新型硅烷复合物在冷轧钢板表面处理中的应用研
日期：2020-01-19 08:54:54 / 人气：849
新型硅烷复合物在冷轧钢板表面处理中的应用研究
高 岩
( 福建三钢集团，福建 三明 365000)
摘要: 为了减少传统磷化工艺对环境造成的危害，本研究将 KH －792 和 A －151 两种偶联剂进行复合，研制出了一种用于冷轧钢板
表面处理的新型环保硅烷复合物。利用电化学及耐中性盐雾等测试方法，考察了偶联剂配比和硝酸铈的用量对处理液稳定性以
及硅烷膜耐腐蚀性能的影响。结果表明: 当 KH －792 与 A －151 的配比为 4∶1 时，处理液的储存时间超过 2 个月，硅烷膜也具有良
好的耐腐蚀性能; 对于储存后性能下降的处理液，添加 0． 4%的硝酸铈后，即能在硅羟基之间形成明显的交联作用，有效增强硅烷
膜的防护性能，使硅烷复合物的综合性能达到工业化应用要求。
关键词: 冷轧钢板; 硅烷复合物; 表面处理; 交联剂
中图分类号: TQ639． 1 文献标识码: A
文章编号:1008 －021X( 2015) 13 －0022 －03
Study on Application of a New Silane Compound on the Cold Ｒolled Steel
Sheet Surface Treatment
Gao Yan
( Fujian Sangang Group，Sanming 365000，China)
Abstract: In order to reduce the damage to the environment caused by the use of phosphating，passivation technology，a
suitable new silane compound consists of KH － 792 and A － 151 which applied to metal surface ant － corrosion treatment
was developed by using Ce( NO 3 )
3 with active groups． The effects of silane agent ratio，dosage of hydrolysis and Ce( NO 3 ) 3
on the stability of silane treatment agent and corrosion resistance of silane film were investigated by electrochemical and
neutral salt spray test． The results show that when the ratio of KH －792 and A －151 is 4∶1，the storage time of treatment
agent lasts more than 2months，and the silane film has good corrosion resistance． For silane treatment agent which
performance has significantly decreased after a long time in storage，demonstrable cross effect in silicon hydroxyl is formed
through adding 0． 4% crosslinking agent Ce( NO 3 )
3 ，which effectively enhance the protective properties of silane films．
The comprehensive properties of silane compound could meet the demands of industrial application．
Key words: cold rolled steel sheet; silane compound; surface treatment; crosslinker
目前，冷轧钢板表面涂装前大都采用磷化工艺进行处
理，但磷化工艺反应过程复杂、耗时长、能耗高，而且槽液维
护困难。另外，在处理过程中产生大量含重金属离子的废
水，对环境危害严重。为了解决此问题，国内外许多研究人
员都在积极寻求合适的替代产品。
硅烷偶联剂具有特殊的结构和性能，其水解后生成的硅
