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【摘 要】金属表面预处理质量的好坏在一定程度上决定了金属防护涂层的寿命。本文主要介绍了传统金属表面预处理技术的不足及新型表面预处理技术的发展趋势。
【关键词】金属；预处理；腐蚀；防护
1. 金属腐蚀与防护
日常生活中，金属的用量是相当大的，特别是碳钢材料的使用，大约占金属总用量的90%以上，随着交通技术以及化工行业的快速发展，金属的使用将更加广泛，但是在使用金属的同时也一直有一个问题困扰着我们，就是金属在使用过程中极易被腐烛，特别是碳钢[1-3]。金属腐蚀的现象十分普遍，腐蚀造成的危害极大，可能会造成产品污染、设备破坏、管道泄漏，酿成燃烧或爆炸等事故，不仅造成巨大的紧急损失，而且给人类赖以生存的环境造成严重的污染以及资源和能源的浪费，这些腐烛问题一旦得不到解决将对我们的生活构成极其严重的威胁。
进入二十世纪，各种涂层方法、电化学保护、添加缓蚀剂法都得到了迅速的发展，已经形成了一门较为完善的金属保护学。总体的说，金属防腐蚀的方法很多，其中在金属表面覆盖保护层，把被保护的金属与腐蚀介质隔开，是防止金属腐蚀最为有效且简单的方法，在工业上被广泛使用。
2. 金属表面预处理
在金属表面涂覆保护层是经济有效且应用广泛的一种保护方法。由于金属基材与有机涂料属于两种完全不同种类的物质，两者之间的粘结性能往往较为薄弱，而涂层对基底附着性能的强弱是涂层维持其防腐效果的关键，金属基材表面单独进行有机涂层的附着，往往会因为附着性能较弱，涂层与金属之间存有一定孔隙，对腐蚀介质的阻当作用会大大削减，严重时甚至发生涂层脱落或剖离。因此，工业上常常会在有机层涂覆之前，对金属表面进行预处理，实验与工业应用结果均表面对底材良好的预处理是获得优异的涂漆系统品质的必要条件，金属表面预处理质量的好坏在一定程度上决定了涂层的寿命[3.4]。
通常金属表面预处理工序为：①基材表面的平整（采用磨光、滚光、抛光等形式）；② 基材表面的清洁（包括除油、除锈两个过程）；③基材表面调整（中和，表调）；④磷化；⑤钝化。通过对金属表面进行适当的处理可以提高基材表面的平整度，清除基体表面的污染物、疏松锈层，同时可以改善涂料与基体之间的润湿性能，提高基体表面粗糙度，增强基底与外涂层的附着力。
在这些工艺流程中，一般可采用合理的抛光方法、选用合适的除油剂、除锈剂及表调试剂，使金属基材表面达到最适宜涂覆有机层的条件。但是其中最重要的预处理环节，是对金属进行磷化、铬钝化的过程，磷化、钝化结果的好坏，在表面处理中占有种要意义。
2.1 传统的金属表面预处理技术及其不足
1. 磷化
金属表面清洁之后在含有磷酸盐的溶液中进行处理，形成不溶性磷酸盐化学转化膜，这一工艺过程称之为磷化。磷酸盐转化膜可应用于铁、铝、锌、隔及其合金中，是金属及钢材材料应用最广的表面预处理技术。磷化处理不仅具有能够增强金属的耐蚀性，提高基材与涂层间或其他有机涂覆层间的附着力，还可以改善材料的冷加工性能、表面摩擦性能等优点。磷化预处理时往往会进行铬酸盐封闭后处理，在金属表面生成一层致密的铬酸盐钝化薄膜，可以进一步提高涂料的附着力和防腐性能。由于磷化处理生成的磷化膜与基体结合牢固，且具有微孔结构，吸附性能良好，所以可大大提高涂装质量。另外，磷化膜还有良好的润滑性、绝缘性和耐蚀性，因而广泛应用于汽车、轮胎、机械制造、航空航天和家用电器等产品的制造领域。采用合适的磷化工艺，可将涂层与基材间的结合能力和防护能力提高2-4倍。
