CN100455644C - 镀锌钢板表面润滑处理剂及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢板表面润滑处理剂及其处理方法，特别涉及一种镀锌钢板表面润滑处理剂及其处理方法。主要是解决镀锌钢板在冲压过程中易产生模具粘锌、镀层粉化、镀锌层成形性差导致钢板冲压开裂、影响冲压件的表面质量的技术问题。一种镀锌钢板表面润滑处理剂，表面润滑处理剂的化学组成主要由下列阳离子与阴离子组成：阳离子为选自下列离子中的一种或多种：Co、Ni、Fe、Mo、Mn、K、Na、Mg、Ca，阳离子含量总和为0.1～25g/L；阴离子为选自下列离子中的一种或多种：SO4 2-、MoO4 2-、PO4 3-、MnO4 -、F-，阴离子含量总和为1～100g/L。处理过程包括：a，表面润滑处理剂溶液温度控制在5～35℃常温下；b，钢板完成镀锌或完成热镀锌合金化，并冷却至常温下后，采用喷林或浸渍方法将表面润滑处理剂溶液均匀地分布于钢板镀层表面，然后采用挤干辊挤干，并用热风或冷风吹干。本发明主要用于镀锌钢板表面润滑。
Description
技术领域：
本发明涉及一种钢板表面润滑处理剂及其处理方法，特别涉及一种镀锌钢板表面润滑处理剂及其处理方法。
背景技术：
镀锌钢板(热镀锌钢板、电镀锌钢板及合金化热镀锌钢板)具有优越的耐腐蚀性能与表面质量，以及良好的焊接性与涂装性，广泛应用于各类汽车车体板。汽车，特别是轿车外板，对其用材要求很高，要求其具有高的表面质量、高的耐腐蚀性能、很好的成形性能。然而镀锌纯锌钢板(无论是电镀锌钢板还是热镀锌钢板)的镀锌层较软，成形性能差，在冲压成形时与模具之间的摩擦力大，影响钢板的成形性，甚至会导致冲压时钢板开裂；同时在冲压成形时，容易产生模具粘锌现象，影响冲压件表面质量。对于合金化热镀锌钢板，当合金层铁含量低时，在冲压加工成形时，其与模具之间的摩擦力亦很大，钢板冲压成形性亦差，甚至亦会发生钢板冲压开裂。而提高合金层的铁含量，镀层的表面硬度得以提高，钢板冲压成形性提高，但同时又容易产生合金层的粉化脱落。
为解决上述的镀锌层软引起的冲压成形性差、模具粘锌，以及粉化脱落问题，在日本专利特开平1-319661号公报中，提出了在热镀锌或合金化热镀锌层上再电镀一层硬质的铁系合金层。这一技术虽然可以较好地解决上述问题，但是该办法需在热镀锌或热镀锌合金化后作进一步的电镀处理，不仅工序复杂，而且生产成本也高。
在中国专利CN01807998.9“合金化热镀锌钢板及其制造方法”中，提供了一种可以获得良好冲压成形性和耐粉化性的合金化热镀锌钢板的生产技术。该技术采用使镀锌层和高温水蒸气接触，或在氧浓度20％以上的氛围中加热，或在含象过氧化氢、硝酸的氧化剂溶液中氧化等方法在经过调质轧制的镀层表面上形成一定量的锌氧化物层，从而改善合金化热镀锌钢板的冲压成形性和耐粉化性。按照该技术，钢板在完成热镀锌合金化并经过调整轧制后、在镀层表面形成锌氧化物层之前，需采用一个工序(如浸入氢氧化钠溶液中处理)去除合金化时产生的、在轧制后仍然存在于镀层表面的氧化物，同时还要求合金化后的镀锌层表面要有一定量的ζ相，否则难以达到该发明的效果。中国专利：CN96121682.4公开了“化学处理性优良的润滑钢板及其制造方法”，通过在钢板表面形成硅酸或硅酸盐的保护膜，该保护膜具有润滑作用。然而，由于在钢板表面形成的硅酸或硅酸盐膜在汽车制造厂的磷化处理工序之前的脱脂处理工序中难以除去，硅酸或硅酸盐膜对钢板的磷化处理有不良的影响，会影响钢板涂装后的表面质量与耐腐蚀性能。因此按照通常的热镀锌生产技术难以兼顾钢板的润滑性能与磷化性能。
发明内容：
由于镀锌钢板镀层的特性，影响了钢板的冲压成形性，使镀锌钢板在冲压过程中易产生模具粘锌问题、镀层粉化问题，导致钢板冲压开裂、影响冲压件的表面质量。
本发明的目的就是开发出一种用于镀锌钢板(热镀锌钢板、电镀锌钢板、合金化热镀锌钢板)的表面处理剂及处理方法。通过该方法可以在镀锌钢板(热镀锌钢板、电镀锌钢板、合金化热镀锌钢板)表面形成一层薄的透明的无机固体膜，该无机固体膜在冲压成形过程中起到表面润滑作用，可以提高镀锌钢板(热镀锌钢板、电镀锌钢板、合金化热镀锌钢板)的冲压成形性能，消除或减轻镀锌钢板在冲压成形过程中的粘锌与粉化脱落现象。同时该无机固体膜对钢板在汽车厂冲压成形后的漆前磷化处理没有任何不利影响。