羟基化合物在金属表面成膜后具有良好的性能，而且对环境
无害，最有望取代对环境危害严重的磷化液类产品。以硅烷
为主要成分制备的表面前处理剂具有以下优点: ( 1) 处理工
艺简单、维护方便、成本低; ( 2) 不对环境造成污染; ( 3) 硅烷
膜性能优异，大大提高后续涂层的耐腐蚀性能以及与底材的
结合力。
然而，由于硅烷水解后产生的大量硅羟基，在干燥成膜
过程中并不能完全参与反应，残留的硅羟基会增强硅烷膜的
吸水性，长时间在潮湿的环境中易导致后续涂层与底材分
离，降低其耐腐蚀性能。这正是目前使用硅烷前处理工艺时
涂层耐盐雾性能较差的原因。另外，硅羟基较为活泼，易在
处理液存储过程中发生缩聚，导致有效成分分子量增加后析
出，使其无法发挥原有的作用
［1 －2］ 。为了解决硅烷处理液的
稳定性问题，在处理液中添加某些活性物质来增强硅烷膜的
防护性能是近年来的研究重点。Van Ooij ［3 －4］ 等人通过在处
理液中添加适量的纳米 Al 2 O 3 和 SiO 2 颗粒，使得硅烷膜的耐
腐蚀性能得到了很大的提高。
本文以 KH －792 和 A －151 两种硅烷偶联剂为主要原料
制备了一种新型硅烷复合物，研究了硅烷处理液在存储过程
中性能下降的规律，并考察了添加稀土盐硝酸铈对处理液性
能的影响，以期解决限制硅烷处理液工业化应用的问题，从而
替代传统的磷化工艺，减轻表面处理行业对环境的污染。
1 实验部分
1． 1 主要原料及设备
N － ( β － 氨乙基) － γ － 氨丙基三甲氧基硅烷( KH －
792) 、乙烯基三乙氧基硅烷( A － 151) 、冷轧钢板均为工业
品，甲基丙烯酸缩水甘油酯、交联剂 Ce( NO 3 )
3 均为分析纯
试剂。FQY － 015 盐雾腐蚀试验箱、LK2005A 型电化学工作
站、USC －70 扫描电子显微镜。
1． 2 硅烷处理液的配制
先按照乙醇∶硅烷偶联剂∶水 =1∶4∶1 的比例( 质量比) 将
原料混合，待水解一定时间后再补加剩余的水，配制成浓度
为 10%的硅烷处理液。
· 2 2 · SHANDONG CHEMICAL INDUSTＲY 2015 年第 44 卷
DOI:10.19319/j.cnki.issn.1008-021x.2015.13.012
第 13 期
1． 3 试样制备与测试
将 0． 3 mm 厚的冷轧钢板裁剪成合适大小，按照碱洗除
油→水洗→硅烷化处理→烘干→ 静电喷涂的工艺流程对基
材进行处理。其中硅烷化处理采用常温浸泡的方式进行，时
间为 60s，硅烷成膜温度为 120℃，时间 20min。
对于只进行硅烷处理的样板，用蜡封边后使用 LK2005A
型电化学工作站测定其在 5% NaCl 溶液中的极化曲线。测
试采用三电极体系，硅烷处理的钢铁样板为工作电极，工作
面尺寸为 1cm 2 ，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极作辅助
电极，扫描速度 5mV/S，扫描范围 －2 ～0V。
在经过硅烷化处理的样板表面喷涂聚酯粉末涂料，烘烤
温度为 200℃，时间 20min，膜厚 60 ～ 80μm，分别按照 GB/T
1720 －1979( 1989) 、GB/T 1732 － 1993 和 ASTM B117 － 2009
的方法测定涂层附着力、抗冲击性和耐中性盐雾腐蚀等
性能。
2 结果与讨论
2． 1 硅烷偶联剂配比的选择
按照 1． 2 所述工艺分别制备不同 KH － 792 与 A － 151
质量配比条件下的硅烷处理液，考察两者配比对处理液稳定
性、涂层附着力和抗冲击性能的影响，结果如表 1 所示。
表 1 KH －792 与 A －151 配比对处理液稳定性及涂层性能
的影响
Table 1 Effects of KH －792/ A －151 on stability of
treatment agent and coating properties
KH －792/A －151 48h 后状态
涂层附着力
( 划圈法)
抗冲击性
( ≥50kg． cm)
8∶1 澄清 1 级 合格
6∶1 澄清 1 级 合格
4∶1 澄清 1 级 合格
2∶1 轻度浑浊 2 级 较少裂纹
1∶1 浑浊 3 级 较多裂纹
当 KH －792 与 A －151 的质量配比高于 4∶1 时，处理液
保持稳定的同时，复合涂层也具有良好的附着力和抗冲击
性; 但当 KH －792 与 A －151 的质量配比低于4∶1 后，硅烷处
理液放置 48h 后开始出现浑浊，涂层附着力和抗冲击性能也
