漆.油墨.造纸.农药及牙膏等行业不可缺少的优良原料。

以SiO2纳米颗粒为例，纯粹制备的SiO2颗粒表面上存在着大量的羟基基团，呈极性.亲水性强，众多的颗粒相互联结成链状，链状结构彼此又以氢键相互作用，形成由聚集体组成的立体网状结构，在这种立体网状结构中分子间作用力很强，应用过程中很难均匀分散在有机聚合物中，颗粒的纳米效应很难发挥出来。

如何将纳米SiO2均匀分散在高分子材料中，以提高聚合物材料的各项性能是一个重要的研究方向。

硅烷偶联剂发展至今已有一百多种产品，按Y有机官能团的不同，可分为链系基类硅烷偶联剂.氨基硅烷偶联剂.环氧基类硅烷偶联剂.烷基丙烯酰氧基类硅烷偶联剂及双官能基型硅烷偶联剂等。

硅烷偶联剂处理技术原理简单.操作方便，其与材料表面的作用机理一直是研究的重点，目前关于硅烷在材料表面行为的理论有很多假设，主要有化学键理论.物理吸附理论.表面浸润理论.可逆水解平衡理论和酸碱相互作用理论等。

硅烷偶联剂分子含有两种反应性基团，化学结构可以用X3SiRY来表示，其中，X是可进行水解反应并生成硅烃基(Si-OH)的基团，如卤素.氨基.烷氧基和乙酰氧基等，硅醇基团可和无机物（如无机盐类.硅酸盐.金属及金属氧化物等）发生化学反应，生成稳定的化学键，将硅烷与无机材料连接起来。

Y是非水解基团，可与有机基团如乙烯基.氨基.巯基.环氧基等起反应，从而提高硅烷与聚合物的粘连性。

R是具有饱和键或不饱和键的碳链，将官能团Y和Si原子连接起来。

因此硅烷偶联剂分子被认为是连接无机材料和有机材料的“分子桥”，能将两种性质悬殊的材料牢固地连接在一起，形成无机相/硅烷偶联剂/有机相的结合形态，从而增加了后续有机涂层与基地材料的结合力。

一般来说，硅烷分子中的两个端基团既能分别参与各自的反应，也能同时起反应。

金属硅烷前处理技术
金属硅烷前处理技术是一种将金属表面处理成硅烷基化合物的技术。

该技术主要用于金属的防腐蚀和提高表面润滑性能。

金属硅烷前处理技术的主要步骤包括清洗、活化和硅烷基化处理。

清洗步骤主要是将金属表面的油脂、氧化物和污垢等污染物清除，以保证后续处理的有效性。

活化步骤是通过化学活化剂处理金属表面，增加表面活性，使硅烷化剂能够更好地与金属反应。

硅烷基化处理是使用硅烷化剂对金属表面进行处理，形成硅烷基化合物层。

硅烷基化合物具有较好的黏附性和耐腐蚀性，能够有效地防止金属被氧化、腐蚀和磨损，同时还能提高金属表面的润滑性能。

金属硅烷前处理技术广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域，可以提高产品的质量和耐用性，延长使用寿命。