本发明包括表面润滑处理剂、处理方法两部分。
本发明的镀锌钢板(热镀锌钢板、电镀锌钢板、合金化热镀锌钢板)表面润滑处理剂的化学组成主要由下列阳离子与阴离子组成：
阳离子为选自下列离子中的一种或多种：Co、Ni、Fe、Mo、Mn、K、Na、Mg、Ca，阳离子含量总和为0.1～25g/L。阳离子为钢板表面润滑膜的成膜物质之一，当阳离子含量低于0.1g/L时，起不到润滑钢板表面的作用，而含量超过25g/L时，也可获得很好的润滑钢板表面作用，但是处理成本提高。
阴离子为选自下列离子中的一种或多种：SO4 2-、MoO4 2-、PO4 3-、MnO4 -、F-，阴离子含量总和为1～100g/L。阴离子为钢板表面润滑膜的成膜物质之一，当阴离子含量低于1g/L时，起不到润滑钢板表面的作用，而含量超过100g/L时，虽然也可获得很好的润滑钢板表面作用，但是处理成本提高。其中的F离子是针对热镀锌钢板表面由于存在Al等氧化物质而导致反应活性降低的情况加入的，添加F离子可以改善表面活性。F离子的添加量为0～1g/L。
处理剂溶液的pH值控制为0.5～8。pH值低于0.5时，处理剂对钢板镀层表面的腐蚀性太大，对表面质量有不利的影响，而pH值高于8时，处理剂与钢板镀层表面的反应性差，难以在镀层表面上形成本发明所述的润滑膜，而且会发生其它腐蚀行为。
处理剂组成除上述离子外，当处理剂的pH值大于5时，为提高处理剂的稳定性，防止处理剂发生沉淀，可添加适量的络合剂，添加的络合剂为EDTA、草酸、酒石酸、氨基乙酸中的一种或多种，络合剂的含量通常不超过上述阳离子含量的5倍。络合剂含量过高亦不利于成膜。
根据本发明，镀锌钢板(热镀锌钢板、电镀锌钢板、合金化热镀锌钢板)表面润滑处理剂的化学组成中，阳离子含量总和较佳为0.6～10g/L，最佳为1～5g/L。
阴离子含量总和较佳为3～50g/L，最佳为5～20g/L。
处理剂溶液的pH值较佳为1.5～6.5，最佳为2.0～4.5。
络合剂含量较佳为阳离子含量总和的0.5～2倍，最佳为0.5～1倍。
下面叙述本发明的镀锌钢板(热镀锌钢板、电镀锌钢板、合金化热镀锌钢板)表面润滑处理的处理方法。
表面润滑处理剂溶液温度控制在常温下，通常为5～35℃。
钢板完成镀锌或完成热镀锌合金化，并冷却至常温下后，采用喷林或浸渍方法将表面润滑处理剂溶液均匀地分布于钢板镀层表面，然后采用挤干辊挤干，并用热风或冷风吹干。
也可以用辊涂的方法代替喷林与浸渍方法，将表面润滑处理剂溶液均匀地涂在钢板镀层表面，然后用热风或冷风吹干。
从钢板浸入表面润滑处理剂溶液中起到用热风或冷风吹干，这一过程时间为0.5秒钟以上。
附图说明：
图1是未经表面润滑处理的合金化热镀锌钢板镀层表面形貌(SEM图像)
图2是经表面润滑处理后的合金化热镀锌钢板镀层表面形貌(SEM图像)
图3是未经表面润滑处理的热镀锌钢板的磷化膜表面形貌(SEM图像)
图4是经表面润滑处理的热镀锌钢板的磷化膜表面形貌(SEM图像)
图5是未经表面润滑处理的合金化热镀锌钢板的磷化膜表面形貌(SEM图像)
图6是经表面润滑处理的合金化热镀锌钢板的磷化膜表面形貌(SEM图像)
具体实施方式：
下面是本发明技术实施应用的例子。
实施例中的试样原板为热镀锌钢板和合金化热镀锌钢板两种。试验用的热镀锌钢板和合金化热镀锌钢板表面无油，无其它脏物。试样在常温下浸入常温的处理剂溶液中，1秒钟后取出挤干，并用冷风吹干。
经处理后的热镀锌钢板和合金化热镀锌钢板表面涂上适量的防锈润滑油，并放置24小时，采用平板滑动法测量其表面的摩擦系数，测量条件如下：压头压力为3000N，滑动速度为500mm/min，滑动距离为110mm。结果如表1、2所示。
以同样的热镀锌钢板和合金化热镀锌钢板(未经上述表面润滑处理)作为对比例试样，以与上述相同的条件进行表面摩擦系数测量。结果如表1、2所示。
采用汽车厂所用的磷化工艺，对经过本发明表面润滑处理后的热镀锌钢板、合金化热镀锌钢板(上述实施例1～实施例16试样)以及上述对比例1～2试样在相同条件下进行磷化试验，并测定磷化膜的重量(结果如表1、2所示)，同时通过图3、4、5、6观察磷化膜的形貌。
同时以完全相同的条件，测量了相应合金化热镀锌钢板在不涂油状态下的表面摩擦系数，结果如表2所示。
表1、热镀锌钢板表面润滑处理试验结果