随之降低。这应该与 A － 151 结构中的碳碳双键不稳定有
关。因为在加热或光照的条件下，双键较易打开产生自由
基，而自由基出现后又会逐渐引发其他分子上双键的加成，
进而形成分子量较大的聚合物从溶液中析出，造成溶液浑
浊，同时导致涂层附着力和抗冲击性能的下降。
将经过前处理的冷轧钢片放在水解好的 m( KH －792) ∶
m( KH －151) 分别为 8∶1、6∶1、4∶1 的混合硅烷溶液中浸渍
60s，然后120℃烘干 20min，通过用 3% CuSO 4 溶液进行点蚀
实验来检测膜的耐腐蚀性能，结果如表 2 所示。
表2
KH －792 与 A －151 配比对处理液涂层耐腐蚀性性能的影响
Table 2 Effects of KH －792/ A －151 on stability of corrosion resistance
KH －792/A －151 3%CuSO 4 溶点蚀实验
8∶1 60s
6∶1 110s
4∶1 180s
随着 A －151 含量的增大，复合硅烷涂层的耐腐蚀性有
明显的增强趋势，说明样板的耐腐蚀性能逐渐提高。这应该
是由于 A －151 结构中双键的聚合增强了硅烷膜的致密性所
引起的。因此，选用 KH －792 与 A －151 质量配比为 4∶1。
2． 2 存放时间对处理液性能的影响
研究表明，处理液中硅羟基的缩聚是一个不可避免的过
程
［5 －7］ ，但随着储存时间的延长，处理液性能下降呈现什么
趋势，并未有人进行详细的描述。本研究通过对涂层耐盐雾
性能进行测试，考察了按前述配比所制备的处理液在不同时
间所形成的硅烷膜耐腐蚀性能的变化，结果见图 1。
图1
存放时间对涂层耐盐雾性能的影响
Fig．1 Influence of storage time on salt spray resistance of coatings
处理液存放随着处理液储存时间的延长，涂层的耐盐雾
腐蚀性能迅速下降。第 30 天时，涂层耐盐雾腐蚀的时间已
由最初的 400 多 h 下降至约 180 h，说明此时间段内缩聚过
程占优势，硅羟基的数量在急剧减少。一直到 60 d 后，涂层
的耐盐雾时间才逐渐趋于稳定，说明此时硅羟基的水解和缩
聚达到了一种平衡状态，但涂层的耐盐雾时间只有 80 h，性
能已无法满足工业应用的要求。
2． 3 交联剂硝酸铈对硅烷膜性能的影响
a: 新处理液制备的试样; b: 60 天后处理液制备的试样
图 2 交联剂硝酸铈用量对涂层耐盐雾性能的影响
Fig． 2 Effects of the amount of crosslinking agent Ce( NO 3 )
3
on salt spray resistance of coatings
而稀土盐硝酸铈对硅烷膜的耐腐蚀性能也有一定程度
的影响，本研究通过对涂层进行耐盐雾性能的测试，考察了
其用量对硅烷膜防护性能的影响，结果见图 2。
由图 2( a) 可以看出，新制备处理液所形成的硅烷膜耐
腐蚀性能较好，涂层耐盐雾时间达 400 h，交联剂硝酸铈的加
入对其耐腐蚀性能的提高并不明显。对于图 2( b) 中储存两
· 3 2 · 高 岩: 新型硅烷复合物在冷轧钢板表面处理中的应用研究
山 东 化 工
个月后的处理液，不添加交联剂硝酸铈的情况下，涂层的耐
盐雾时间下降至约 100h，但随着交联剂硝酸铈用量的增加，
涂层的耐腐蚀性能逐渐得到了提高。说明交联剂硝酸铈加
入后能在硅羟基之间起到较为明显的交联作用，提高了硅烷
膜的防护性能，用量达到 0． 4% 后，涂层耐腐蚀时间已接近
30 h。但随着其用量的进一步增加，涂层的防护性能不再有
明显的变化。
2． 4 硅烷膜形貌
使用存放两个月的硅烷处理液对钢板进行表面处理，并
与添加 0． 4% 硝酸铈的处理液制备的样板进行对比，其宏观
及微观形貌见图 3 和图 4。
( a) 不含硝酸铈硅烷膜; ( b) 含 0． 4%硝酸铈硅烷膜
图 3 硅烷膜外观照片
Fig． 3 Appearance of silane film
( a) 不含硝酸铈; ( b) 含 0． 4%硝酸铈
图 4 硅烷膜的 SEM 图像
Fig． 4 Surface morphology of the silane film by SEM
图 3 为拍摄的硅烷膜外观照片，从照片可以看到硅烷膜
为均匀的透明薄膜，且硝酸铈的加入对硅烷膜的外观无明显
影响。
图 4 显示的是不含硝酸铈和含 0． 4%硝酸铈的硅烷膜的
微观形貌。从图 4( a) 可以看出，硅烷处理液存放两个月后，
