镀锌板

硅烷预处理对电解板粘接性能的影响

电解板又被称为电镀锌板、预处理对粘接性能的影响是提高粘接能力的重要方法，包括机械处理、化学处理等，此外还有空气等离子[1]处理。使用基于硅烷偶联剂的环保涂料可以作为改善粘合剂接头的粘合性能的一种选择[2]。硅烷在水解过程中，烷氧基水解为硅烷醇基，硅烷醇基可以与金属表面存在的羟基反应，形成SiO-金属共价键。使用硅烷作为粘合促进剂的成功与硅烷-金属表面和硅烷-粘合剂界面的强度有关，这分别取决于硅烷与表面以及硅烷和粘合剂之间的键数。西班牙的研究人员将硅烷用于电镀锌钢板表面，观察不同工艺参数对硅烷膜性质的影响。

电镀锌板表面去除油污后漂洗干净，然后用硅烷溶液进行预处理。硅烷溶液采用由ABCR GmbH＆Co（德国）提供的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）用去离子水制备溶液。用0.1M乙酸将溶液的pH调节至4和6。由于会发生高缩合速率，因此未选择碱性pH值，这会导致表面上硅烷厚度的增加和粘合性能不足。 在恒定搅拌条件下，对于两个pH值，均以1％v / v的硅烷制备硅烷水溶液。钢板在硅烷溶液种浸泡10分钟，然后再放到110℃烘干炉中烘干60分钟。

采用Loctite 638（西班牙汉高技术和粘合剂）评价粘接性能，这是一种单组分聚氨酯-甲基丙烯酸酯厌氧胶，可防止因冲击和振动而松动和泄漏。粘合剂在室温下固化48小时。使用通用测试机（西班牙的Microtest）以0.5 mm / min的加载速率测试样品。每种硅烷表面处理均测试了五个样片。同时还测试了没有处理的电镀锌样品和常规铬酸处理的电镀锌样品。

采用FTIR-ATR研究了硅烷水溶液。在pH为4和6的MPS水溶液中，1078 cm^-1处的谱带面积连续减小是由于发生了水解，对于pH 4的溶液，其下降比pH 6的溶液更快更显著，pH为4的溶液在短时间内（约30分钟）显示出水解的初始迹象。

进一步研究了电镀锌板表面的硅烷膜。对于两个pH值的溶液，都观察到MPS的特征带。红外光谱显示在1710、1638和1320–1296 cm^-1处的强烈谱带，分别与C=O、C=C和C-O-C的吸收有关。1130–1000 cm^-1处的区域对应于缩合物质（硅氧烷基团，SiOSi）。烷氧基（SiOC）的主要吸收带出现在同一区域（约1080 cm^-1）。不同pH值样品的光谱之间的主要区别是，在pH 6处比在pH 4处发现了更强的谱带。这种交联可能会对与电镀锌钢的充分粘结产生重要影响。 这可以通过位于700–600 cm^-1的Si–O–Zn键的谱图来表征，该区域在用pH 4溶液制造的涂层样品中更为强烈。

测量了不同表面的接触角（对于水和二碘甲烷，分别由于其极强的极性和分散作用而选择）和表面能。水和二碘甲烷在电镀锌板表面形成的接触角约为72°和60°，计算的表面能值为21 mN/m。对于经过硅烷处理的表面，在pH为4的溶液中处理的样品具有最高的接触角，这表明表面更具疏水性。与未处理表面的结果相比，那些pH 6溶液中处理的材料与水的接触角值相似，而二碘甲烷的值更低。 电镀锌表面上硅烷的存在会增加未处理表面的表面能值。 对于硅烷处理过的表面，表面能值在30至40 mN/m之间变化，对于未经处理的表面，其表面能值约为20 mN / m。未处理表面的表面能成分中主要为极性行为（σ_P的贡献为70.8％，σ_D的贡献为29.2％）。 硅烷处理过的表面表现主要表现为色散行为。对于两个pH值，随着硅烷溶液的水解时间增加，色散比例增加。

剪切测试发现，在pH为4的溶液中处理样品具有最高强度，明显高于电镀锌板以及钝化处理板，但是在pH为6溶液中处理的样品则没有这个效果。水解时间延长后，增强的效果下降。在pH=4时，接头的失效模式是内聚的。 但是，pH为6的接头显示出大量界面破坏模式。在pH值为6时，溶液中的硅氧烷基团（SiOSi）的数量比硅烷醇基团（SiOH）的数量略多，因此，由于SiOH的含量低，因此预期的界面硅金属基材较弱。

[1]  J. Duchoslav, M. Kehrer, T. Truglas, H. Groiß, M. Nadlinger, L. Hader-Kregl, C.K. Riener, M. Arndt, K.H. Stellnberger, G. Luckeneder, G. Angeli, T. Stehrer, D. Stifter, The effect of plasma treatment on the surface chemistry and structure of ZnMgAl coatings, Applied Surface Science. 504 (2020) 144457. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144457.

[2]  W.J. van Ooij, D. Zhu, M. Stacy, A. Seth, T. Mugada, J. Gandhi, P. Puomi, Corrosion Protection Properties of Organofunctional Silanes—An Overview, Tsinghua Science & Technology. 10 (2005) 639–664. https://doi.org/10.1016/S1007-0214(05)70134-6.

[3]  M. Pantoja, J. Abenojar, M.A. Martínez, F. Velasco, Silane pretreatment of electrogalvanized steels: Effect on adhesive properties, International Journal of Adhesion and Adhesives. 65 (2016) 54–62. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2015.11.006.