D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.0L.007 第30卷第1期 北京科技大学学报 Vol.30 No.1 2008年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2008 钢表面硅烷处理层的粘接性能及防腐性能 许立宁路民旭徐喜成姚海东 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要介绍了硅烷与钢之间的作用机理、钢表面硅烷处理层的形成过程以及硅烷处理层与环氧树脂涂层之间的结合·研究 了硅烷处理工艺参数对环氧树脂/钢界面粘接强度以及硅烷处理层防腐性能的影响，分析了其内在规律，探讨了粘结性能与 防腐性能之间的相关性. 关键词钢表面处理：硅烷；界面粘结强度：防腐性能：相关性 分类号TG178 Adhesive property and anti-corrosion property of silane treating film on steel sur- face XU Lining.LU Minxu,XU Xicheng,YAO Haidong School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACT The reacting mechanism bet ween silane and steel surface,the forming process of silane treating film and the linkage be- tween silane and epoxy resin were studied.The effects of process parameters on the adhesive strength of epoxy/steel interface and the anti-corrosion property of silane treating film were investigated.and their inherent laws were analyzed.The correlativity between the adhesive property and the anti-corrosion property was discussed. KEY WORDS steel surface treatment:silane:interface adhesive strength;anti-corrosion property correlativity 钢结构和构件被广泛应用于国民经济各个领 系统、深入的研究，本文选用环氧基硅烷(KH560) 域，钢的腐蚀会带来巨大的经济损失，有机涂层是 对低碳钢表面进行处理，通过拉伸剪切实验，研究硅 最常用的钢防腐技术，为提高涂层/钢的界面粘接 烷处理工艺参数对环氧树脂/钢界面粘接强度的影 强度山，需要对钢进行表面处理，传统的表面处理 响，通过电化学阻抗谱分析，研究硅烷处理层的防 方法有物理方法（如喷砂）和化学方法（如酸洗、磷 腐性能随工艺参数的变化规律，并探讨硅烷处理层 化、铬酸盐钝化)·这些方法普遍存在耗水量大、废 粘接性能与防腐性能的相关性，为揭示硅烷的界面 物排放多和处理费用高等缺点四].其中，铬酸盐钝 作用机理奠定基础 化法虽然可以提高涂层/钢的粘接性能、增强涂层的 耐蚀性能3]，但是六价铬离子有毒且可能致癌，国 1钢表面硅烷处理 际上已限制其使用，近年来，国内外学者开发出稀 1.1硅烷的作用机理 土钝化、“达克罗”及硅烷处理等新型环保表面处理 硅烷（或硅烷偶联剂）是在分子中同时具有两种 技术[闺，其中，硅烷处理技术因具有工艺过程简单、 不同的反应性基团的有机硅化合物. 适用范围广、成本低，逐渐成为研究热点， 以环氧基硅烷KH560为例，分析硅烷与钢的 由于硅烷种类繁多、物理和化学特性相差较大， 作用机理.K什560在水解溶液中，水解生成硅醇 同时针对不同金属表面（如钢、铝、铜）以及不同涂层 而钢表面经过化学预处理后，会有羟基存在，当钢浸 (如环氧树脂、聚氨酯、醇酸树脂)应选择具有适当官 入硅烷溶液时，硅羟基会与钢表面羟基形成氢键 能团的硅烷可，因此对于硅烷处理的工艺参数缺乏 (图1)，对硅烷膜进行加热固化，使得K0与钢 收稿日期：2006-09-30修回日期：2006-12-07 形成共价键，同时相邻两个硅烷分子的硅羟基脱水 作者简介：许立宁(1976一)男，讲师，博士 缩合，也形成共价键，进一步加强硅烷/钢界面结合钢表面硅烷处理层的粘接性能及防腐性能 许立宁 路民旭 徐喜成 姚海东 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 介绍了硅烷与钢之间的作用机理、钢表面硅烷处理层的形成过程以及硅烷处理层与环氧树脂涂层之间的结合．研究 了硅烷处理工艺参数对环氧树脂／钢界面粘接强度以及硅烷处理层防腐性能的影响‚分析了其内在规律‚探讨了粘结性能与 防腐性能之间的相关性． 关键词 钢表面处理；硅烷；界面粘结强度；防腐性能；相关性 分类号 TG178 Adhesive property and ant-i corrosion property of silane treating film on steel sur￾face XU Lining‚LU Minxu‚XU Xicheng‚Y A O Haidong School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT T he reacting mechanism between silane and steel surface‚the forming process of silane treating film and the linkage be￾tween silane and epoxy resin were studied．T he effects of process parameters on the adhesive strength of epoxy／steel interface and the ant-i corrosion property of silane treating film were investigated‚and their inherent laws were analyzed．T he correlativity between the adhesive property and the ant-i corrosion property was discussed． KEY WORDS steel surface treatment；silane；interface adhesive strength；ant-i corrosion property；correlativity 收稿日期：2006-09-30 修回日期：2006-12-07 作者简介：许立宁（1976—）‚男‚讲师‚博士 钢结构和构件被广泛应用于国民经济各个领 域‚钢的腐蚀会带来巨大的经济损失．有机涂层是 最常用的钢防腐技术．为提高涂层／钢的界面粘接 强度［1］‚需要对钢进行表面处理．传统的表面处理 方法有物理方法（如喷砂）和化学方法（如酸洗、磷 化、铬酸盐钝化）．这些方法普遍存在耗水量大、废 物排放多和处理费用高等缺点［2］．其中‚铬酸盐钝 化法虽然可以提高涂层／钢的粘接性能、增强涂层的 耐蚀性能［3］‚但是六价铬离子有毒且可能致癌‚国 际上已限制其使用．近年来‚国内外学者开发出稀 土钝化、“达克罗”及硅烷处理等新型环保表面处理 技术［4］．其中‚硅烷处理技术因具有工艺过程简单、 适用范围广、成本低‚逐渐成为研究热点． 由于硅烷种类繁多、物理和化学特性相差较大‚ 同时针对不同金属表面（如钢、铝、铜）以及不同涂层 （如环氧树脂、聚氨酯、醇酸树脂）应选择具有适当官 能团的硅烷［5］‚因此对于硅烷处理的工艺参数缺乏 系统、深入的研究．本文选用环氧基硅烷（KH—560） 对低碳钢表面进行处理‚通过拉伸剪切实验‚研究硅 烷处理工艺参数对环氧树脂／钢界面粘接强度的影 响．通过电化学阻抗谱分析‚研究硅烷处理层的防 腐性能随工艺参数的变化规律‚并探讨硅烷处理层 粘接性能与防腐性能的相关性‚为揭示硅烷的界面 作用机理奠定基础． 1 钢表面硅烷处理 1∙1 硅烷的作用机理 硅烷（或硅烷偶联剂）是在分子中同时具有两种 不同的反应性基团的有机硅化合物． 以环氧基硅烷 KH—560为例‚分析硅烷与钢的 作用机理．KH—560在水解溶液中‚水解生成硅醇． 而钢表面经过化学预处理后‚会有羟基存在‚当钢浸 入硅烷溶液时‚硅羟基会与钢表面羟基形成氢键 （图1）．对硅烷膜进行加热固化‚使得 KH—560与钢 形成共价键‚同时相邻两个硅烷分子的硅羟基脱水 缩合‚也形成共价键‚进一步加强硅烷／钢界面结合 第30卷 第1期 2008年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．1 Jan．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．01．007