在不添加硝酸铈的情况下，样板表面形成的硅烷膜磨痕清晰
可见，且不平整，表面有很多孔洞和裂纹，腐蚀性气体和液体
很容易透过而渗透至碳钢表面，对碳钢表面造成持续的腐蚀
和损坏，导致后续涂层耐盐雾性能急剧下降。从图 4( b) 可
以看出，在相同的处理液中添加 0． 4%的硝酸铈后，所形成的
硅烷膜表面除有少量不明显磨痕外，整体比较均匀、平整，且
致密性良好，可大大减缓腐蚀性气体或液体的渗透速率，大
大改善硅烷膜及后续涂层的耐腐蚀性能。
3 结论
偶联剂的配比对处理液的稳定性和硅烷膜的性能有较
大影响。当 KH －792 与 A －151 质量配比为 4∶1 时，处理液
的储存稳定性较好，且能形成性能优良的硅烷膜。
新配制的处理液性能良好，复合涂层耐盐雾时间可 400
h。但随着存储时间的延长，处理液性能下降明显，此时若在
处理液中添加其质量分数 0． 4% 的稀土盐硝酸铈，即可在很
大程度上提高硅烷膜的致密性，改善硅烷膜及后续涂层的耐
腐蚀性能，使之接近新配制处理液的性能，达到工业化应用
要求。
参考文献
［1］赵 平，孙广霞，杨玉鹏，等． 有机硅烷偶联剂在涂装前处
理中的应用［J］． 电镀与精饰，2010，32( 3) : 25 －28．
［2］张小琴． 铝合金硅烷化表面处理现状［J］． 材料研究与应
用，2011，5( 3) : 177 －180．
［3］Batan A，Mine N，Douhard B，et al． Evidence of covalent
bond formation at the silane － metal interface during plasma
polymerization of bis － 1，2 － ( triethoxysilyl ) ethane
( BTSE) on aluminium ［J］． Chemical Physics Letters，
2010，493( 1) : 107 －112．
［4］Palanivel V，Zhu Danqing，Wim J van Ooij． Nanoparticle －
filled silane films as chromate replacements for aluminum
alloys［J］． Progess in Organic Coatings，2003，47( 3/4) :
384 －392．
［5］吴超云，张 津． 金属表面硅烷防护膜层的研究进展［J］．
表面技术，2009，38( 6) : 79 －82．
［6］吴林冬，刘少友，唐文华，等． 硅烷偶联剂 BTSPS 的水解
工艺优化［J］． 凯里学院学报，2011，29( 6) : 35 －37．
［7］Palanivel V，Huang Y，Van Wim J Ooij． Effects of addition
corrosion inhibitiors to silane films on the performance of
AA2024 － T3 in a 0． 5M NaCl solution ［J］． Progess in
Organic Coatings，2005，53( 2) : 153 －168．
( 本文文献格式: 高 岩． 新型硅烷复合物在冷轧钢板表面处
理中的应用研究［J］． 山东化工，2015，44( 13) :22 －24． )
高 岩
( 福建三钢集团，福建 三明 365000)
摘要: 为了减少传统磷化工艺对环境造成的危害，本研究将 KH －792 和 A －151 两种偶联剂进行复合，研制出了一种用于冷轧钢板
表面处理的新型环保硅烷复合物。利用电化学及耐中性盐雾等测试方法，考察了偶联剂配比和硝酸铈的用量对处理液稳定性以
及硅烷膜耐腐蚀性能的影响。结果表明: 当 KH －792 与 A －151 的配比为 4∶1 时，处理液的储存时间超过 2 个月，硅烷膜也具有良
好的耐腐蚀性能; 对于储存后性能下降的处理液，添加 0． 4%的硝酸铈后，即能在硅羟基之间形成明显的交联作用，有效增强硅烷
膜的防护性能，使硅烷复合物的综合性能达到工业化应用要求。
关键词: 冷轧钢板; 硅烷复合物; 表面处理; 交联剂
中图分类号: TQ639． 1 文献标识码: A
文章编号:1008 －021X( 2015) 13 －0022 －03
Study on Application of a New Silane Compound on the Cold Ｒolled Steel
Sheet Surface Treatment
Gao Yan
