一.前言
金属型材以其优异的耐久性，装饰性和加工成型性的特点，广泛应用于建筑等各个行业。而铝型材因其加工性能佳、质轻等特点，用量占金属型材的80%以上，尤其是粉末涂料涂装的铝型材，与阳极氧化/电泳涂装等处理方法相比较，生产能耗明显降低，涂层的一些机械性能却大幅提高，且色彩丰富，更能满足人们对多样化和个性化的追求。
为获得优良的涂层和型材品质，须在涂装前对铝型材进行必要的表面预处理。铝合金常采用阳极氧化法和化学氧化法进行表面处理，其中化学氧化具有对铝材疲劳性能影响小、工艺简单等优点，常用作铝型材涂装的前处理工艺。目前化学氧化主要是铬酸盐法，众所周知，六价铬是致癌重金属，在欧盟的ROHS指令中对其含量有严格的规定，因此寻找一种能够替代传统的铬化处理的新材料具有积极深远的意义。
二.硅烷处理技术发展和工作原理
杭州五源公司表面工程研究所于2003年开始立项研发“节能环保涂装工程技术”，其中金属表面硅烷处理技术衍生出涂装前处理材料、工艺装备和系列产品，为了加强国际化合作，推动这项新技术的市场化，五源公司2007年开始与美国依科技术公司(ECOSil)进行合作，依科公司创始人威姆教授(Prof. Wim J.van Ooij)是世界上率先提出将硅烷处理技术应用于金属表面处理的，进行该项目研发工作已有20多年，拥有50多项专利，著有350多篇论文。并成功将硅烷技术应用于汽车、金属制品等表面处理行业，解决了金属表面磷化处理和六价铬钝化带来的环境污染等问题，深受用户欢迎。。经多年合作和努力，五源公司开发出的涂装前处理材料硅烷处理产品有：
PSi-1 (钢铁专用)
PSi-2 (有色金属专用)
PSi-3 (阴极电泳专用)
PSi-75（铝型材专用）
五源PSi-75硅烷处理剂的工作液是由纳米陶瓷有机硅烷为主体，高分子材料快速交联剂等助剂复合而成的。在清洁的铝材表面形成一层纳米膜层，与传统的铬化处理相比较，裸模的耐腐蚀性相应要差些，但是转化膜较紧密，在喷涂后，漆膜的总体性能与铬化没有差别。其反应原理如下：
硅烷的基本结构为：R'(CH2)nSi(OR)3。其中-OR是可水解基团，R'是有机官能团。
硅烷在水溶液中的水解平衡反应式可简单表示为：
水解后的硅烷通过其SiOH基团与金属表面的MeOH基团(Me表示铝，铁等金属)形成氢键而快速吸附于金属表面。
一方面硅烷在金属界面上形成Si-O-Me共价键。硅烷与金属之间的结合是非常牢固的；另一方面，剩余的硅烷分子通过SiOH基团之间的缩聚反应形成Si-O-Si键：
从而在金属表面形成具有三维网状结构的硅烷膜，见图1：
图1：金属表面硅烷成膜过程
三. 硅烷技术在铝型材上的应用与性能测试3.1 铝型材硅烷技术应用工艺
我公司研制的硅烷处理剂PSi-75在铝型材应用的工艺流程分别如下：
⑴酸性清洗→水洗→水洗→PSi-75硅烷处理→水洗→水洗→烘干→涂装；
⑵碱性清洗→水洗→水洗→酸出光→水洗→水洗→PSi-75硅烷处理→水洗→水洗→烘干→涂装。
根据铝材表面状态选择不同的清洗方案，一般地，选用酸性清洗工艺可节省生产处理时间。五源公司研发生产的酸脱脂剂，适合喷淋与浸渍两种处理方式，且清洗过程中可达到每分钟1.2g/m2的刻蚀量效果，与我司PSi-75硅烷处理剂配套使用，完全能达到标准流程（即流程2）处理铝材的涂装性能。且PSi-75硅烷处理剂能在铝合金表面形成浅黄灰色透明膜，解决了无铬处理在实际应用中因不改变铝材外观难以辨识这一难题。
3.2 铝型材硅烷技术应用参数及操作条件
* 可用工业自来水直接配槽（电导率<250us/cm）
* 适用于浸渍或喷淋
3.3 性能测试
1）裸膜96小时中性盐雾测试
表1：PSi-75处理铝型材喷涂后性能测试结果
四．应用效益及成本方面分析比较
在表2中，比较了铝材硅烷处理工艺和传统铬化处理的使用情况。
表2：硅烷与铬化使用比较
综合各项生产应用工艺实际情况，应用五源硅烷处理工艺，其技术优势有：
1)硅烷工艺处理可用于多种金属共线前处理，如：铝及铝合金、镁及镁合金、镀锌件及铁件；
2)适用于喷淋及浸渍工艺；
3)硅烷处理槽液监控简单，使用便捷；
4)硅烷处理铝件表面呈黄灰色，肉眼即可辨识；
5)硅烷膜耐水洗，硅烷处理后可水洗，涂装质量更有保障；
6)原有铬化线可直接切换，无需增加纯水设备；
7)硅烷处理材料不含重金属等有害物质，甚至可达标直排，是绿色环保型产品。
铝材硅烷处理工艺与铬化工艺比较，硅烷处理工艺操作简单，且在保证涂装质量的前提下，无铬处理技术的综合成本与铬化工艺相当，重要的是，在污水处理上解决了铝工业固体废弃物减量化和无害化的根本问题，杜绝了有毒铬化物对环境的危害，彻底消除了原六价铬钝化工艺对周边群众身体健康的威胁，带动了行业的技术进步，推动了行业实现清洁化生产，对产业的带动和提升作用具有重要的战略意义。
四. 结论
本文介绍了易辨识耐水洗硅烷膜处理铝型材的作用原理，绿色环保的硅烷处理技术可在铝表面形成一层厚度为纳米级转化膜，与有机涂层匹配，可作为替代传统的六价铬或三价铬钝化处理工艺。通过铝型材试验，结果表明：硅烷处理技术具有节能环保、反应时间快、涂漆附着力、耐蚀性、机械性能优越的特点。该工艺适用于现有的铬化生产线及设备，铝材表面经处理形成一层有色易辨识的有机硅烷膜层，各项性能指标完全达到技术要求，可作为替代现有铬钝化工艺。并且该硅烷产品可以用自来水稀释使用，硅烷膜可用自来水漂洗，处理质量更稳定可靠，应用在铝型材的涂装前处理生产中，是一项节能、环保的铝材前处理技术。
由于环境保护的需要，替代剧毒的六价铬处理已是不可动摇的技术方向。近十年来，无铬化学转化取代铬化取得飞速发展，在实践中，钛锆为基的无铬体系逐渐得到工业的推广运用，但是钛锆系无铬处理剂不仅处理工件表面无色且需要增加纯水设备，给工业化生产带来一系列困难。PSi-75型硅烷处理剂可用于自来水体系，且硅烷耐水洗，处理后经水洗可避免槽液过早老化，并且在表面形成有色易辩识的纳米级膜层，可以更好的满足生产线使用工艺的需求。随着硅烷技术的不断更新，硅烷产品能更好地符合市场的实际需要，也将给传统的铬化表面处理技术带来重大变革，创造更大的社会和经济效益。
