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摘要：硅烷技術(shù)可以替代磷化技術(shù)，給涂裝預(yù)處理技術(shù)帶來革命性的變革。本文介紹了硅烷技術(shù)的在汽車制造中最新應(yīng)用的情況。
關(guān)鍵詞：汽車制造、預(yù)處理、硅烷技術(shù)
1．前言
在各種金屬預(yù)處理方法中，磷化處理是最為廣泛采用的方法。在家用電器、自行車、摩托車和汽車等行業(yè)中，為了保證涂層優(yōu)良的耐久性和防腐蝕性能，都采用磷化處理作為涂裝的前處理。但是磷化處理因?yàn)楹袖\、鎳、錳等有害重金屬以及磷、氮、亞硝酸鈉等限制排放的物質(zhì)，處理溫度較高，廢水、廢渣處理較復(fù)雜而面臨日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)。
硅烷化處理是目前技術(shù)發(fā)展較成熟的可取代磷化的前處理技術(shù)。硅烷處理與傳統(tǒng)磷化相比具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：無鎳、鋅、錳等有害重金屬離子，不含磷，無需加溫。硅烷處理過程無渣，處理時(shí)間短，控制簡(jiǎn)便。處理步驟少，可省去表調(diào)及鈍化工序，槽液使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單。有效提高油漆對(duì)基材的附著力，可共線處理鋼板、鍍鋅板、鋁板等多種基材。硅烷技術(shù)的成功應(yīng)用給磷化技術(shù)帶來革命性的變革。
2金屬表面硅烷處理的機(jī)理
在發(fā)現(xiàn)硅烷卓越防腐性能以前，硅烷作為膠粘劑被廣泛應(yīng)用于玻璃或陶瓷強(qiáng)化高聚復(fù)合材料中。系統(tǒng)而全面的硅烷防銹性能的研究始于二十世紀(jì)九十年代初。通過研究發(fā)現(xiàn)，硅烷可以有效地用于金屬或合金的防腐。
硅烷是一類硅基的有機(jī)／無機(jī)雜化物，其基本分子式為：R’(CH2)nSi(OR)3。其中OR是可水解的基團(tuán)，R’是有機(jī)官能團(tuán)。
硅烷在水溶液中通常以水解的形式存在：
-Si(OR)3+H2O≒Si(OH)3+3ROH
硅烷水解后通過其SiOH基團(tuán)和金屬表面的MeOH基團(tuán)（Me=金屬）通過縮水反應(yīng)而快速吸附于金屬表面。
SiOH+MeOH=SiOMe+H2O
一方面硅烷在金屬界面上形成Si-O-Me共價(jià)鍵，一般來說，共價(jià)鍵間的作用力可達(dá)700kj/mol，硅烷與金屬之間的結(jié)合是非常牢固的。另一方面，剩余的硅烷分子則通過SiOH集團(tuán)之間的縮聚反應(yīng)在金屬表面上形成具有Si-O-Si三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅烷膜（圖1）。
圖1：硅烷在金屬表面成膜模型
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該硅烷膜在烘干過程中和后道的電泳漆、或噴粉通過交聯(lián)反應(yīng)結(jié)合在一起，形成牢固的化學(xué)鍵。這樣，基材、硅烷和油漆之間可以通過化學(xué)鍵形成穩(wěn)固的膜層結(jié)構(gòu)。
3．硅烷技術(shù)處理工藝
在普通工業(yè)中以硅烷處理取代鐵系和鋅系磷化處理已開始廣泛應(yīng)用。老的生產(chǎn)線只要將磷化槽清洗干凈，直接投入硅烷材料就可以生產(chǎn)了，目前凱密特爾與歐美大部分汽車公司進(jìn)行合作，在汽車生產(chǎn)線上開始試驗(yàn)和應(yīng)用。
傳統(tǒng)的汽車預(yù)處理工藝流程如圖2所示：
圖2：傳統(tǒng)的汽車預(yù)處理工藝流程
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硅烷汽車預(yù)處理工藝流程如圖3所示：