( Fujian Sangang Group，Sanming 365000，China)
Abstract: In order to reduce the damage to the environment caused by the use of phosphating，passivation technology，a
suitable new silane compound consists of KH － 792 and A － 151 which applied to metal surface ant － corrosion treatment
was developed by using Ce( NO 3 )
3 with active groups． The effects of silane agent ratio，dosage of hydrolysis and Ce( NO 3 ) 3
on the stability of silane treatment agent and corrosion resistance of silane film were investigated by electrochemical and
neutral salt spray test． The results show that when the ratio of KH －792 and A －151 is 4∶1，the storage time of treatment
agent lasts more than 2months，and the silane film has good corrosion resistance． For silane treatment agent which
performance has significantly decreased after a long time in storage，demonstrable cross effect in silicon hydroxyl is formed
through adding 0． 4% crosslinking agent Ce( NO 3 )
3 ，which effectively enhance the protective properties of silane films．
The comprehensive properties of silane compound could meet the demands of industrial application．
Key words: cold rolled steel sheet; silane compound; surface treatment; crosslinker
目前，冷轧钢板表面涂装前大都采用磷化工艺进行处
理，但磷化工艺反应过程复杂、耗时长、能耗高，而且槽液维
护困难。另外，在处理过程中产生大量含重金属离子的废
水，对环境危害严重。为了解决此问题，国内外许多研究人
员都在积极寻求合适的替代产品。
硅烷偶联剂具有特殊的结构和性能，其水解后生成的硅
羟基化合物在金属表面成膜后具有良好的性能，而且对环境
无害，最有望取代对环境危害严重的磷化液类产品。以硅烷
为主要成分制备的表面前处理剂具有以下优点: ( 1) 处理工
艺简单、维护方便、成本低; ( 2) 不对环境造成污染; ( 3) 硅烷
膜性能优异，大大提高后续涂层的耐腐蚀性能以及与底材的
结合力。
然而，由于硅烷水解后产生的大量硅羟基，在干燥成膜
过程中并不能完全参与反应，残留的硅羟基会增强硅烷膜的
吸水性，长时间在潮湿的环境中易导致后续涂层与底材分
离，降低其耐腐蚀性能。这正是目前使用硅烷前处理工艺时
涂层耐盐雾性能较差的原因。另外，硅羟基较为活泼，易在
处理液存储过程中发生缩聚，导致有效成分分子量增加后析
出，使其无法发挥原有的作用
［1 －2］ 。为了解决硅烷处理液的
稳定性问题，在处理液中添加某些活性物质来增强硅烷膜的
防护性能是近年来的研究重点。Van Ooij ［3 －4］ 等人通过在处
理液中添加适量的纳米 Al 2 O 3 和 SiO 2 颗粒，使得硅烷膜的耐
腐蚀性能得到了很大的提高。
本文以 KH －792 和 A －151 两种硅烷偶联剂为主要原料
制备了一种新型硅烷复合物，研究了硅烷处理液在存储过程
中性能下降的规律，并考察了添加稀土盐硝酸铈对处理液性
能的影响，以期解决限制硅烷处理液工业化应用的问题，从而
替代传统的磷化工艺，减轻表面处理行业对环境的污染。