同时，该技术还能够减少对环境的污染，提高生产效率，具有较好的经济效益和社会效益。

收稿日期：２０１０－１１－０６作者简介：张小琴（１９８０—），女，江苏溧水人，工程师，硕士．第５卷　第３期材　料　研　究　与　应　用Ｖｏ１．５，Ｎｏ．３２　０　１　１年９月ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｓｅｐｔ．２　０　１　１文章编号：１６７３－９９８１（２０１１）０３－０１７７－０４铝合金硅烷化表面处理技术现状张　小　琴广东省工业技术研究院（广州有色金属研究院）分析测试中心，广东广州５１０６５０摘　要：本文介绍了铝合金硅烷化表面处理的腐蚀防护机理，并对相关性能影响因素（包括硅烷种类、溶液浓度、ｐＨ值及沉积方式）、改性技术（添加纳米颗粒、导入缓蚀剂及引入染色基团等）及硅烷膜的分析表征技术进行了综述．关键词：硅烷，铝合金，表面处理，防护机理，性能表征中图分类号：ＴＱ９ 文献标识码：Ａ硅烷化处理是以有机硅烷为主要原料对金属或非金属材料进行表面处理的技术．有机硅烷作用于金属表面时，既能形成亲有机的官能团，又能形成亲无机的官能团，因此可以把有机材料和无机材料这两种性质差异很大的材料牢固地结合在一起．对铝合金而言，硅烷可与基体表面的铝氧化物形成极强的Ａｌ─Ｏ─Ｓｉ键，而硅烷的有机部分又可与表面涂层形成化学键结合，极大地提高铝合金表面的耐腐蚀性以及铝合金与涂层的结合强度［１］．硅烷处理技术具有环保（无有毒重金属离子）、能耗低（常温使用）、使用成本低（每千克处理量为普通磷化的５～８倍）、无渣等优点．美国已于２０世纪９０年代开始对金属硅烷前处理技术进行理论研究，欧洲于２０世纪９０年代中期开始对硅烷进行试探性研究．我国在本世纪初迫于环保方面的巨大压力，各大研究机构及生产企业开始对硅烷进行研究．硅烷化处理是一种很有前途的金属表面处理技术，有望取代目前普遍应用的污染环境的磷化和铬化技术．１　反应机理硅烷防护技术的基本原理［２－３］就是硅烷中的硅羟基与金属氧化物的反应以及硅烷自身的缩聚反应．硅烷分子通式为Ｘ－Ｒ－Ｓｉ（ＯＲ′）ｎ，其中Ｘ代表能和有机物反应的官能团，如乙烯基、氨基、环氧基、巯基等；Ｒ为烷基，通常Ｒ为—ＣＨ３或—ＣＨ２ＣＨ３；ｎ＝２或３，－Ｓｉ（ＯＲ′）ｎ表示可进行水解反应并生成Ｓｉ－ＯＨ的基团．硅烷化反应可分为４个步骤［２－３］：（１）硅烷水解Ｓｉ（ＯＲ）３＋Ｈ２幑幐Ｏ　Ｓｉ（ＯＨ）３＋ＲＯＨ（１）（２）低聚物中的ＳｉＯＨ与铝材表面上的－ＯＨ形成氢键幑幐ＳｉＯＨ＋ＭｅＯＨ　ＳｉＯＭｅ＋Ｈ２Ｏ（２）（３）ＳｉＯＨ之间脱水缩合成含ＳｉＯＨ的低聚硅氧烷幑幐ＳｉＯＨ＋ＳｉＯＨ　ＳｉＯＳｉ＋Ｈ２Ｏ（３）（４）加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键连接．成膜后的模型如图１所示．图１　硅烷在铝表面成膜模型Ｆｉｇ．１　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ａｆｔｅｒｓｉｌａｎｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ反应（１）中的水解和反应（３）中的缩合是处于竞争状态的两个反应，可通过调节反应体系的ｐＨ值来控制缩合反应的发生，从而保证硅醇的含量．经过这四步硅烷化反应后金属表面上就形成一层致密的具有Ｍｅ—Ｏ—Ｓｉ—和—Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ—特征结构的保护膜，从而大幅度提高金属的耐蚀性．２　影响因素２．１　成膜方式成膜方式有浸泡式和电化学辅助沉积法．电化学辅助沉积是一种明显区别于浸泡方式的新型硅烷沉积技术．该工艺是金属试样在硅烷溶液浸泡过程中，通过对其表面施加一定的电位，导致电极表面局部溶液的ｐＨ值升高，从而促进硅醇在金属表面缩聚形成交联聚合产物［—Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ—］ｎ．与单纯的浸泡式相比，这种方法显著提高了硅烷膜与基体的结合力及耐蚀性，且因其改变的只是金属表面小部分溶液的ｐＨ值，不会影响本体溶液的稳定性，因而克服了处理液因ｐＨ值升高导致其产生絮凝进而失效的缺点［４－６］．研究表明［２］：不同硅烷的电化学辅助沉积普遍存在着一个临界阴极沉积电位（简称ＣＣＰ，一般为－０．８Ｖ），在此电位条件下，可制备出物理性能和防腐蚀性能优越的硅烷膜层．电化学辅助沉积是当前硅烷化处理中最受研究者关注的技术，也是当前研究热点之一，具有重要的学术价值和应用前景．首先，通过对沉积过程电化学参数的在线监测及硅烷膜的表征，可以更深入地探讨电化学辅助沉积机理，如施加电位或改变电位波形对硅烷膜结构及耐蚀性的影响等．其次，可以对制备工艺中溶液参数与电化学参数进行优化，得到性能更好的硅烷膜．再次，传统浸涂工艺很难对硅烷膜的微观结构进行控制，而在电化学辅助沉积技术中通过对电化学参数的调节，可以实现硅烷膜的可控制备．２．２　溶液的ｐＨ值ｐＨ值主要通过影响硅烷溶液的水解与缩聚反应速率，来影响硅烷溶液及硅烷膜的性能．不论是在酸性条件下，还是在碱性条件下，硅烷的水解和缩聚速率都是很高的，而在ｐＨ为７左右则较低．这说明Ｈ＋和ＯＨ－对硅烷的水解和缩聚均有促进作用，是硅烷水解和缩聚反应的催化剂．可见，为了控制硅烷的缩聚和水解，使溶液中含有足够的—Ｓｉ—ＯＨ基团，降低硅烷低聚物的生成，除了要选择适当的溶剂外，还必须适当调整溶液的ｐＨ值．因此，合理ｐＨ值的选取既要考虑抑制硅烷溶液缩聚反应的发生，还要使硅烷溶液有合适的水解速率．根据这一原则，摸索出了一些防护用硅烷溶液的最佳ｐＨ值范围［２］：ＢＴＳＥ（４～５），ＢＴＳＰＳ（６～６．５）；对于制备功能性硅烷膜，溶液ｐＨ值的调整范围可更宽一些，如γ－ＡＰＳ（４～１１），ＢＴＳＰＡ（３．５～９．５）．另外，在选取ｐＨ值时，还应考虑铝基体在溶液中的稳定性，所以溶液ｐＨ值不能太大．２．３　硅烷的种类和浓度为获得单纯防护性的硅烷膜，一般选用无官能团的硅烷试剂，如ＢＴＳＥ和ＢＴＳＰＳ等．若为了提高基体与有机涂层的结合力，常选用与涂层匹配的带特定官能团的硅烷，如对环氧系列涂层一般选用γ－ＧＰＳ等，此功能性硅烷膜也可涂覆在非官能团硅烷膜上．该技术称为两步法成膜工艺，所制得的双层膜既有一定的耐蚀性，又与有机涂层有较好的结合力．近期又开发出了复合硅烷膜技术［７－１０］，可一次性制备两类硅烷膜，且复合膜的性能具有协同效应．此外，Ｑｕｅ等人［１１－１２］还研究了硅烷涂层与其他无机涂层的结合应用．徐溢［１３］利用反射吸收红外光谱研究表明：在２ｍｉｎ内，硅烷分子不停地被吸附到金属表面，吸附是瞬间完成的，金属表面上硅烷膜的厚度在不断地增长；但２ｍｉｎ后，以化学键合的膜的厚度已不再增长，自此之后，膜的性质和浸渍时间无关．在金属表面硅烷化中，老化方式及温度对膜层的附着力及耐蚀性都有较大影响．自然老化后硅烷膜的耐蚀性与加热老化后硅烷膜的耐蚀性相比，加热老化的膜层耐蚀性能增长较大．对于乙烯基三己氧基硅烷（ＶＳ），温度的影响并不明显，而ＫＨ－５６０、ＫＨ－５５０膜的性能受老化时间和温度的影响很大．老化温度过高，会造成膜内的交联以致降低膜的反应性．这种反应性的降低可能是发生了如下反应：①Ｓｉ—Ｏ—Ｍｅ化学结合键的形成；②未反应ＳＣＡ、硅醇分子之间的交联、缩聚；③Ｙ基团发生的交联．随着膜变得越来越致密，硅烷向高分子材料形成互穿式网络结构越来越困难［１３］．２．４　添加剂Ｖａｎ　Ｏｏｉｊ研究组［１４－１５］最早在硅烷体系中添加８７１材　料　研　究　与　应　用２　０　１　１了纳米级氧化铝颗粒，发现制备出的膜层的抗腐蚀性能接近于铬酸盐处理效果．近年来，为提高膜的耐蚀性与机械性能，该研究组成功开发出在硅烷膜中复合多种纳米颗粒（ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等）的工艺，并指出掺杂的纳米颗粒含量必须在一定范围内．以硅藻土掺杂双－１，２－［丙基三乙氧基硅烷］二硫化物为例，在硅藻土含量为５ｐｐｍ～１５ｐｐｍ（１ｐｐｍ＝０．０００１％，下同）时，硅烷膜层的改性效果最佳；高于１５ｐｐｍ时，硅烷膜层的防腐蚀性能显著下降［１４］．另一种方法是在体系中添加缓蚀剂［１６－１９］．当金属基体表面的膜层被破坏而发生腐蚀时，掺杂于膜层中的缓蚀剂就会缓慢释放出来，延缓或抑制基体的腐蚀速率，从而起到提高膜层抗腐蚀能力的作用．可用于硅烷膜层掺杂的缓蚀剂包括有机缓蚀剂和无机缓蚀剂，有机缓蚀剂主要有苯并三唑、甲基苯并三氮唑和苯基膦酸等，无机缓蚀剂有稀土盐类和硝酸铈等．Ａｒａｍａｋｉ　Ｋ［１９］等研究者对各种缓蚀剂的研究表明，在硅烷膜层中添加缓蚀剂能明显降低硅烷膜层的自腐蚀电流；硝酸铈不仅能有效地抑制ＡＡ２０２４－Ｔ３的腐蚀，而且可以使膜层具备自愈能力，是最有发展潜力的缓蚀剂之一．添加染色剂也是一个研究方向［２０］．