摘 要

全球因为金属腐蚀而造成的损失非常大，如何有效的防止金属的腐蚀一直是研究热点之一。经过100多年的发展，传统工艺的铬酸盐表面处理和磷化表面处理虽然解决了金属腐蚀这一问题，工艺也已经非常成熟，但是因此造成的环境污染一直没有比较好的解决方案，随着绿色化工、环保理念的深入人心，以及近两年“环境风暴”力度增大，三废处理成本的增加，新型的绿色环保工艺研究成为热点。硅烷因为其独特的化学结构进入人们研究的视线中，因为其环保、无污染、操作工艺简便，且防护性能优异的特性，被认为是取代磷化等传统表面处理工艺的最佳替代品。本文采用氨基硅烷和环氧硅烷复合后经过氟锆酸杂化得到氟锆酸杂化硅烷膜，通过一系列实验得出其最佳配方和处理工艺条件。

本文以环氧硅烷、氨基硅烷、氟锆酸为原料，制备了氟锆酸杂化硅烷膜。采用红外光谱、扫描电镜、电化学分析、电导率仪分析以及盐水浸泡试验和硫酸铜点滴试验对杂化硅烷膜的结构和性能进行了研究。结果标明：当环氧硅烷:氨基硅烷:氟锆酸=10:5:2，在pH为4.5、水解9h制得的Q235碳钢上的硅烷膜防腐蚀效果最好。同时探讨了氧化石墨烯的添加对硅烷膜性能的影响。

关键词：硅烷化；氨基硅烷；环氧硅烷；氟锆酸；氧化石墨烯

Abstract

The global losses caused by metal corrosion are very large. How to effectively prevent metal corrosion has been one of the hot spots in the world. After more than 100 years of development, the traditional chromate surface treatment and phosphating surface treatment have solved the problem of metal corrosion and the process has been very mature. However, the resulting environmental pollution has not been a good solution. The deepening of the concept of green chemistry and environmental protection, as well as the increase in “environmental storms” in the past two years and the increase in the cost of disposal of wastes, the new research on green environmental protection technology has become a hot topic. Because of its unique chemical structure, silane enters the line of sight for people to study. Because of its environmental-friendly, non-polluting operating process and its excellent protection properties, it is considered to be the best alternative to conventional surface treatment processes such as phosphating. In this paper, aminosilane and epoxy silane were used to compound fluorozirconic acid hybrid fluorozirconic silane film, through a series of experiments to determine the best formula and processing conditions.

In this paper, silanes with fluorozirconic acid were prepared with epoxy silane, aminosilane, and fluorozirconic acid as raw materials. The FTIR spectra, scanning electron microscopy, electrochemical analysis, conductivity analyzer analysis, brine immersion test, and copper sulphate drop test were used. The structure and properties of hybrid silane films were studied. The results indicate that when the epoxy silane: aminosilane: fluozirconic acid = 10:5:2, the corrosion resistance of the silane film on the Q235 carbon steel prepared at a pH of 4.5 and hydrolysis for 9 hours is the best. The influence of the addition of graphene on the properties of Silane film was also studied.

Key words: Silylation; Aminosilane; Epoxy silane; Fluozirconic acid; Graphene oxide

目 录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2金属表面处理的发展 1

1.2.1铬酸盐钝化处理 1

1.2.2磷化处理 2

1.2.3锆盐前处理 2

1.2.4硅烷化处理 2

1.3硅烷膜的制备方法 4

1.3.1浸渍法 4

1.3.2 旋涂法 4

1.3.3浸渍提拉法 4

1.3.4电泳法 4

1.4研究背景 5

1.5研究内容以及现阶段研究进展 5

第二章 实验部分 7

2.1实验试剂及实验仪器设备 7

2.1.1实验试剂以及其他材料 7

2.1.2实验仪器设备 8

2.2硅烷表面处理剂溶液的制备和金属基材的处理 8

2.2.1硅烷溶液的制备 8

2.2.2碱洗溶液的制备 9

2.2.3金属基材的前处理 9

2.2.4硅烷膜的制备 9

2.3表征方法和仪器 9

2.3.1结构表征（SEM） 9

2.3.2傅氏转换红外线光谱分析仪（FT-IR） 9

2.3.3电导率仪 9

2.3.4电化学分析仪 10

2.3.5盐水浸泡试验 10

2.3.6硫酸铜点滴试验 10

第三章 结果与表征 11

3.1引言 11

3.2工艺的结果与表征 11

3.2.1硅烷水解时间的影响 11

3.2.2 pH值对硅烷溶液防腐蚀性能的影响 12

3.3配方组成的结果与表征 13

3.3.1 KH550浓度对硅烷溶液防腐蚀性能的影响 13

3.3.2 KH560浓度对硅烷溶液防腐蚀性能的影响 15

3.3.3 氟锆酸浓度对硅烷溶液防腐蚀性能的影响 15

3.4浸泡时间对硅烷水解溶液成膜的影响 16

3.5最佳配方复合硅烷溶液的对比结果 17

3.5.1电化学结果的对比 17

3.5.2盐水浸泡试验对比 19

3.5.3硫酸铜点滴试验对比 19

3.5.4硅烷膜表面的SEM表征 19

3.6硅烷膜的其他基本性质 20

3.7氧化石墨烯的加入对硅烷膜的影响 20

3.8本章小结 21

第四章 小结 22

参考文献 23

致谢 24

第一章 绪论

1.1引言

金属的腐蚀是指金属表面发生化学反应或者电化学反应而遭受损坏锈蚀的现象，化学腐蚀是金属直接接触物质反应而引起的氧化还原反应，电化学腐蚀是不纯的金属或者合金类的金属与电解质溶液接触行成原电池体系而发生电化学反应，其中活泼的金属会被氧化腐蚀^[1]。据统计，2016年全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约7000亿-10000亿美元，世界上所有材料每年因为腐蚀损失约1%的重量，带来的经济损失占3%~4%，每年因为腐蚀而报废的金属约占年产量的20%。就我国而言，2014年由于金属腐蚀而造成的直接经济损失为两万亿人民币，金属腐蚀的风险不但体现在经济损失上，它还会带来严重人员的伤亡、环境的污染、资源的浪费，在一定程度上阻挡了新技术的成长，加重了自然资源的消耗。金属腐蚀的防护方式多种多样，重点是金属本质，将保护金属与腐蚀介质进行隔离，或者对金属表面进行处理，改变腐蚀的条件或电化学保护^[2]。

改善金属本身，主要在金属内加入合金元素，提高耐腐蚀性。