多功能金属表面处理剂的研究
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【摘要】本文首先对现在使用的金属表面处理剂存在的不足进行阐述，提出新形势下新型金属表面处理剂应该具备的特征。在此基础上，对两种新的处理剂的原理和效果进行了说明，并对其效果进行了检测，表面了这两种金属表面处理剂的可靠效果。
【关键词】处理剂 环保 多功能
涂抹在金属外表的处理剂是一层涂装物质。它可以在常温状态下比较短的时间内去掉金属外表的杂质，在金属外表层形成保护膜，使其免受腐蚀。同时，它还和器具具有良好的契合性，以及美观的装饰性。
1 现用表面处理剂存在的不足
现在比较常见的处理剂有两种，第一种主要以除油去污为目的。其主要成分是碳酸钠、偏硅酸纳等，同时加入阴离子等活性剂或者分散剂，制作成工业用的清洗剂，使用超声波机等机器进行杂质清除。而去锈使用的主要是盐酸，同时加入一些缓蚀剂等物质，把需要除锈的物体放置到除锈剂中，实现去锈的目的。这种处理剂的不足主要体现在处理过程比较繁杂，需要对处理剂进行加热，需要耗费大量水资源；同时，清洗需要的时间也比较长。更大的缺点是清洗剂会形成酸雾，给环境造成严重污染，还会对同一环境中的其他机器和设备造成严重腐蚀。
第二种处理剂的主要成分是磷酸。其中加入一些成膜剂、活性剂等物质。这种处理剂比第一种处理剂有很大改进，一般宣称为二合一或者四合一处理剂。它主要通过磷酸和活性剂等物质的共同作用，在金属外表层形成磷化膜，不但可以实现去油除锈的目的，同时还可以隔绝空气，起到防锈的目的。而且使用比较方便，可以直接涂抹在金属材料表面。但是这种处理剂也有其自身的不足，那就是这种处理剂在金属外层形成的磷化膜是一种灰黑色的物质，手感比较粗糙，这对于那些不能改变原来颜色和手感的金属物质，就不能使用这样的操作方式进行外表处理。
由于人们对环境保护越来越重视，对环境没有污染以及可以和金属外表有机结合的处理剂成为研究者关注的重点，并且这方面的研究也已经取得了一定的进展。本文的研究对象主要是硅烷偶联剂。研究内容：对硅烷溶剂的水解程度产生影响的主要因素。研究方式：电导率测定法。使用这一方式的原因主要是不会对水解系统造成影响和破坏，对溶剂的水解、PH值等会对水解系统稳定性带来影响的因素进行测量。研究过程：把钢材原料浸泡在硅烷溶液中，经过一定的固化措施在钢材的表面形成硅烷薄膜。研究结果：对硅烷薄膜的性能进行验证，对硅烷薄膜的制作过程对其性能的影响进行检验。2.1 实验部分
2.1.1？原料与仪器
原料：乙烯基二氯硅烷，由哈尔滨化工研究所提供： 钢铁基材：5 0 mm x 5 0 mm。
仪器： DDS一307型电导率仪，由上海精密科学仪器有限公司生产；CHI650型电化学分析仪，生产厂家，上海辰华仪器公司。其他试剂和仪器均是日常实验室经常经常见到的试剂和仪器2.1.2？实验方法
（1） 原材料处理。对选择的钢材要先进行碱化处理，去除表面的油脂和铁锈，再用砂纸对钢材的表面加以打磨，使其更加细致、光滑，之后在空气中自然晾干。经过这一系列的处理之后才能在实验中使用。
（2）硅烷水溶液制作。使用去离子水与乙醇的混合物来溶解乙烯基二氯硅烷，制作成乙烯基二氯硅烷溶液：其中去离子水与乙醇和乙烯基二氯硅烷之间的比例为5∶ 5：90。其制作过程：先把乙醇添加到去离子水中，把溶液放置在磁力搅拌器上，把溶液混合均匀；之后把乙烯基二氯硅烷慢慢加入到混合好的溶液中；再次加入少量的乙酸对溶液的PH值进行调节，让其保持在4.s；最后，持续对溶液进行混搅大约3小时，直到溶液呈透明状。
（3）硅烷偶联剂水解经过监察。本实验使用电导率测定法对整个乙烯基二氯硅烷在溶液中水解的详细经过进行监察。
（4）硅烷膜的制作技术。把硅烷充分溶解到水溶液中之后，把钢材放置于溶液中2分钟，之后把钢材取出，放置在烘箱中对之进行加热，让钢材，表面生成硅烷膜。整个过程的温度控制在70～80度，时间保持在1小时之内（图1）。
2.1.3？硅烷膜抗腐蚀性检测
经过对硅烷膜抗腐蚀性的检测，能够证明硅烷膜具备抗腐蚀能力，同时也能够得出把硅烷膜用作金属防腐蚀处理层时，可以让处理层的抗腐蚀能力得到极大的提升。因此，本研究挑选了几组样品：
（1）没有处理的样品；
（2）磷化操作过的样品；
（3）用硅烷溶液操作过的样品。对它们的抗腐蚀性分别进行检测。