现有所制备的硅烷膜层一般都是无色的，没有铬处理那样的可视膜层，也没有阳极氧化处理后膜层所具备的各种色调，影响纯防护性膜层的外观形貌，不利于及早发现膜层是否已完全对金属基材进行了覆盖，或在运输、卷曲过程中是否有破损．因此，有必要赋予膜层一定的颜色．当前掺杂于硅烷膜层中的色素一般选择有机染料，要求具有水溶性或醇溶性、不和成膜剂硅烷发生反应、化学性质稳定、能有效融入硅烷膜的网状结构中、不易在水或有机溶剂中渗出、不影响膜层的抗腐蚀性能等特点．已有研究中，ＢａｓｏｎｙＹｅｌ－ｌｏｗ　ＮＢ　１２２ｄｙｅ和Ｂａｓｏｎｙｌ　Ｒｅｄ　４８２（ｘａｎｔｈｅｎｅ）ｒｅｄｐｏｗｄｅｒ　ｄｙｅ被证实具有以上的特征［２１］．３　硅烷膜的分析与表征应用较广的金属表面硅烷膜的表征方法主要有Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）、反射吸收红外光谱（ＲＡ－ＩＲ）、衰减全反射红外光谱（ＡＴＲ－ＩＲ）、非弹性电子隧道光谱（ＩＥＴ）、椭圆光谱（Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ）、次级离子质谱（ＳＩＭＳ）、电化学阻抗谱（ＥＩＳ）、俄歇电子能谱（ＡＥＳ）和核磁共振谱（ＮＭＲ）等［２２］．通过ＸＰＳ可得到谱峰对应的结合能，以识别硅烷膜表面的基团，同时通过峰面积积分和相关计算可得到硅醇在金属表面的表面分数（百分含量）；采用ＲＡ－ＩＲ可分析铝表面硅烷膜的结构和键合状况，通过ＲＡ－ＩＲ和ＡＴＲ也能研究膜的厚度，并且不破坏样品，但其缺点是难以直接得到硅烷膜和金属表面之间的键合信息，同时ＲＡ－ＩＲ要求被测金属表面需十分平整、光亮，以形成镜面最大限度地反射红外光；椭圆光谱（ＳＥ）可以有效测量硅烷膜的厚度；ＳＩＭＳ可提供膜表面的组成元素信息和物质化学结构信息，还可进行半定量和定量分析，灵敏度相当高．若ＳＩＭＳ与ＸＰＳ结合使用，可研究涂覆在铝表面硅烷的水解和缩合反应以及硅烷金属键的形成、膜的均一性等；ＥＩＳ广泛应用于金属涂层性能的评价，它可给出涂层在不同交流频率下的阻抗和电容值，以及涂层下金属界面的信息，是考察硅烷膜层防腐性能的一种重要手段．４　结　语有机硅烷在铝合金表面处理领域显示了巨大潜力．硅烷转化膜将铝基体和有机物牢固地粘结在一起，使其获得了具有良好涂装与防蚀效果的超薄有机涂层．它的推广及应用将会给传统的铬酸盐化学转化技术带来革命性的变革，对铝及其合金涂装行业的清洁生产产生深远影响．然而，该工艺还存在不足之处，主要有以下几点：（１）由于膜层较薄，若不进行进一步涂装处理，其防护效果很有限；（２）硅烷处理技术对金属基体表面和硅烷槽液的清洁性要求较高，金属表面油污及槽液杂质都将影响硅烷膜的防护性能；（３）硅烷膜不具备自愈性．参考文献：［１］闫斌，陈宏霞，陈嘉宾．功能性有机硅烷膜对金属腐蚀防护的研究现状及展望［Ｊ］．材料保护，２００９，４２（３）：５４－５６．［２］刘倞，胡吉明，张鉴清，等．金属表面硅烷化防护处理及其研究现状［Ｊ］．中国腐蚀与防护学报，２００６，２６（１）：５９－６３．［３］王雪明，李爱菊，李国丽，等．硅烷偶联剂在防腐涂层金属预处理中的应用研究［Ｊ］．材料科学与工程学报，２００５，２３（１）：１４６－１５０．［４］ＳＨＡＣＨＡＭ　Ｒ，ＡＶＮＩＲ　Ｄ，ＭＡＮＤＬＥＲ　Ｄ．Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏ－ｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔｈｙｌａｔｅｄ　ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｆｉｌｍｓ　ｏｎ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．Ａｄｖ　Ｍａｔｅｒ，１９９９，１１（５）：３８４－３８８．［５］ＳＨＥＦＦＥＲ　Ｍ，ＧＲＯＹＳＭＡＮ　Ａ，ＭＡＮＤＬＥＲ　Ｄ．Ｅｌｅｃｔｒｏ－９７１第５卷　第３期张小琴：铝合金硅烷化表面处理技术现状ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｆｉｌｍｓ　ｏｎ　Ａｌ　ｆｏｒ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｏｔｅｃ　ｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓ　Ｓｃｉ，２００３，４５（１２）：２８９３－２９０４．［６］ＧＡＮＤＨＩ　Ｊ　Ｓ，ＶＡＮ　ＯＯＩＪ　Ｗ　Ｊ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｏ－ｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙｓ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｓｉｌａｎｅｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ　Ｅｎｇ　Ｐｅｒｆｏｒｍ，２００４，１３（４）：４７５－４８０．［７］ＨＡＲＵＮ　Ｍ　Ｋ，ＬＹＯＮ　Ｓ　Ｂ，ＭＡＲＳＨ　Ｊ　Ａ．Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎａ－ｌｙｔｉｃａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｆｕｎｃ－ｔｉｏｎａｌｉｓｅｄ　ｍｉｌｄ　ｓｔｅｅｌ　ｆｏｒ　ａｄｈｅｓｉｏｎｐｒｏｍｏｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｇ　Ｏｒｇ　Ｃｏａｔ，２００３，４６：２１．［８］ＣＯＮＤＥ　Ａ，ＤＵＲ Ｎ　Ａ，ＤＥ　ＤＡＭＢＯＲＥＮＥＡ　Ｊ　Ｊ．Ｐｏｌｙ－ｍｅｒｉｃ　ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ａｓ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｌａｙｅｒｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｇ　Ｏｒｇ　Ｃｏａｔ，２００３，４６：２８８．［９］ＺＨＵ　Ｄ，ＶＡＮ　ＯＯＩＪ　Ｗ　Ｊ．Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆ　ＡＡ　２０２４－Ｔ３ａｎｄ　ｈｏｔ－ｄｉｐ　ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｍｉｘ－ｔｕｒｅ　ｏｆ　ｂｉｓ－［ｔｒｉ－ｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｐｒｏｐｙｌ］ｔｅｔｒａｓｕｌｆｉｄｅ　ａｎｄ　ｂｉｓ－［ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｐｒｏｐｙｌ］ａｍｉｎｅ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍ　Ａｃｔａ，２００４，４９：１１１３．［１０］ＺＨＵ　Ｄ，ＶＡＮ　ＯＯＩＪ　Ｗ　Ｊ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔ－ａｌｓ　ｂｙ　ｗａｔｅｒ－ｂａｓｅｄ　ｓｉｌａｎｅ　ｍｉｘｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｂｉｓ－［ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉ－ｌｙｌｐｒｏｐｙｌ］ａｍｉｎｅ　ａｎｄ　ｖｉｎｙｌｔｒｉａｃｅｔｏｘｙｓｉｌａｎｅ［Ｊ］．Ｐｒｏｇ　ＯｒｇＣｏａｔ，２００４，４９：４２．［１１］ＱＵＥ　Ｗ　Ｘ，ＳＵＮ　Ｚ，ＺＨＯＵ　Ｙ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈａｒｄ　ｏｐｔｉ－ｃａｌ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎ　ｏｒｇａｎｉｃ／ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｙｓｏｌ－ｇｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ　Ｌｅｔｔ，２０００，４２：３２６．［１２］ＱＵＥ　Ｗ　Ｘ，ＺＨＡＮＧ　Ｑ　Ｙ，ＣＨＡＮ　Ｙ　Ｃ．Ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｄｅｒｉｖｅｄｈａｒｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｖｉａ　ｏｒｇａｎｉｃ／ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈ－ｎｏｌ，２００３，６３：３４７．［１３］徐溢，唐守渊，陈立军．反射吸收红外光谱法研究铝表面硅烷试剂膜的结构与性能［Ｊ］．分析化学，２００２，３０（４）：４６４－４６６．［１４］ＰＡＬＡＮＩＶＥＬ　Ｖ，ＺＨＵ　Ｄａｎｑｉｎｇ，ＯＯＩＪ　Ｖ．Ｎａｎｏｐａｒｔｉ－ｃｌｅ－ｆｉｌｌｅｄ　ｓｉｌａｎｅ　ｆｉｌｍｓ　ａｓ　ｃｈｒｏｍａｔｅ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ａｌｕ－ｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｅｓｓ　ｉｎ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ，２００３，４７（４）：３８４－３９２．［１５］ＰＡＬＡＮＩＶＥＬ　Ｖ，ＨＵＡＮＧ　Ｙ，ＶＡＮ　ＯＯＩＪ　Ｗ　Ｊ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ　ｔｏｓｉｌａｎｅ　ｆｉｌｍｓ　ｏｎ　ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＡＡ２０２４－Ｔ３ｉｎ　ａ　０．５ＭＮａＣｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｒｏｇ　Ｏｒｇ　Ｃｏａｔ，２００５，５３（２）：１５３－１６８．［１６］ＳＨＥＦＦＥＲ　Ｍ，ＧＲＯＹＳＭＡＮ　Ａ，ＳＴＡＲＯＳＶＥＴＳＫＹ　Ｄ，ｅｔ　ａｌ．Ａｎｉｏｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｆｉｌｍｓ　ｏｎ　Ａｌ　ｆｏｒ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓ　Ｓｃｉ，２００４，４６（１２）：２９７５－２９８５．［１７］ＰＥＰＥ　Ａ，ＡＰＡＲＩＣＩＯ　Ｍ，ＣＥＲ′Ｅ　Ｓ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｅｒｉｕｍ　ｄｏｐｅｄ　ｓｉｌｉｃａ　ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｃｏａｔ－ｉｎｇｓ　ｏｎ　ｇｌａｓｓ　ａｎｄ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．Ｎｏｎ－ＣｒｙｓｔＳｏｌｉｄｓ，２００４，３４８（１５）：１６２－１７１．［１８］ＴＲＡＢＥＬＳＩ　Ｗ，ＣＥＣＩＬＩＯ　Ｐ，ＦＥＲＲＥＩＲＡ　Ｍ　Ｇ　Ｓ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒ－ｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｃｅ－ｄｏｐｅｄ　ｓｉｌａｎｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆ　ｇａｌｖａｎｉｓｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ＯｒｇａｎｉｃＣｏａｔｉｎｇｓ，２００５，５４（４）：２７６－２８４．［１９］ＡＲＡＭＡＫＩ　Ｋ．ＸＰＳ　ａｎｄ　ＥＰＭＡ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ａ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｆｉｌｍ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｔｅｄｃｅｒｉｕｍ（ＩＩＩ）ｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｓｏｄｉｕｍ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｏｎ　ｚｉｎｃ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００３，４５（１）：１９９－２１０．［２０］徐以兵．铝合金和镁合金的表面硅烷化处理研究［Ｄ］．长沙：湖南大学．２００８．［２１］ＰＡＬＡＮＩＶＥＬ　Ｗ　Ｍ．Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｉｌａｎｅ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ａｓ　ａｎ　ａｌ－ｔｅｒｎａｔｉｖｅ　ｔｏ　ｃｈｒｏｍａｔｅｓ　ｆｏｒ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆＡＡ２０２４－Ｔ３ａｌｌｏｙ［Ｄ］．Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅ：Ｕｎｉｖ　ｏｆ　Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，２００３，２３－２６．［２２］徐溢，唐守渊，张晓凤．金属表面硅烷试剂膜结构及性能表征方法［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２００４，２４（４）：４９５－４９８．Ｓｉｌａｎｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｓｕｒｆａｃｅＺＨＡＮＧ　ＸｉａｏｑｉｎＡｎａｌｙｔｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｒｅ－ｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｓ），Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６５０，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｓｉｌａｎｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｆａｃｔｏｒｓ（ｓｉｌａｎｅｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐＨ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌａｎｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ）ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌａｎｅ　ｆｉｌｍ，ａｎｄ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ａｄｄｉｎｇ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｄｏｐｉｎｇ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ　ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｄｙｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｌｏｒａｎｔｓ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｌａｎｉｚｉｎｇ　ｆｉｌｍａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔａｇｅｓ　ｔｈａｔ　ｅｘｉｓｔ　ｉｎ　ｓｉｌａｎｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｌｌ　ａｂｏｖｅ，ｉｔ　ａｉｍｓ　ｔｏ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉ－ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｌａｎｅ；ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ａｎｔｉ－ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ０８１材　料　研　究　与　应　用２　０　１　１。