| 阳离子，g/L | 阴离子，g/L | PH值 | 摩擦系数 | 磷化膜重，g/m<sup>2</sup> | |
| 对比例1 | --- | --- | --- | 0.122 | 2.86 |
| 实施例1 | Co离子：1 | PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>：3.5 | 3.5 | 0.095 | 2.85 |
| 实施例2 | K离子：2 | MoO<sub>4</sub><sup>2-</sup>：10.5 | 3.5 | 0.092 | 2.84 |
| 实施例3 | Ca离子：0.5Mn离子：2.5 | PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>：12 | 3 | 0.093 | 2.92 |
| 实施例4 | Ni离子：2 | MnO<sub>4</sub><sup>-</sup>：10 | 2.5 | 0.093 | 2.85 |
| 实施例5 | K离子：0.3 | MnO<sub>4</sub><sup>-</sup>：1.5 | 2 | 0.095 | 2.85 |
| 实施例6 | Mn离子：8Mg离子：2 | PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>：20SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>：10 | 4 | 0.092 | 2.83 |
| 实施例7 | Mo离子：20 | PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>：70 | 3.5 | 0.092 | 2.86 |
| 实施例8 | Fe离子：10Co离子：15 | SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>：30MoO<sub>4</sub><sup>2-</sup>：70 | 2.5 | 0.093 | 2.86 |
表2、合金化热镀锌钢板表面润滑处理试验结果
| 阳离子，g/L | 阴离子，g/L | PH值 | 涂油摩擦系数 | 不涂油摩擦系数 | 磷化膜重，g/m<sup>2</sup> | |
| 对比例2 | --- | --- | --- | 0.147 | 0.196 | 4.12 |
| 实施例9 | Co离子：2 | PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>：3.5 | 4.5 | 0.135 | 0.165 | 4.06 |
| 实施例10 | Ni离子：3 | MoO<sub>4</sub><sup>2-</sup>：8 | 4.5 | 0.130 | 0.160 | 4.31 |
| 实施例11 | Fe离子：4 | PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>：12 | 4.0 | 0.127 | 0.166 | 4.16 |
| 实施例12 | Mo离子：6 | MnO<sub>4</sub><sup>-</sup>：10 | 4.0 | 0.133 | 0.170 | 4.24 |
| 实施例13 | K离子：0.3 | MnO<sub>4</sub><sup>-</sup>：1.5 | 2 | 0.135 | 4.10 | |
| 实施例14 | Mn离子：8Mg离子：2 | PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>：20SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>：10 | 4 | 0.125 | 4.15 | |
| 实施例15 | Mn离子：20 | PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>：70 | 3.5 | 0.129 | 4.23 | |