根据GB9274- 88通过3%NaCl溶液（pH一7）展开抗腐蚀检测。根据GB1733- 79，GB1763- 79展开抗水性检测、抗酸碱性检测。根据GB5936- 86展开3%CuS04溶液点蚀检测。2.2 实验结论探讨
2.2.1？水解技术过程中的影响元素
使用水和乙醇的混合物对硅烷进行水解，比单独使用去离子水水解的时候，水解液的电导率发生了巨大的改变。同时，其电导率随着硅醇比重的增加而逐渐增高，这说明硅烷溶液变得更加稳定。PH值对于硅烷的变化有巨大的影响。PH值越高，水解程度越大，否则缩合越高。在PH值呈现中性时，水解速度最慢，PH值在4～5之间时，缩合速度更慢。因此，在选择溶液的PH值的时候，需要考虑硅烷的结构和性质。
2.2.2？浸泡时间
对硅烷进行操作需要的时间比较短。分析其原因主要是在浸泡的过程中硅烷分子吸收过程非常快，而硅烷膜的形成主要在固化环节。经过大量的实验证明，硅烷吸收发生的时间非常短，因此，浸泡的时间对硅烷膜的形成并无太大影响。而硅烷膜的薄厚主要是看硅烷溶液的稀稠。所以，本文研究钢材在硅烷溶液中的浸泡时间是2分钟。
2.2.3？硅烷膜的抗腐蚀性
（1）盐水浸泡检测。浸泡检测前对样品进行这样的处理，如图2展示。
不同样品在盐水浸泡过程中外表发生的变化和腐蚀速度如表1所示：
从表1中可以看出，使用硅烷溶液处理后的样品在抗腐蚀性方面比磷化处理后样品的抗腐蚀性要好得多。由于乙烯基二氯硅烷在80度的时候可以形成最好的固化膜，因此，本文把实验的温度确定在70～80度。固化时间的选择主要是在0.5小时，1小时，2小时三个时间点，效果最好的是1小时的效果最好。
2.3 点蚀检测和孔隙率的检测
根据GB5936- 86展开3%CuSO4溶液点蚀检测。把CuSO4溶液涂抹在样品表层，各个样品表层发生改变的情形如下：没有处理的样品即刻生成红斑，磷化处理的样品在5分钟之后发生变化，而硅烷处理的样品在24小时之后还没有出现任何变化。其比较结果说明硅烷处理后的样品抗腐蚀性比磷化处理的效果要好的多。根据GB5935-86检测了硅烷处理样品和磷化处理样品的孔隙率，在10分钟后两个样品都没有生成蓝斑。这说明在致密性方面，两种样品没有区别。
2.4 研究总结
（1）水解溶液使用水和乙醇溶液，这种溶液的性能比较稳定，可以确保硅烷基的比例，形成质量比较高的比较好的硅烷溶液。
（2）处理后的钢材在硅烷溶液中浸泡2分钟，温度掌握在70～80度之间，固化时间掌握在0.5小时～1小时之间抗腐蚀性最好。
（3）经过抗水性检测、盐水检测、抗酸碱性检测，表明使用硅烷处理样品的抗腐蚀性比磷化处理的性能好。
（4）本文挑选乙烯基二氯硅烷作为金属表面处理剂。检测结果说明，把磷化预处理替换为硅烷技术，对环境污染更少、投资更低、抗腐蚀性更好。
（5）本产品可以用于汽车零件的处理，可以确保汽车6年内不会出现锈蚀，对于提高国产汽车零件的性能有非常好的作用。
3 新型钢铁表面处理剂的制作
现用的钢铁表面锈渍处理方法都有难度大、污染重、处理效率差且处理效果差的缺点。因此，我们需要从实用、方便、抗腐蚀效果好的角度出发，研发新型钢铁表面处理剂。
3.1 技术探究
除去成膜物质和有机溶剂不说，主要对去锈的物质进行探究。从去锈的效果来说，使用的溶液主要有丹宁酸与磷酸，前者和铁锈发生反应，生成黑色物质。生成物的性质和丹宁酸的型号有关，性能不太稳定，结果不好控制；磷酸和铁锈发生反应，产生物质的性能比较稳定，具有研究价值。
3.2 溶液配方的挑选和确定
通过技术选择和检测，最后选择20种溶液进行下一步选择。这20种配方的实验指标如图3所示，从图中可以看出9号配方性质比较稳定。
3.3 处理剂的涂抹方式
（1）处理加工过程：钢铁材料一表层清理净化一涂抹本处理剂一干燥一涂装。
（2）技术处理需要注意的地方：1）假如钢材表面的铁锈不太厚重，同时和钢材连接的比较结实，就需要先用刷子或者抹布把钢材外表的脏污去除，之后再涂抹本处理剂，晾置一两个小时之后，涂抹不均匀的地方再涂抹一遍； 2）假如钢材的铁锈过于严重，所生的铁锈已经成块或者龟裂，就先要把这些锈块去掉，把钢材表面处理干净，之后再涂抹上本处理剂。
这种钢铁表面处理剂具备了良好的防锈功能，可以广泛应用在船舶零件、井下钻头、农业机具、汽车底盘零件等易接触水的钢铁零件上。