Lw2010铝型材技术(国际)论坛文集硅烷处理技术在铝及铝合金喷涂前处理中的应用余泉和(福建南平铝业有限公司，福建南平353000)摘要：介绍了～种新型的铬酸盐化学转化处理的替代技术——硅烷处理技术。

详细介绍了硅烷处理技术的防护机理、技术特点和硅烷处理技术存在的问题，对硅烷处理技术在铝及铝合金喷涂前处理中的应用前景进行展望。

关键词：硅烷；铝及铝合金；喷涂；前处理；前景或氟锆酸体系溶液)，已经在工业上推广应用，尤1前言其在欧洲的铝罐、室内散热器和某些铝轮毂等方面目前，铝及铝合金表面处理工艺相对成熟，其已经广泛使用，但是在建筑铝门窗涂装前的化学转产品也丰富多彩。

与发达国家相比，我国铝及铝合化处理中用的并不多，其原因除了钛、锆转化处理金表面处理仍有较大差距，环境污染严重，能耗膜的耐腐蚀性还不如含铬体系之外，因为铝合金建高。

因此，未来一定时期内铝及铝合金表面处理的筑型材要求具有更高和更持久的耐候性和耐腐蚀发展趋势是开发并推广清洁环保，高效节能的性，还与钛、锆工艺处理后的化学转化膜没有颜技术。

色，造成工业控制的实际操作的判别困难有关。

因把铝置于铬酸盐、锰酸盐、钼酸盐等溶液中数此寻找工业操作容易、又具有相当于钛、锆化学转分钟，表面即可形成与铝基体表面结合良好的转化化膜的性能，甚至相当于铬化膜性能的新化学转化膜。

其中应用最广泛的是铬酸盐转化膜，但六价铬膜体系，已经刻不容缓。

有剧毒和致癌作用，在使用上受到严格限制。

硅烷转化膜正是适应当前环保的要求而受到研目前我国铝型材生产企业喷涂前的化学转化处究人员的关注。

作为新兴的铬酸盐替代技术，硅烷理基本上还是铬酸盐处理，喷涂层的品质如附着偶联剂对金属表面进行预处理具有无毒、无污染、性、耐候性和耐蚀性等都可以满足国家标准的技术处理工艺简单、适用范围广、对有机涂层和金属均指标。

