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金属表面硅烷处理工艺是新型绿色表面处理工艺,是目前为止最有希望代替磷化和铬化的工艺之一,硅烷钝化工艺具有无污染、工艺简单、成本低等优点。在40Cr合金钢表面进行硅烷钝化处理的研究,目前基本属于空白,且传统硅烷钝化处理工艺防护能力有限,本文探究了40Cr合金钢表面的硅烷钝化处理工艺,并对硅烷膜进行了掺杂改性。本文选取BTESPT硅烷作为硅烷处理液的主剂,以乙醇作为主要溶剂,以冰醋酸和氨水作为pH调节剂,并加入适量的水,促进硅烷水解。针对影响硅烷水解及金属表面成膜的主要因素,进行了单因素试验,并得出了各因素最佳工艺参数范围。在单因素试验所得的最佳范围内,选取不同因素水平,通过两步正交试验法,得到硅烷钝化工艺的最佳工艺。对水解72 h硅烷溶液进行了红外光谱分析,发现化合键Si-O-Si和Si-OH峰增强,证明硅烷液中发生了水解和缩合反应。利用扫描电子显微镜和能谱研究了硅烷膜的表面形貌和成分,发现在金属表面形成了致密光滑硅烷膜。利用XPS分析硅烷膜表面元素组成和形态,证明了在硅烷膜表层可能存在Si-O-Si、C-H、Si-C和C-O化合键以及未水解的-O-C2H5和Si-OH基团。本文通过硫酸铜滴定试验、盐雾失重试验、盐水浸泡试验、酸碱浸泡试验对BTESPT硅烷膜的耐腐性进行了分析比较,发现被BTESPT硅烷膜覆盖的40Cr的耐腐性得到大幅提高,膜层耐腐蚀性甚至可以和锌系磷化膜媲美。通过Tafel曲线和电化学阻抗图谱分析了硅烷膜的电化学性能并对硅烷膜进行了腐蚀耐久性测试,发现经BTESPT硅烷液处理的40Cr试样为阳极控制型腐蚀极化过程,且硅烷膜保护基体以物理防护为主。为了进一步改善硅烷膜的耐腐蚀性能,在硅烷溶液中分别添加了氟锆酸钠和TEOS,制备了两种杂化转化膜,并分别通过单因素试验和正交试验进行了工艺优化。通过扫描电子显微镜分析表明锆盐-硅烷杂化膜表面形成了许多均匀的小颗粒,这些小颗粒填补了硅烷膜表面的微孔隙。通过XPS分析,这些微颗粒是Zr的化合物。由硫酸铜滴定试验及盐雾失重试验发现锆盐-硅烷杂化膜的耐腐蚀性好于硅烷膜及磷化膜。通过对比Tafel曲线,发现掺杂氟锆酸钠的杂化膜不仅使阳极腐蚀反应得到抑制,同时也使阴极腐蚀反应得到抑制,腐蚀电位正移,通过电化学阻抗谱分析,发现硅烷膜掺杂氟锆酸钠后,致密性大幅度增加。最后根据本文试验分析对掺杂氟锆酸钠的杂化膜提出了一种结构模型。扫描电子显微镜分析表明,TEOS-硅烷杂化膜表面凸凹不平,还有少量小颗粒存在于膜层表面,可能是膜层表面及内部存在纳米SiO2的缘故。通过硫酸铜滴定试验及盐雾失重试验发现其耐腐蚀性好于硅烷膜及磷化膜。通过Tafel曲线和电化学阻抗图谱知,添加了TEOS后,硅烷膜的致密性得到大幅度改善。并根据以上分析,提出了该杂化膜的一种结构模型。