薛飞 施翔 李翀 陆国建
（浙江五源科技股份有限公司表面工程研究所，浙江杭州310045）
摘 要：随着国家环保政策的日益严苛，传统的磷化技术在汽车电泳涂装上的应用逐渐被无磷前处理工艺所替代。本文简要介绍了我司自主研发的纳米硅烷复合前处理技术的研发理念和产品特点，对硅烷处理剂槽液参数控制、电泳工艺参数调整、以及性能等方面进行了介绍，并且将此技术在汽车涂装前处理中成功应用。
关键词：汽车阴极电泳 纳米硅烷复合膜 磷化
〇 前言
目前汽车阴极电泳前处理中多采用三元系磷化处理，但三元磷化液中含磷和镍，是环保部门重点监控的指标，磷化的应用在当今的绿色环保时代受到了很大限制。纳米硅烷复合前处理技术是近年来发展迅速、绿色环保的新型金属前处理方法之一，最有可能取代三元系磷化的前处理工艺。
五源公司成功自主研发出纳米硅烷复合前处理技术（以下简称硅烷技术），其原理是通过复合硅烷与金属表面的MeOH基团(Me表示铝等金属)形成Zr/Si-O-Me共价键。另一方面，硅烷通过活性-OH基团之间的缩聚反应形成Zr/Si-O-Si/Zr键；最后，硅烷的活性基团在最外端，可与有机涂料产生活性结合，获得优越的附着力。
图1：纳米硅烷复合技术原理图
此项技术的优势和特点主要体现在以下几方面：
1、通过五源公司对硅烷前处理技术十余年的研发及丰富的应用经验，目前可以有效的控制硅烷与金属表面形成致密的纳米硅烷复合膜，该膜层可以有效的提升耐蚀性以及与涂料的结合能力。
2、加入有效的添加剂，增强了产品的稳定性，提升了膜层的耐蚀性，增强膜层的自我修复性以及与涂料的匹配性等。
3、产品及槽液的稳定性是前处理产品必须关注的问题，通过有效的整合配方和工艺，实现对槽液相关离子的有效控制，保证了槽液长期稳定运行，无需现场频繁调整，降低了现场管控难度。
基于以上三个优势，五源纳米硅烷复合前处理技术在稳定性以及与电泳涂料的匹配性方面具有卓越的性能。
1、试验
1.1试样制备
试板：冷轧板、镀锌板、铝板;
硅烷试样：氟锆酸：15-30g/L，硝酸（68%）：5－10g/L，硅烷：0.5-1g/L，添加剂M(1%)：20-30g/L。
1.2工艺流程
预脱脂→脱脂→水洗→水洗→纯水洗→硅烷处理→纯水洗→纯水洗→电泳→固化。
1.3性能测试
1）裸膜防锈性能测试
在不同湿度的环境中进行裸膜防锈性能测试，记录防锈时间与湿度变化的情况
2）多板材阴极电泳中性盐雾测试
采用SM-FOY型盐雾箱，箱内温度为35±2℃。5%NaCl水溶液,PH=6.5-7.0。每天连续喷雾24小时，试样与垂直方向呈30°角，记录样品划叉部分单边腐蚀随时间变化情况。
3）电泳漆配套性能测试
选择市场上常见的几款不同品牌的电泳漆，用同样的前处理工艺，进行与电泳漆配套性能的测试。
4）硅烷工作液参数控制测试
2、试验结果及分析
2.1裸膜防锈性能测试
表1 裸膜防锈性能与时间和湿度的关系
图2 纳米硅烷复合膜的外观及防锈性能
2.2多板材阴极电泳中性盐雾测试
表2 不同板材在中性盐雾测试的单边腐蚀扩散宽度
图3 各种板材1008小时中性盐雾试验结果
由上表数据分析，纳米硅烷复合膜对不同板材的防腐蚀能力有一定的差异，但是冷扎板、镀锌板、铝板三种板材均能满足中性盐雾1008小时单边扩蚀小于2mm的要求。
2.3电泳漆配套性能测试
用相同冷扎板经过硅烷处理之后，对比不同的电泳漆涂装，结果如下表
表3 电泳槽液的参数及条件
图4 各种电泳漆中性盐雾试验结果
从上表图的结果可以看出，纳米硅烷复合膜处理的冷扎板，处理不同的阴极电泳漆，经过1008小时的中性盐雾试验后，其试板沿叉单边扩蚀宽度有所区别，说明纳米硅烷复合膜对不同的电泳漆，其配套性有一定的差别。选择与纳米硅烷复合膜配套性最好的电泳漆，可以使产品质量得到更加有效的保障。
2.4纳米硅烷复合前处理工艺参数控制
纳米硅烷复合膜在外观上通常为金黄色，除了通过硅烷膜外观观察槽液是否稳定之外，生产过程中严格控制槽液参数在规定范围内也是非常重要的。
表4 硅烷槽液参数控制
为了进一步考察纳米硅烷前处理技术的综合性能和连续生产槽液的稳定性，通过实验室进行长期制样，模拟现场，采集数据。
图5 硅烷槽液稳定性
图6：老化后的硅烷槽液状态及其1008h NSS结果
由图5、图6分析，锆消耗量随着槽液老化程度的增加逐渐趋于稳定。游离氟随着制样数量的增加逐渐增大后趋于平衡（80ppm左右）。且老化的槽液，其生产的产品，涂装性能依然稳定。
3、纳米硅烷复合膜在汽车涂装前处理中的应用
目前由我司自主研发的纳米硅烷复合前处理技术已经投放市场，并成功在汽车涂装前处理中应用。我司纳米硅烷复合前处理技术具有槽液稳定性高、操作简便，涂装性能好等优点，受到汽车厂商及其零配件厂商的好评。
图7 纳米硅烷复合前处理技术在某汽车厂的应用
4、结论
五源的纳米硅烷复合前处理技术经过十余年的研发、推广和应用，目前已经在汽车整车及零配件得到广泛成功应用，积累了丰富的现场应用经验以及解决问题的能力。随着国家对环保要求的日益提高，纳米硅烷复合前处理技术替代传统的磷化产品是一次绿色革命，也是必然的趋势。
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