问题是铬酸盐处理中六价铬的环境损害始终有良好的结合力等优点。

没有彻底解决，我国在技术上彻底告别铬酸盐处理硅烷偶联剂按其结构可分为两大类：单硅烷偶尚需时日。

金属表面硅烷处理技术的未来趋势金属表面硅烷处理是近几年进展起来的一种有望代替铬酸钝化和磷化的环保型汽车车身前处理技术，该技术通过硅烷分子(通式为X-R-Si(OR)n)水解后产生的硅羟基与金属和金属氧化物反应，以及硅烷分子自身的缩合反应形成无机/有机膜层，以浸泡方式或电化学帮助沉积方式在金属表面制备这种具有疏水性能的膜层，该膜层能对金属基体供应爱护作用，而且能够提高金属和涂层之间的附着力。

成膜过程如下。

1、在使用过程中，水解后的OXSilane分子中的SiOH基团与基体金属表面的MeOH基团形成氢键,快速吸附于基体金属表面。

水解反应：OROHRO—Si—R1+3H2OHO—Si—R1+3ROHOROH2、在干燥过程中，SiOH基团和MeOH基团进一步分散，在界面上生成Si-O-Me共价键。

SiOH(溶液)+MeOH(金属表面)=SiOMe(界面)+H2O3、剩余的OXSilane分子则通过SiOH基团之间的分散反应在金属表面上形成具有Si-O-Si三维网状结构的有机膜。

缩合反应：OHOHOH2HO—Si—R1R1—Si—O—Si—R1+H2OOHOHOH关于硅烷与金属表面的反应机理，目前讨论者伞认为是硅醇与金属表面的氧气物或水化物层发生了反应(见图1)试验证明，不带有特征官能团的硅烷无论在固相或液相中都不具有电化学活性，既不能被氧化，也不能被还原。

经过硅烷处理的电极浸泡在电解质溶液中，硅烷膜能起到阻挡层的作用，阻挡电解质、水和氧分子向金属界面区域渗透。

尽管金属表面硅烷处理技术已经比较成熟，但硅烷膜的性能一一磷化膜相比还有一些差距，现在国内外各大金属表面处理剂生产公司都在全力进行有关的讨论开发工作，信任硅烷处理技术将会像磷化技术一样带给汽车车身涂装一次革命性的创新。

硅烷技术的技术特点以及应用现状和前景摘要：硅烷技术可以替代磷化技术，给表面预处理技术带来革命性的变革。

本文介绍了硅烷技术的原理、技术特点以及应用现状和前景。

关键词：预处理、磷化、硅烷1．前言在各种金属预处理方法中，磷化处理是最为广泛采用的方法。

在家用电器、自行车、摩托车和汽车等行业中，为了保证涂层优良的耐久性和防腐蚀性能，都采用磷化处理作为涂装的前处理。

自1906年美国伯明翰的Thomas Watts Coslett首创磷化技术以来，磷化技术已有百年历史。

百年来，磷化技术经久不衰，不断发展，从30年代的锌系磷化技术和铁系磷化技术到60~70年代的改良锌系磷化技术，随后到90年代初期的无镍磷化技术，最终到2002年氧化铁系磷化技术。

随着磷化技术的不断发展创新，其应用领域越来越广，为防腐蚀事业作出了突出贡献。

为了贯彻清洁生产的标准，开发更加环保的技术和产品，近年来有一些新的磷化技术得到开发及应用，具体应用状况如图1所示：尽管人们做了很大的努力，依然无法从根本上改变磷化过程。

传统预处理工艺具有高能耗、重金属离子含量高、含致癌物、废水废渣排放多等缺陷。

随着环保和节能呼声的日渐增高，预处理技术正朝着保护环境、降低成本、提高质量和操作简便等方向发展。

硅烷技术是预处理技术的最新发展方向，它具有环保、节能、操作简便、成本低等磷化技术无可替代的优点。

目前硅烷技术在普通工业中已开始逐步取代铁系和锌系磷化，在汽车工业中正在开发试验过程中。

硅烷技术是采用OXSILAN超薄有机涂层替代传统的结晶型磷化保护层，在金属表面吸附了一层超薄的类似磷化晶体的三维网状结构的有机涂层，同时在界面形成的Si-O-Me共价键(其中：Me=金属)分子间力很强，将与金属表面和随后的油漆涂层形成良好的附着力。

硅烷技术的成功应用给磷化技术带来革命性的变革。

2．硅烷技术原理硅烷技术的反应机理如下：2.1 在使用过程中，水解后的OXSilane分子(≡Si(OR)3)中的SiOH基团与金属表面的MeOH基团形成氢键，快速吸附于金属表面。

