一.前言

金屬型材以其優(yōu)異的耐久性，裝飾性和加工成型性的特點，廣泛應(yīng)用于建筑等各個行業(yè)。而鋁型材因其加工性能佳、質(zhì)輕等特點，用量占金屬型材的80%以上，尤其是粉末涂料涂裝的鋁型材，與陽極氧化/電泳涂裝等處理方法相比較，生產(chǎn)能耗明顯降低，涂層的一些機械性能卻大幅提高，且色彩豐富，更能滿足人們對多樣化和個性化的追求。

為獲得優(yōu)良的涂層和型材品質(zhì)，須在涂裝前對鋁型材進行必要的表面預(yù)處理。鋁合金常采用陽極氧化法和化學(xué)氧化法進行表面處理，其中化學(xué)氧化具有對鋁材疲勞性能影響小、工藝簡單等優(yōu)點，常用作鋁型材涂裝的前處理工藝。目前化學(xué)氧化主要是鉻酸鹽法，眾所周知，六價鉻是致癌重金屬，在歐盟的ROHS指令中對其含量有嚴(yán)格的規(guī)定，因此尋找一種能夠替代傳統(tǒng)的鉻化處理的新材料具有積極深遠的意義。

二.硅烷處理技術(shù)發(fā)展和工作原理

杭州五源公司表面工程研究所于2003年開始立項研發(fā)“節(jié)能環(huán)保涂裝工程技術(shù)”，其中金屬表面硅烷處理技術(shù)衍生出涂裝前處理材料、工藝裝備和系列產(chǎn)品，為了加強國際化合作，推動這項新技術(shù)的市場化，五源公司2007年開始與美國依科技術(shù)公司(ECOSil)進行合作，依科公司創(chuàng)始人威姆教授(Prof. Wim J.van Ooij)是世界上率先提出將硅烷處理技術(shù)應(yīng)用于金屬表面處理的，進行該項目研發(fā)工作已有20多年，擁有50多項專利，著有350多篇論文。并成功將硅烷技術(shù)應(yīng)用于汽車、金屬制品等表面處理行業(yè)，解決了金屬表面磷化處理和六價鉻鈍化帶來的環(huán)境污染等問題，深受用戶歡迎。。經(jīng)多年合作和努力，五源公司開發(fā)出的涂裝前處理材料硅烷處理產(chǎn)品有：

PSi-1 (鋼鐵專用)

PSi-2 (有色金屬專用)

PSi-3 (陰極電泳專用)

PSi-75（鋁型材專用） 

五源PSi-75硅烷處理劑的工作液是由納米陶瓷有機硅烷為主體，高分子材料快速交聯(lián)劑等助劑復(fù)合而成的。在清潔的鋁材表面形成一層納米膜層，與傳統(tǒng)的鉻化處理相比較，裸模的耐腐蝕性相應(yīng)要差些，但是轉(zhuǎn)化膜較緊密，在噴涂后，漆膜的總體性能與鉻化沒有差別。其反應(yīng)原理如下：

硅烷的基本結(jié)構(gòu)為：R'(CH2)nSi(OR)3。其中-OR是可水解基團，R'是有機官能團。

硅烷在水溶液中的水解平衡反應(yīng)式可簡單表示為：

水解后的硅烷通過其SiOH基團與金屬表面的MeOH基團(Me表示鋁，鐵等金屬)形成氫鍵而快速吸附于金屬表面。

一方面硅烷在金屬界面上形成Si-O-Me共價鍵。硅烷與金屬之間的結(jié)合是非常牢固的；另一方面，剩余的硅烷分子通過SiOH基團之間的縮聚反應(yīng)形成Si-O-Si鍵：

從而在金屬表面形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅烷膜，見圖1：

圖1：金屬表面硅烷成膜過程

3.1 鋁型材硅烷技術(shù)應(yīng)用工藝

我公司研制的硅烷處理劑PSi-75在鋁型材應(yīng)用的工藝流程分別如下：

⑴酸性清洗→水洗→水洗→PSi-75硅烷處理→水洗→水洗→烘干→涂裝；

⑵堿性清洗→水洗→水洗→酸出光→水洗→水洗→PSi-75硅烷處理→水洗→水洗→烘干→涂裝。

根據(jù)鋁材表面狀態(tài)選擇不同的清洗方案，一般地，選用酸性清洗工藝可節(jié)省生產(chǎn)處理時間。五源公司研發(fā)生產(chǎn)的酸脫脂劑，適合噴淋與浸漬兩種處理方式，且清洗過程中可達到每分鐘1.2g/m2的刻蝕量效果，與我司PSi-75硅烷處理劑配套使用，完全能達到標(biāo)準(zhǔn)流程（即流程2）處理鋁材的涂裝性能。且PSi-75硅烷處理劑能在鋁合金表面形成淺黃灰色透明膜，解決了無鉻處理在實際應(yīng)用中因不改變鋁材外觀難以辨識這一難題。