| 实施例16 | Fe离子：10Co离子：15 | SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>：30MoO<sub>4</sub><sup>2-</sup>：70 | 2.5 | 0.128 | 4.28 |
上述试验结果说明，热镀锌钢板以及合金化热镀锌钢板经过本发明表面润滑处理后的表面摩擦系数都明显下降，这表明本发明的表面润滑处理可提高热镀锌钢板以及合金化热镀锌钢板的冲压成形性能。
通过SEM(扫描电子显微镜)观察，参照图1、2，说明经过本发明表面润滑处理后的热镀锌钢板/合金化热镀锌钢板的镀锌层表面形貌与处理前的相比没有变化，仍为清晰的原始镀层表面形貌。说明本发明表面润滑处理后形成的膜薄而透明。
上述结果则说明了，本发明表面润滑处理不仅能降低热镀锌钢板以及合金化热镀锌钢板的表面摩擦系数，提高钢板的冲压成形性能，而且对钢板的磷化性能没有不利影响。
Claims (14)
1、一种镀锌钢板表面润滑处理剂，表面润滑处理剂溶液的化学组成主要由下列阳离子与阴离子组成：
阳离子为选自下列离子中的一种或多种：Fe、Mo、Mn、K、Na、Mg、Ca，阳离子含量总和为0.1～25g/L；
阴离子为选自下列离子中的一种或多种：MoO4 2-、PO4 3-、MnO4 -、F-，阴离子含量总和为1～100g/L。
2、根据权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：处理剂溶液的pH值为0.5～8。
3、根据权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：当处理剂溶液的pH值大于5时，含添加的络合剂为EDTA、草酸、酒石酸、氨基乙酸中的一种或多种，络合剂的含量不超过上述阳离子含量的5倍。
4、根据权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：阳离子含量总和为0.6～10g/L。
5、根据权利要求1或4所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：阳离子含量总和为1～5g/L。
6、根据权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：阴离子含量总和为3～50g/L。
7、根据权利要求1或6所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：阴离子含量总和为5～20g/L。
8、根据权利要求2所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：处理剂溶液的pH值为1.5～6.5。
9、根据权利要求2或8所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：处理剂溶液的pH值为为2.0～4.5。
10、根据权利要求3所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：络合剂含量为阳离子含量总和的0.5～2倍。
11、根据权利要求3或10所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征是：络合剂含量为阳离子含量总和的0.5～1倍。
12、权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂处理镀锌钢板表面的方法，其特征是：处理过程包括：a，表面润滑处理剂溶液温度控制在5～35℃常温下；b，钢板完成镀锌或完成热镀锌合金化，并冷却至常温下后，采用喷林或浸渍方法将表面润滑处理剂溶液均匀地分布于钢板镀层表面，然后采用挤干辊挤干，并用热风或冷风吹干。
13、根据权利要求12所述的镀锌钢板表面润滑处理剂处理镀锌钢板表面的方法，其特征是：用辊涂的方法代替喷林与浸渍方法，将表面润滑处理剂溶液均匀地涂在钢板镀层表面，然后用热风或冷风吹干。
14、根据权利要求12或13所述的镀锌钢板表面润滑处理剂处理镀锌钢板表面的方法，其特征是：从钢板浸入表面润滑处理剂溶液中起到用热风或冷风吹干，这一过程时间为0.5秒钟以上。
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