第35卷，第2期 2015年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 35, No. 2 -pp453-456 February, 2015
光谱学研究硅烷钒锆复合钝化膜的结构和成膜机理
王雷，刘常升，石
磊“，安成强
1.沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁沈阳110159
2.东北大学材料各向异性与织构工程教育部重点实验室，辽宁沈阳
110004
摘要在热镀锌钢板表面制备了硅烷钒错复合钝化膜，用X射线光电子能谱(XPS)、射颠辉光放电发射光谱(rf-GD-OES)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR)表征了钝化膜的组成结构，分析了硅烷钒结复合钝化膜的成膜机理。结果表明：硅烷之间互联构成了硅烷钒错复合钝化膜的主成膜成分，无机缓蚀剂均匀分布在膜层申。钝化膜表面Si2p的XPS宰幅扫描谱100.7eV处的拟合峰和红外光谱在波数1100
cm-1Si-O吸收峰变宽加强，表明硅烷以Si-
Si—O—Si键相互交联；红外光谱中1650和1560
Zn键的形式化学吸附在锋的表面，硅烷分子之间通过
的两个酰胺特征峰，结合910cm-的环氧特征峰的
消失，表明-GPT的环氧基团在氨基活性氢的诱导下开环和-APT的氨基之间发生聚合反应形成交联的空间网状结构；rf-GD-OES分析发现纯化膜0.3um处存在一层富氧层，纯化反应生成的ZrF，，ZrO和钒盐等无机物均匀分布在钝化膜中。分析膜层组成结构和成膜前后的ATR-FTIR光谱，研究了成膜过程中发生的
物理过程和化学变化，提出了硅烷钒铬复合钝化膜的成膜机理。关键词硅烷钒锆钝化膜；XPS；rf-GD-OES；FTIR；成膜机理
中图分类号：TG174
引言
文献标识码：A
D0I: 10, 3964/j. issn, 10000593(2015)02-0453-04
成结构，通过研成膜前后的红外光谱的变化推断成膜过程中的化学变化，并对成膜过程中发生的物理化学机制进行分析。
硅烷偶联剂能够在金属表面形成连续相有阻挡腐蚀，保
护基体的效果，在机理上具有替代铬酸盐纯化的可能。硅烷膜不具备自修复性能，因此必须漆加无机缓蚀剂制备复合纯化膜。近几年有很多利用硅烷和无机物复合钝化镀锌层的研究，但是研均注重工艺和性能研究而轻机理，未对膜层组成结构和成膜过程中发生的物理和化学机制进行详尽分析[1-7]，研究硅烷和无机缓蚀剂复合成膜机理对于钝化配方的针对性，优选提高效率以及研发新配方具有重要意义
选择两种能够相互交联成膜的丫-氨丙基三乙氧基硅烷(-APT)和Y-缩水甘油醛氧丙基三甲氧基硅烷(-GPT)作为主成膜钩质漆加钒盐和结盐作为无机缓蚀剂在镀锌钢板上制备硅烷钒错复合钝化膜。利用X射线光电子能谱(XPS)全谱扫捕研究钝化膜的成分和含量，XPS牵谱扫描研究元素的价态推断分子结构。射频辉光放电发射光谱（rf-GD-OES)可以对所有的固体和膜层(导电和不导电)进行逐层分析，得到不同深度的元索含量信息)。文中用rf-GD-OES逐层分析硅烷钒错复合钝化膜层深度径向的各元素含量分布，表征膜层组
收稿日期：2013-12-25，修订日期：2014-03-18
基金项目：国家高技术发展计划(863)项目(2009AA03Z529)资助
1
实验部分
1.1
钝化膜制备
热镀锌板处理：制备150mm×75mm的无锌花热镀锌板丙酮清洗后用10%的H，0，没泡10s，去离子水清洗后干燥备用，
钝化液的配制：300min-1搅拌条件下向800mL水中加人APT硅烷25g，用冰乙酸调节溶液pH值到6.0士0.5，加入-GPT硅烷25g搅拌2h，然后搅拌条件下依次加入 3.5g氟锆酸（45%）和2g硫酸氧钒定容至1000mL继续搅拌0.5h，陈化24h无浑浊可以使用，
将处理好的热镀锌板浸人纯化液15s，然后在竖直方向上从钝化液中匀速提出，悬挂在150C的烘箱中保持1min
取出需温室内陈化72h后得到硅烷钒锆复合钝化膜， 1.2
性能测试
X射线光电子能谱(XPS)采用英国产Kratos-Axis光电
作者简介：王雷，1975年生，沈阳理工大学环境与化学工程学院副教损
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