硅烷化成剂硅烷化成剂是一种化学物质，可用于处理各种材料表面，以增强其耐水性、耐磨性和抗腐蚀性。

本文将从以下几个方面对硅烷化成剂进行详细介绍。

一、硅烷化成剂的基本概念硅烷化成剂是一种含有硅元素的有机物，其分子结构中包含有硅-碳键和硅-氧键。

它可以与材料表面上的羟基反应，形成Si-O-Si键，从而将硅元素引入到材料表面上，并改善材料的性能。

二、硅烷化成剂的作用机理1.改善表面性能硅烷化成剂可以在材料表面形成一层亲水性较强的氧化硅层，从而提高材料的耐水性和耐久性。

同时，由于氧化硅层具有很好的抗蚀性能，因此可以有效地防止金属材料发生腐蚀现象。

2.提高附着力由于硅烷化成剂可以与材料表面上的羟基反应生成Si-O-Si键，并且该键具有很强的附着力，因此可以有效地提高材料的附着力。

3.改善耐磨性硅烷化成剂可以在材料表面形成一层硅氧化物层，从而提高材料的耐磨性和抗刮伤性能。

同时，由于硅氧化物具有很好的耐高温性能，因此可以有效地防止材料在高温环境下发生脱落现象。

三、硅烷化成剂的应用领域1.金属表面处理硅烷化成剂可以用于金属表面处理，以提高金属材料的耐蚀性和抗氧化性能。

同时，由于硅氧化物具有很好的导电性能，因此可以保持金属材料原有的导电性能。

2.建筑材料处理硅烷化成剂可以用于建筑材料表面处理，以提高其耐水性、耐候性和抗污染性能。

同时，在建筑材料中添加适量的硅烷化成剂还可以提高其强度和韧性。

3.纺织品处理硅烷化成剂可以用于纺织品表面处理，以提高其防水性和耐磨性能。

同时，硅烷化成剂还可以使纤维表面具有亲水性，从而提高纺织品的透气性和舒适性。

四、硅烷化成剂的使用方法1.表面处理前的准备工作在使用硅烷化成剂进行表面处理之前，需要对材料表面进行清洁和除油处理，以保证硅烷化成剂能够与材料表面充分反应。

2.涂覆硅烷化成剂将硅烷化成剂涂覆在材料表面上，并用刷子或喷雾器均匀涂布。

涂布后需要等待一定时间，让硅烷化成剂充分反应。

3.固化处理在涂覆硅烷化成剂后，需要对材料进行固化处理，使其形成一层坚固的氧化硅层。

第４０卷第１１期２００４年１１月１１８９—１１９４页金属学玫ＡＣＴＡＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｂｌ．４０Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２００４ＰＰ．１１８９－１１９４铝合金表面ＢＴＳＥ硅烷化处理研究胡吉明－）刘惊·）张金涛·）张鉴清－，。

）曹楚南，，：）１）浙江大学化学系电化学研究室，杭州３１００２７２）中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室，沈阳１１００１６摘要通过极化曲线与电化学阻抗谱（ＥＩＳ）等技术对ＬＹｌ２铝合金表面形成的ＢＴＳＥ硅烷膜在ＮａＣｌ溶液中的性能进行了研究．结果表明，硅烷膜的存在，一方面很大程度上增大了铝合金的耐蚀性，另一方面并不影响合金电极在腐蚀介质中的电极动力学．这意味着ＢＴＳＥ膜对侵蚀粒子仅起到阻挡层的作用．提出了硅烷化试样在测试溶液中的合理等效电路，并对ＥＩＳ数据进行了拟合．采用正交设计方法对硅烷化工艺参数进行了优化，其中采用电极体系的极化电阻（由ＥＩｓ拟合得出）来量化硅烷膜的耐蚀性．文中还对各因素对膜性能的影响规律进行了初步探讨．关键词硅烷化处理，ＢＴＳＥ，ＬＹｌ２铝合金，防腐蚀中图法分类号ＴＧｌ７４．３６文献标识码Ａ文章编号０４１２—１９６１（２００４）１１—１１８９－０６ＳＴＵＤＩＥＳｏＦＳＵＲＦＡＣＥＴＲＥＡＴＭＥＮＴｏＦＡＬＵＭＩＮＵＭＡＬＬｏＹＳＢＹＢＴＳＥＳＩＬＡＮＥＡＧＥＮＴ日Ｕ五ｍ讥口１１，三ＪＵＬｉａｎｇｌｌ，ＺＨＡＮＧＪｉｎｔａ０１１，Ｚ黝ⅣＧＪｉａｎｑｉｎｇｌ，２），ＣＡ０Ｃｈｕｎａｎｌ，２）１）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７２）ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＣｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＨＵＪｉｍｉｎｇ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，死ｆ？（０５７１）８７９５２３１８，Ｆａｘ：（０５７１）８７９５１８９５，Ｅ．ｍａｉｌ：Ｋｅｊｍｈｕ＠西Ｕ．ｅｄｕ．ｃｎＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＢａｓｉｃＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍｍｅｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．Ｇ１９９９０６５０）ａｎｄＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５０２０１０１５）Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔｒｅｃｅｉ’ｖｅｄ２００３—１１—２８ｊｉｎｒｅｖｉｓｅｄｆｏｒｍ２００４－０３—１８ＡＢｓＴＲＡＣＴＳｉｌａｎｅｆｉｌｍｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｂｉｓ＿１，２一［ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｌｅｔｈａｎｅ（ＢＴＳＥ）ｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄｉｎｅｔｈａｎｏｌ／ｗａｔｅｒｍｉｘｔｕｒｅｏｎＬＹｌ２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｄｃ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｉｍｐｅｄａｎｃｅｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＩＳ）ｉｎＮａＣｌｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｓｉｌａｎｅｆｉｌｍｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆａｌｌｏｙｓ．ＴｈｅｓｉｍｉｌａｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆＡ１ａｌｌｏｙｓｉｎＮａＣｌｅｌｅｃ—ｔｒｏｌｙｔｅｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅａｂｓｅｎｃｅａｎｄｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆＢＴＳＥｆｉｌｍｓ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｓｉｌａｎｅｆｉｌｍｓｏｎｌｙａｃｔａｓａｂａｒｒｉｅｒａｇａｉｎｓｔｔｈｅａｔｔａｃｋｏｆｃｏｒｒｏｓｉｖｅｓｐｅｃｉｅｓ．ＡｓｕｉｔａｂｌｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｉｒｃｕｉｔｆＥＥＣ）ｆｏｒｓｉｌａｎｉｚｅｄｓａｍｐｌｅｓＷａｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｕｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｗｏｒｋｔｏｆｉｔｔｈｅＥＩＳｄａｔａ．ＴｈｅｏｐｔｉｍｕｍｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆＢＴＳＥｆｉｌｍｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｔｅｃ—ｔｉｏｎＷａｓｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ（ＲＤ）ｏｆａｌｌｏｙｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍＥＩＳｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅａｃｈｆａｃｔｏｒｏｎｆｉｌｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＷａｓａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＫＥＹＷｏＲＤＳｓｉｌａｎｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ＢＴＳＥ，ＬＹｌ２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎＬＹｌ２硬铝合金因具有高的强度已被广泛应用于航空航天飞行器中．但由于含有较高的合金元素（特别是Ｃｕ元素），导致耐腐蚀性显著下降，围绕该合金在各种环境中的腐蚀研究已成为国际的热点【１，２１．为解决这一问题，开＋国家重点基础研究发展规划项目Ｇ１９９９０６５０和国家自然科学基金项目５０２０１０１５资助收到初稿日期：２００３－１１—２８，收到修改稿日期：２００４－０３—１８作者简介：胡吉明，男，１９７４年生，副教授，博士发了许多不同的铝合金表面防腐蚀处理技术，如铬酸盐钝化、磷酸盐转化处理及近期发展起来的稀土转化膜处理等工艺【３，圳．然而前两种工艺存在较严重的环境污染问题，而稀土转化膜技术的工艺较为复杂．有机硅烷化处理是近年来发展起来的一种新型金属表面防护性处理工艺，由于无污染、处理件耐蚀性好，受到人们的青睐．该工艺基于一种可以水解生成硅醇（一Ｓｉ—ＯＨ）的硅烷试剂（通式为ｘ—Ｒ７－Ｓｉ（ＯｎⅣ）。