3.2 鋁型材硅烷技術(shù)應(yīng)用參數(shù)及操作條件

* 可用工業(yè)自來水直接配槽（電導(dǎo)率<250us/cm）

* 適用于浸漬或噴淋

3.3 性能測試

1）裸膜96小時中性鹽霧測試

表1：PSi-75處理鋁型材噴涂后性能測試結(jié)果

四．應(yīng)用效益及成本方面分析比較

在表2中，比較了鋁材硅烷處理工藝和傳統(tǒng)鉻化處理的使用情況。

表2：硅烷與鉻化使用比較

綜合各項生產(chǎn)應(yīng)用工藝實際情況，應(yīng)用五源硅烷處理工藝，其技術(shù)優(yōu)勢有：

1)硅烷工藝處理可用于多種金屬共線前處理，如：鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、鍍鋅件及鐵件；

2)適用于噴淋及浸漬工藝；

3)硅烷處理槽液監(jiān)控簡單，使用便捷；

4)硅烷處理鋁件表面呈黃灰色，肉眼即可辨識；

5)硅烷膜耐水洗，硅烷處理后可水洗，涂裝質(zhì)量更有保障；

6)原有鉻化線可直接切換，無需增加純水設(shè)備；

7)硅烷處理材料不含重金屬等有害物質(zhì)，甚至可達標(biāo)直排，是綠色環(huán)保型產(chǎn)品。

鋁材硅烷處理工藝與鉻化工藝比較，硅烷處理工藝操作簡單，且在保證涂裝質(zhì)量的前提下，無鉻處理技術(shù)的綜合成本與鉻化工藝相當(dāng)，重要的是，在污水處理上解決了鋁工業(yè)固體廢棄物減量化和無害化的根本問題，杜絕了有毒鉻化物對環(huán)境的危害，徹底消除了原六價鉻鈍化工藝對周邊群眾身體健康的威脅，帶動了行業(yè)的技術(shù)進步，推動了行業(yè)實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，對產(chǎn)業(yè)的帶動和提升作用具有重要的戰(zhàn)略意義。

四. 結(jié)論

本文介紹了易辨識耐水洗硅烷膜處理鋁型材的作用原理，綠色環(huán)保的硅烷處理技術(shù)可在鋁表面形成一層厚度為納米級轉(zhuǎn)化膜，與有機涂層匹配，可作為替代傳統(tǒng)的六價鉻或三價鉻鈍化處理工藝。通過鋁型材試驗，結(jié)果表明：硅烷處理技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保、反應(yīng)時間快、涂漆附著力、耐蝕性、機械性能優(yōu)越的特點。該工藝適用于現(xiàn)有的鉻化生產(chǎn)線及設(shè)備，鋁材表面經(jīng)處理形成一層有色易辨識的有機硅烷膜層，各項性能指標(biāo)完全達到技術(shù)要求，可作為替代現(xiàn)有鉻鈍化工藝。并且該硅烷產(chǎn)品可以用自來水稀釋使用，硅烷膜可用自來水漂洗，處理質(zhì)量更穩(wěn)定可靠，應(yīng)用在鋁型材的涂裝前處理生產(chǎn)中，是一項節(jié)能、環(huán)保的鋁材前處理技術(shù)。

由于環(huán)境保護的需要，替代劇毒的六價鉻處理已是不可動搖的技術(shù)方向。近十年來，無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化取代鉻化取得飛速發(fā)展，在實踐中，鈦鋯為基的無鉻體系逐漸得到工業(yè)的推廣運用，但是鈦鋯系無鉻處理劑不僅處理工件表面無色且需要增加純水設(shè)備，給工業(yè)化生產(chǎn)帶來一系列困難。PSi-75型硅烷處理劑可用于自來水體系，且硅烷耐水洗，處理后經(jīng)水洗可避免槽液過早老化，并且在表面形成有色易辯識的納米級膜層，可以更好的滿足生產(chǎn)線使用工藝的需求。隨著硅烷技術(shù)的不斷更新，硅烷產(chǎn)品能更好地符合市場的實際需要，也將給傳統(tǒng)的鉻化表面處理技術(shù)帶來重大變革，創(chuàng)造更大的社會和經(jīng)濟效益。