2. 铬钝化
铬酸盐钝化（简称铬钝化），是指金属基材同含有铬酸盐的钝化液作用，在其表面生成一层难溶于水的保护膜的方法。钝化膜层具有交联网状结构，不仅能够与基体金属形成牢固的结合作用，而且能够在很大程度上增强有机涂层在预处理金属表面的粘结性能和抗腐蚀能力。通过铬酸盐进行腐蚀控制存在两个主要应用。第一个是采用铬酸盐进行金属铁，铝，锌，铜和镁的合金的转换密封预处理；第二个应用是铬酸盐作为许多底漆和一般涂料配方的可抑制颜料。
铬酸盐钝化膜的作用与磷酸盐相似[3.4]，因其特殊的化学和电化学性能，被广泛的应用于金属基材的防腐。相比较来讲，铬酸盐膜要比磷酸盐膜的防护性能要好，且成本要低。铬酸盐处理中常用含Cr6+的铬酸或铬酸盐溶液，当Cr6+与金属接触时，在金属表面形成了钝化膜，该膜层能够阻挡大多数腐蚀介质的浸蚀，重要的是，当氧化膜有擦伤或破损时，铬元素能够从颜料中融出而修复破损的位置，即具有自修复破损膜层的功能。但铬酸盐具有很强的毒性，且极易引起人和动物组织的癌变。随着人们对环保问题的重视，各国不断加强环境监察标准，使得铬酸盐钝化工艺的应用受到越来越大的限制，当前研究者们力求开发更为环境友好的转化膜替代六价铬的使用。
2.2 新型表面预处理技术的发展
由于磷酸盐转化、铬酸盐钝化技术的应用受限，新型表面预处理技术获得了迅速的发展，就磷化替代技术方面，现代磷化技术研究主要围绕着提高磷化质量、减少环境污染和能源消耗等方面展开，其中无磷脱脂技术在减少环境污染方面取得了一定的进展。但是总体而言，这些技术都无法与传统磷化技术的低成本高性能相媲美。目前商业应用还是以含有具有毒性的亞硝酸盐的磷化促进剂[5，6]。
目前开发的无铬钝化工艺主要是钼酸盐、稀土盐、钼酸盐、硅酸盐和有机物及有机金属化合物这几类。其中，采用毒性较低的三价铬离子代替毒性非常高的六价铬，取得了一定的成果，但相比较铬酸钝化，三价铬钝化仍存在膜较薄、需要封闭后处理，以及膜没有自修复性能，耐蚀性差等不足。总体而言，目前的无铬钝化技术仍无法达到传统的铬酸钝化技术那样优异的性能，且工艺成本高，只在某些特殊的领域开始应用。硅烷偶联化处理是目前技术发展较成熟的可取代磷化的前处理技术，硅烷偶联化处理与传统磷化相比具有许多突出的有点：无镍、锌、锰等有害中金属离子，不含磷，无需加温；硅烷处理过程无渣，处理时间短，控制简便；处理步骤少，可省去表调及钝化工序，槽液使用寿命长，维护简单；有效提高面漆对基材的附着力，可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。
3. 总结与展望
随着研究的不断深入和人们环保意识的逐步提高，使用无铬表面处理技术已势在必行。然而新型表面预处理试剂的预处理效果还有待进一步加强。主要是预处理试剂种类繁多，物理和化学性质差异较大，要取代传统表面预处理技术需对针对金属底材及表面涂膜的工艺进行深入研究。
参考文献
[1] 李学爱，王文彪. 浅谈金属腐蚀危害与防护[J]. 化工管理. 2013（6）
[2] 葛红， 汪洋，周国定，李新学. 普及金属腐蚀与防护知识重要性的研究[J]. 上海电力学院学报. 2007（23）：67-65
[3] 孙启强. 金属表面预处理研究[J]. 现代涂装， 2014 （12）：64-67.
[4] 丁长春，赵家风. 金属表面前处理工艺[J]. 化工环保. 1997（17）：110-113.