1 实验部分
1． 1 主要原料及设备
N － ( β － 氨乙基) － γ － 氨丙基三甲氧基硅烷( KH －
792) 、乙烯基三乙氧基硅烷( A － 151) 、冷轧钢板均为工业
品，甲基丙烯酸缩水甘油酯、交联剂 Ce( NO 3 )
3 均为分析纯
试剂。FQY － 015 盐雾腐蚀试验箱、LK2005A 型电化学工作
站、USC －70 扫描电子显微镜。
1． 2 硅烷处理液的配制
先按照乙醇∶硅烷偶联剂∶水 =1∶4∶1 的比例( 质量比) 将
原料混合，待水解一定时间后再补加剩余的水，配制成浓度
为 10%的硅烷处理液。
· 2 2 · SHANDONG CHEMICAL INDUSTＲY 2015 年第 44 卷
DOI:10.19319/j.cnki.issn.1008-021x.2015.13.012
第 13 期
1． 3 试样制备与测试
将 0． 3 mm 厚的冷轧钢板裁剪成合适大小，按照碱洗除
油→水洗→硅烷化处理→烘干→ 静电喷涂的工艺流程对基
材进行处理。其中硅烷化处理采用常温浸泡的方式进行，时
间为 60s，硅烷成膜温度为 120℃，时间 20min。
对于只进行硅烷处理的样板，用蜡封边后使用 LK2005A
型电化学工作站测定其在 5% NaCl 溶液中的极化曲线。测
试采用三电极体系，硅烷处理的钢铁样板为工作电极，工作
面尺寸为 1cm 2 ，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极作辅助
电极，扫描速度 5mV/S，扫描范围 －2 ～0V。
在经过硅烷化处理的样板表面喷涂聚酯粉末涂料，烘烤
温度为 200℃，时间 20min，膜厚 60 ～ 80μm，分别按照 GB/T
1720 －1979( 1989) 、GB/T 1732 － 1993 和 ASTM B117 － 2009
的方法测定涂层附着力、抗冲击性和耐中性盐雾腐蚀等
性能。
2 结果与讨论
2． 1 硅烷偶联剂配比的选择
按照 1． 2 所述工艺分别制备不同 KH － 792 与 A － 151
质量配比条件下的硅烷处理液，考察两者配比对处理液稳定
性、涂层附着力和抗冲击性能的影响，结果如表 1 所示。
表 1 KH －792 与 A －151 配比对处理液稳定性及涂层性能
的影响
Table 1 Effects of KH －792/ A －151 on stability of
treatment agent and coating properties
KH －792/A －151 48h 后状态
涂层附着力
( 划圈法)
抗冲击性
( ≥50kg． cm)
8∶1 澄清 1 级 合格
6∶1 澄清 1 级 合格
4∶1 澄清 1 级 合格
2∶1 轻度浑浊 2 级 较少裂纹
1∶1 浑浊 3 级 较多裂纹
当 KH －792 与 A －151 的质量配比高于 4∶1 时，处理液
保持稳定的同时，复合涂层也具有良好的附着力和抗冲击
性; 但当 KH －792 与 A －151 的质量配比低于4∶1 后，硅烷处
理液放置 48h 后开始出现浑浊，涂层附着力和抗冲击性能也
随之降低。这应该与 A － 151 结构中的碳碳双键不稳定有
关。因为在加热或光照的条件下，双键较易打开产生自由
基，而自由基出现后又会逐渐引发其他分子上双键的加成，
进而形成分子量较大的聚合物从溶液中析出，造成溶液浑
浊，同时导致涂层附着力和抗冲击性能的下降。
将经过前处理的冷轧钢片放在水解好的 m( KH －792) ∶
m( KH －151) 分别为 8∶1、6∶1、4∶1 的混合硅烷溶液中浸渍
60s，然后120℃烘干 20min，通过用 3% CuSO 4 溶液进行点蚀
实验来检测膜的耐腐蚀性能，结果如表 2 所示。
表2
KH －792 与 A －151 配比对处理液涂层耐腐蚀性性能的影响
Table 2 Effects of KH －792/ A －151 on stability of corrosion resistance
KH －792/A －151 3%CuSO 4 溶点蚀实验
8∶1 60s
6∶1 110s
4∶1 180s
随着 A －151 含量的增大，复合硅烷涂层的耐腐蚀性有
明显的增强趋势，说明样板的耐腐蚀性能逐渐提高。这应该
是由于 A －151 结构中双键的聚合增强了硅烷膜的致密性所
引起的。因此，选用 KH －792 与 A －151 质量配比为 4∶1。
2． 2 存放时间对处理液性能的影响