•67 •金属表面硅烷处理技术朱丹青1，Wim J. van Ooij 1，王一建2, *，陆国建2，沈泉飞2，支波2（1.美国依科技术公司，美国 俄亥俄州 辛辛那提；2.杭州五源科技实业有限公司，浙江 杭州 310000）摘 要：根据金属腐蚀及涂层防腐原理，研究了金属表面硅烷处理工艺技术及处理后的功能特性，分别进行了中性盐雾、铜加速醋酸盐雾、电偶腐蚀、大气暴露和海水浸泡试验。

结果表明，金属表面硅烷处理工艺技术可以取代涂装前磷化及铬化处理。

该技术具有常温处理、无毒性无污染的特点，可广泛应用于涂装前处理与防腐领域。

关键词：硅烷；防腐；盐雾试验；电偶腐蚀；大气暴露；海水浸泡；涂装 中图分类号：TG178文献标志码：A文章编号：1004 – 227X (2009) 10 – 0067 – 05Silane treatment technology on metal surface // ZHUDan-qing, VAN OOIJ Wim J., WANG Yi-jian*, LU Guo-jian, SHEN Quan-fei, ZHI BoAbstract: Based on the principle of metal corrosion and coating protection, the functional properties of silane treatment technology on metal surface and its post treatment were studied, and the neutral salt spray, copper-accelerated acetic acid salt spray, galvanic corrosion, atmospheric exposure and seawater immersion tests were conducted. The results showed that the silane treatment technology on metal surface can substitute the phosphating and chromating processes of coating pretreatment. The silane treatment technology has the characteristics of normal temperature treatment, avirulence and non-pollution, and can be applied in the filed of coating pretreatment and corrosion protection. Keywords: silane; corrosion protection; salt spray test; galvanic corrosion; atmospheric exposure; seawater immersion; coatingFirst-author’s address: ECOSIL Technologies LLC, Cincinnati, Ohio, USA1 前言涂装前磷化处理的铬钝化工艺作为一种主要的金属防腐技术，广泛应用于不同的工业领域，如汽车、飞机和船舶工业等。

硅材料的表面修饰及应用硅材料是一种重要的材料，在工业生产和科学研究领域中发挥着极为重要的作用。

由于硅材料表面结构的不同，在使用过程中有不同的性质和应用。

为了使硅材料更好地适应实际需求，表面修饰是不可或缺的过程。

本文主要介绍硅材料的表面修饰及其应用。

一、硅材料表面修饰的方法1. 化学修饰化学修饰是指在硅材料表面加入化学反应性物质，对其表面进行改性。

化学修饰方法包括：硅氧烷化、硅烷化、硅烷仿生、怨妇烷化等。

这些方法适用于不同类型的硅材料。

其中，硅氧烷化是一种常见的方法，可以使硅材料表面形成亲水层，提高其亲水性。

硅烷化通过改变表面化学键的性质，使硅材料表面变为疏水性状，适用于对润湿性有要求的场合。

2. 物理修饰物理修饰是指通过物理方法改变硅材料表面的性质。

物理修饰方法包括：溅射、电子束烧结、激光抛光等。

溅射是一种通过气体靶材和高频电场产生等离子体，喷射到硅材料表面的方法。

通过控制等离子体成分和反应条件，可以使硅材料表面形成多种不同的化学键，从而改变其物理性质。

电子束烧结和激光抛光是一种可以通过集中能量将硅材料表面的原子、分子进行蒸发的方法。

这种方法的优点在于可以对硅材料的形状和尺寸进行高精度加工，是一种非常有效的表面改性方法。

二、硅材料表面修饰的应用1. 生物医学领域硅材料表面修饰后，在生物医学领域中有广泛的应用。

例如，通过硅烷化方法修饰硅材料表面，可以使其形成疏水层，将不溶性的生物材料固定在硅材料表面上。

这种方法在生物组织工程领域中有广泛应用。

硅材料还可以通过溅射方法加工制成特定形状的硅微流控芯片，并用于生物实验室中。

这种芯片可以控制微流动层的形状和尺寸，利于进行各种不同类型的实验。

2. 电子信息领域在电子信息领域中，硅材料表面修饰后，可以应用于大规模集成电路、光电子器件和传感器等领域。

例如，通过物理修饰方法进行抛光和蒸发处理，可以使硅材料表面获取更高的红外吸收率和反射性，提高红外传感器的性能。

通过化学修饰可以使硅材料表面形成亲水或疏水层，从而实现微流控芯片的制造和控制。