[5] 张金涛，胡吉明，张鉴清，曹楚南. 金属涂装预处理新技术与涂层性能研究方法进展[J]. 表面技术. 2005（34）：1-16.
[6] 张颖怀，许立宁，路民旭等. 表面磷化和硅烷处理对有机涂层/金属体系耐蚀性能的影响[J]. 矿冶技术，2007（7）1671-1819.
【关键词】金属；预处理；腐蚀；防护
1. 金属腐蚀与防护
日常生活中，金属的用量是相当大的，特别是碳钢材料的使用，大约占金属总用量的90%以上，随着交通技术以及化工行业的快速发展，金属的使用将更加广泛，但是在使用金属的同时也一直有一个问题困扰着我们，就是金属在使用过程中极易被腐烛，特别是碳钢[1-3]。金属腐蚀的现象十分普遍，腐蚀造成的危害极大，可能会造成产品污染、设备破坏、管道泄漏，酿成燃烧或爆炸等事故，不仅造成巨大的紧急损失，而且给人类赖以生存的环境造成严重的污染以及资源和能源的浪费，这些腐烛问题一旦得不到解决将对我们的生活构成极其严重的威胁。
进入二十世纪，各种涂层方法、电化学保护、添加缓蚀剂法都得到了迅速的发展，已经形成了一门较为完善的金属保护学。总体的说，金属防腐蚀的方法很多，其中在金属表面覆盖保护层，把被保护的金属与腐蚀介质隔开，是防止金属腐蚀最为有效且简单的方法，在工业上被广泛使用。
2. 金属表面预处理
在金属表面涂覆保护层是经济有效且应用广泛的一种保护方法。由于金属基材与有机涂料属于两种完全不同种类的物质，两者之间的粘结性能往往较为薄弱，而涂层对基底附着性能的强弱是涂层维持其防腐效果的关键，金属基材表面单独进行有机涂层的附着，往往会因为附着性能较弱，涂层与金属之间存有一定孔隙，对腐蚀介质的阻当作用会大大削减，严重时甚至发生涂层脱落或剖离。因此，工业上常常会在有机层涂覆之前，对金属表面进行预处理，实验与工业应用结果均表面对底材良好的预处理是获得优异的涂漆系统品质的必要条件，金属表面预处理质量的好坏在一定程度上决定了涂层的寿命[3.4]。
通常金属表面预处理工序为：①基材表面的平整（采用磨光、滚光、抛光等形式）；② 基材表面的清洁（包括除油、除锈两个过程）；③基材表面调整（中和，表调）；④磷化；⑤钝化。通过对金属表面进行适当的处理可以提高基材表面的平整度，清除基体表面的污染物、疏松锈层，同时可以改善涂料与基体之间的润湿性能，提高基体表面粗糙度，增强基底与外涂层的附着力。
在这些工艺流程中，一般可采用合理的抛光方法、选用合适的除油剂、除锈剂及表调试剂，使金属基材表面达到最适宜涂覆有机层的条件。但是其中最重要的预处理环节，是对金属进行磷化、铬钝化的过程，磷化、钝化结果的好坏，在表面处理中占有种要意义。
2.1 传统的金属表面预处理技术及其不足
1. 磷化
金属表面清洁之后在含有磷酸盐的溶液中进行处理，形成不溶性磷酸盐化学转化膜，这一工艺过程称之为磷化。磷酸盐转化膜可应用于铁、铝、锌、隔及其合金中，是金属及钢材材料应用最广的表面预处理技术。磷化处理不仅具有能够增强金属的耐蚀性，提高基材与涂层间或其他有机涂覆层间的附着力，还可以改善材料的冷加工性能、表面摩擦性能等优点。磷化预处理时往往会进行铬酸盐封闭后处理，在金属表面生成一层致密的铬酸盐钝化薄膜，可以进一步提高涂料的附着力和防腐性能。由于磷化处理生成的磷化膜与基体结合牢固，且具有微孔结构，吸附性能良好，所以可大大提高涂装质量。另外，磷化膜还有良好的润滑性、绝缘性和耐蚀性，因而广泛应用于汽车、轮胎、机械制造、航空航天和家用电器等产品的制造领域。采用合适的磷化工艺，可将涂层与基材间的结合能力和防护能力提高2-4倍。