研究表明，处理液中硅羟基的缩聚是一个不可避免的过
程
［5 －7］ ，但随着储存时间的延长，处理液性能下降呈现什么
趋势，并未有人进行详细的描述。本研究通过对涂层耐盐雾
性能进行测试，考察了按前述配比所制备的处理液在不同时
间所形成的硅烷膜耐腐蚀性能的变化，结果见图 1。
图1
存放时间对涂层耐盐雾性能的影响
Fig．1 Influence of storage time on salt spray resistance of coatings
处理液存放随着处理液储存时间的延长，涂层的耐盐雾
腐蚀性能迅速下降。第 30 天时，涂层耐盐雾腐蚀的时间已
由最初的 400 多 h 下降至约 180 h，说明此时间段内缩聚过
程占优势，硅羟基的数量在急剧减少。一直到 60 d 后，涂层
的耐盐雾时间才逐渐趋于稳定，说明此时硅羟基的水解和缩
聚达到了一种平衡状态，但涂层的耐盐雾时间只有 80 h，性
能已无法满足工业应用的要求。
2． 3 交联剂硝酸铈对硅烷膜性能的影响
a: 新处理液制备的试样; b: 60 天后处理液制备的试样
图 2 交联剂硝酸铈用量对涂层耐盐雾性能的影响
Fig． 2 Effects of the amount of crosslinking agent Ce( NO 3 )
3
on salt spray resistance of coatings
而稀土盐硝酸铈对硅烷膜的耐腐蚀性能也有一定程度
的影响，本研究通过对涂层进行耐盐雾性能的测试，考察了
其用量对硅烷膜防护性能的影响，结果见图 2。
由图 2( a) 可以看出，新制备处理液所形成的硅烷膜耐
腐蚀性能较好，涂层耐盐雾时间达 400 h，交联剂硝酸铈的加
入对其耐腐蚀性能的提高并不明显。对于图 2( b) 中储存两
· 3 2 · 高 岩: 新型硅烷复合物在冷轧钢板表面处理中的应用研究
山 东 化 工
个月后的处理液，不添加交联剂硝酸铈的情况下，涂层的耐
盐雾时间下降至约 100h，但随着交联剂硝酸铈用量的增加，
涂层的耐腐蚀性能逐渐得到了提高。说明交联剂硝酸铈加
入后能在硅羟基之间起到较为明显的交联作用，提高了硅烷
膜的防护性能，用量达到 0． 4% 后，涂层耐腐蚀时间已接近
30 h。但随着其用量的进一步增加，涂层的防护性能不再有
明显的变化。
2． 4 硅烷膜形貌
使用存放两个月的硅烷处理液对钢板进行表面处理，并
与添加 0． 4% 硝酸铈的处理液制备的样板进行对比，其宏观
及微观形貌见图 3 和图 4。
( a) 不含硝酸铈硅烷膜; ( b) 含 0． 4%硝酸铈硅烷膜
图 3 硅烷膜外观照片
Fig． 3 Appearance of silane film
( a) 不含硝酸铈; ( b) 含 0． 4%硝酸铈
图 4 硅烷膜的 SEM 图像
Fig． 4 Surface morphology of the silane film by SEM
图 3 为拍摄的硅烷膜外观照片，从照片可以看到硅烷膜
为均匀的透明薄膜，且硝酸铈的加入对硅烷膜的外观无明显
影响。
图 4 显示的是不含硝酸铈和含 0． 4%硝酸铈的硅烷膜的
微观形貌。从图 4( a) 可以看出，硅烷处理液存放两个月后，
在不添加硝酸铈的情况下，样板表面形成的硅烷膜磨痕清晰
可见，且不平整，表面有很多孔洞和裂纹，腐蚀性气体和液体
很容易透过而渗透至碳钢表面，对碳钢表面造成持续的腐蚀
和损坏，导致后续涂层耐盐雾性能急剧下降。从图 4( b) 可
以看出，在相同的处理液中添加 0． 4%的硝酸铈后，所形成的
硅烷膜表面除有少量不明显磨痕外，整体比较均匀、平整，且
致密性良好，可大大减缓腐蚀性气体或液体的渗透速率，大
大改善硅烷膜及后续涂层的耐腐蚀性能。
3 结论
偶联剂的配比对处理液的稳定性和硅烷膜的性能有较
大影响。当 KH －792 与 A －151 质量配比为 4∶1 时，处理液
的储存稳定性较好，且能形成性能优良的硅烷膜。
新配制的处理液性能良好，复合涂层耐盐雾时间可 400
h。但随着存储时间的延长，处理液性能下降明显，此时若在
处理液中添加其质量分数 0． 4% 的稀土盐硝酸铈，即可在很
大程度上提高硅烷膜的致密性，改善硅烷膜及后续涂层的耐
腐蚀性能，使之接近新配制处理液的性能，达到工业化应用
要求。
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( 本文文献格式: 高 岩． 新型硅烷复合物在冷轧钢板表面处
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