圖3：硅烷汽車預(yù)處理工藝流程
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硅烷預(yù)處理取代了傳統(tǒng)的表面調(diào)整、磷化和鈍化工藝，工藝簡(jiǎn)潔了許多，硅烷處理后可以不烘干，直接進(jìn)行陰極電泳，硅烷的固化過程與電泳漆的烘烤同時(shí)完成。
4．硅烷處理與磷化處理之間的區(qū)別：
表1磷化與硅烷處理技術(shù)在使用條件方面的區(qū)別如下：
表1：磷化與硅烷處理技術(shù)在使用條件方面的區(qū)別如上 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片 5．硅烷預(yù)處理的技術(shù)質(zhì)量
硅烷涂層隨著處理基材不同產(chǎn)生不同的視覺外觀，如在鐵板上，硅烷涂層是淡黃色的；在鍍鋅板上，硅烷涂層是偏藍(lán)色的；在鋁板上，硅烷涂層是反光灰色的。
表2經(jīng)過硅烷oxsilan9830處理的板材的防腐 表2 經(jīng)過硅烷oxsilan9830處理的板材的防腐性能 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片 圖4 VDA (10 cycles) 循環(huán)試驗(yàn) 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片 試驗(yàn)表明，Oxsilan9830的防腐蝕性能與鋅系磷化的防腐蝕性能相當(dāng)，優(yōu)于鐵系磷化的性能。與鋯系產(chǎn)品相比，其性能明顯優(yōu)越，圖5是在冷扎板材上，經(jīng)預(yù)處理加電泳后，按照，美國(guó)通用汽車公司的GMW14872標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)15個(gè)循環(huán)腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果。 圖5 鋯系產(chǎn)品和硅烷產(chǎn)品循環(huán)腐蝕試驗(yàn) 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片
6．硅烷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
6.1硅烷技術(shù)形成的超薄有機(jī)膜可以替代傳統(tǒng)的磷化膜，磷化膜的重量通常為2~3g/㎡,OXSILAN涂層膜重僅僅0.1g/㎡，相差20倍左右。單耗大大降低。
6.2Si-O-Me共價(jià)鍵分子間的結(jié)合力很強(qiáng)，所以產(chǎn)品很穩(wěn)定，從而可以提高產(chǎn)品的防腐蝕能力。
6.3使用方便，便于控制，槽液為雙組分液體配成，僅需要控制PH值和電導(dǎo)率，無須象磷化液那樣，要控制游離酸、總酸、促進(jìn)劑、鋅、鎳、錳的含量和溫度等許多參數(shù)。
6.4節(jié)約能源，可室溫或低溫操作，能源費(fèi)用降低。
6.5節(jié)省電能，由于泵的減少和功率的降低，可節(jié)省40%的電能。
6.6處理時(shí)間短，只有磷化處理時(shí)的一半，因此可以提高產(chǎn)量。
6.7優(yōu)異的環(huán)保性能，無有害的重金屬，無渣、廢水排放少，處理容易，如果安裝過濾器及離子交換器，可以做到封閉循環(huán)使用。
6.8多金屬處理工藝：冷軋板、熱鍍鋅板、電鍍鋅板、涂層板、鋁等不同板材可混線處理。
6.9工藝簡(jiǎn)單，流程短。可以減少維修量，不需要維護(hù)表調(diào)，鈍化和除渣設(shè)備，也不需要定期清理，磷化槽及管路和噴嘴等。
6.10綜合成本低，產(chǎn)品消耗量低，三廢處理成本低。歐洲Proposal工廠生產(chǎn)線使用磷化液時(shí)每年的費(fèi)用為73萬歐元，切換Oxsilan的產(chǎn)品后為39萬歐元/年，節(jié)省了34萬歐元/年。