2. 铬钝化
铬酸盐钝化（简称铬钝化），是指金属基材同含有铬酸盐的钝化液作用，在其表面生成一层难溶于水的保护膜的方法。钝化膜层具有交联网状结构，不仅能够与基体金属形成牢固的结合作用，而且能够在很大程度上增强有机涂层在预处理金属表面的粘结性能和抗腐蚀能力。通过铬酸盐进行腐蚀控制存在两个主要应用。第一个是采用铬酸盐进行金属铁，铝，锌，铜和镁的合金的转换密封预处理；第二个应用是铬酸盐作为许多底漆和一般涂料配方的可抑制颜料。
铬酸盐钝化膜的作用与磷酸盐相似[3.4]，因其特殊的化学和电化学性能，被广泛的应用于金属基材的防腐。相比较来讲，铬酸盐膜要比磷酸盐膜的防护性能要好，且成本要低。铬酸盐处理中常用含Cr6+的铬酸或铬酸盐溶液，当Cr6+与金属接触时，在金属表面形成了钝化膜，该膜层能够阻挡大多数腐蚀介质的浸蚀，重要的是，当氧化膜有擦伤或破损时，铬元素能够从颜料中融出而修复破损的位置，即具有自修复破损膜层的功能。但铬酸盐具有很强的毒性，且极易引起人和动物组织的癌变。随着人们对环保问题的重视，各国不断加强环境监察标准，使得铬酸盐钝化工艺的应用受到越来越大的限制，当前研究者们力求开发更为环境友好的转化膜替代六价铬的使用。
2.2 新型表面预处理技术的发展
由于磷酸盐转化、铬酸盐钝化技术的应用受限，新型表面预处理技术获得了迅速的发展，就磷化替代技术方面，现代磷化技术研究主要围绕着提高磷化质量、减少环境污染和能源消耗等方面展开，其中无磷脱脂技术在减少环境污染方面取得了一定的进展。但是总体而言，这些技术都无法与传统磷化技术的低成本高性能相媲美。目前商业应用还是以含有具有毒性的亞硝酸盐的磷化促进剂[5，6]。
目前开发的无铬钝化工艺主要是钼酸盐、稀土盐、钼酸盐、硅酸盐和有机物及有机金属化合物这几类。其中，采用毒性较低的三价铬离子代替毒性非常高的六价铬，取得了一定的成果，但相比较铬酸钝化，三价铬钝化仍存在膜较薄、需要封闭后处理，以及膜没有自修复性能，耐蚀性差等不足。总体而言，目前的无铬钝化技术仍无法达到传统的铬酸钝化技术那样优异的性能，且工艺成本高，只在某些特殊的领域开始应用。硅烷偶联化处理是目前技术发展较成熟的可取代磷化的前处理技术，硅烷偶联化处理与传统磷化相比具有许多突出的有点：无镍、锌、锰等有害中金属离子，不含磷，无需加温；硅烷处理过程无渣，处理时间短，控制简便；处理步骤少，可省去表调及钝化工序，槽液使用寿命长，维护简单；有效提高面漆对基材的附着力，可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。
3. 总结与展望
随着研究的不断深入和人们环保意识的逐步提高，使用无铬表面处理技术已势在必行。然而新型表面预处理试剂的预处理效果还有待进一步加强。主要是预处理试剂种类繁多，物理和化学性质差异较大，要取代传统表面预处理技术需对针对金属底材及表面涂膜的工艺进行深入研究。
参考文献
[1] 李学爱，王文彪. 浅谈金属腐蚀危害与防护[J]. 化工管理. 2013（6）
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[6] 张颖怀，许立宁，路民旭等. 表面磷化和硅烷处理对有机涂层/金属体系耐蚀性能的影响[J]. 矿冶技术，2007（7）1671-1819.