6.11與原有涂裝工藝和涂裝設(shè)備相容，不需進(jìn)行設(shè)備改造，只需更換磷化液，即可投入生產(chǎn)。
6.12系統(tǒng)長(zhǎng)度縮減：無需表面調(diào)整和鈍化工序，可縮短處理時(shí)間，新建生產(chǎn)線可減少投資和占地面積。歐洲汽車線使用硅烷和使用磷化在設(shè)備投資上可以節(jié)省220萬歐元。
6.13硅烷處理后，不用烘干，直接進(jìn)行電泳。泳透率與鋅系磷化相當(dāng)。 7．硅烷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及前景
7.1目前硅烷技術(shù)已經(jīng)在目前在德國(guó)、英國(guó)、瑞典、芬蘭、丹麥、法國(guó)、葡萄牙、美國(guó)、巴西、澳大利亞、新西蘭、印度尼西亞、泰國(guó)、印度和中國(guó)等國(guó)家廣泛應(yīng)用。
7.2目前OXSILAN®9830在全世界汽車行業(yè)的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用情況如下：
7.2.12007/2008年已于歐美大部分汽車生產(chǎn)廠開始合作項(xiàng)目，全面展開測(cè)試認(rèn)證工作
7.2.2第一次汽車生產(chǎn)線整車批量試驗(yàn)：2008年第一季度在法國(guó)雷諾（Renault）Flins工廠，目前雷諾多種車型零件及外車身板已經(jīng)使用硅烷處理。
7.2.3第一條汽車生產(chǎn)線正式批量生產(chǎn)：是2008年7月在德國(guó)歐寶（Opel）Kaiserslautern工廠進(jìn)行的，提高30%生產(chǎn)率。
7.2.4經(jīng)過凱密特爾研發(fā)團(tuán)隊(duì)數(shù)年來與歐美各大汽車廠的全面合作和共同努力，Oxsilan®技術(shù)已率先通過法國(guó)標(biāo)致-雪鐵龍（PSA）的測(cè)試認(rèn)可并正式投入批量生產(chǎn)，自2009年以來相繼在法國(guó)、西班牙、巴西、俄羅斯的汽車生產(chǎn)線投產(chǎn)，涉及車型有雪鐵龍C3、C5、C5SW、C6，Xsara(MPV)、標(biāo)志207（3門、5門、Convertible、）、Hoggar（小型皮卡）、AirCross、407、407SW、407Cut等；奔馳等其他各大汽車公司的線上測(cè)試，認(rèn)可工作正在按計(jì)劃進(jìn)行中。
還有許多硅烷工藝替代磷化工藝的汽車項(xiàng)目即將計(jì)劃在未來12個(gè)月內(nèi)全面展開，這些項(xiàng)目大部分在歐洲，也會(huì)有部分項(xiàng)目在北美、亞洲（包括中國(guó)、印度、韓國(guó)等）進(jìn)行，汽車前處理工藝的創(chuàng)新時(shí)代已到來。汽車是防腐要求最高的產(chǎn)品，整車生產(chǎn)線可以使用，其它生產(chǎn)線更可以放心使用了。 7.3硅烷技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用
迄今為止，硅烷技術(shù)在中國(guó)的家電、汽車零部件、IT、風(fēng)力發(fā)電等行業(yè)幾十家企業(yè)開始得到應(yīng)用。其中僅海爾公司就有17條生產(chǎn)線在使用硅烷產(chǎn)品，其中一條已經(jīng)與陰極電泳配套；沈陽曙光汽車的天成生產(chǎn)線，2009年2月開始使用硅烷產(chǎn)品，配套使用陰極電泳，至今已有二年,情況良好。
7.4硅烷技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能、環(huán)保、節(jié)省成本的優(yōu)良技術(shù)，涂裝預(yù)處理技術(shù)迎來了一場(chǎng)革命性的變革，必將迅速替代磷化技術(shù)在金屬表面處理行業(yè)迅速得到推廣。
