CN101376859A

CN101376859A - 一种镀锌钢板表面润滑处理剂及处理方法

Info

Publication number: CN101376859A
Application number: CNA2007100453302A
Authority: CN
Inventors: 温乃盟; 郑建平; 丁震宇
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd; Baosteel Group Corp
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-04

Abstract

本发明提供一种镀锌钢板表面润滑处理剂，包含以下成分：Mn²⁺：0.2－30g/L、Ni²⁺：0.1－10g/L、硅烷：0.02－10ml/L、PO₄ ^3－：1－130g/L，其余为水，所述处理剂pH为1－5。本发明还提供这种处理剂的处理方法。本发明提供的镀锌钢板表面处理剂，可在镀锌钢板表面形成一层薄的透明的无机固体膜，改善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，且对磷化处理没有任何不利影响。

Description

一种镀锌钢板表面润滑处理剂及处理方法

技术领域

本发明属于润滑剂领域，更具体地，本发明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

镀锌钢板具有优越的耐腐蚀性能、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，镀锌钢板由于镀锌层较软，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，如合金层铁含量低，则在冲压加工成形时，所述钢板与模具之间的摩擦力亦很大，钢板冲压流动性差，甚至会发生钢板冲压开裂的现象。另一方面，提高合金层的铁含量，可使得镀层的表面硬度得以提高，冲压时钢板的滑动性提高，但同时又容易产生合金层的粉化脱落。

为改善镀锌板的冲压成形，车厂在冲压模具方面、冲压润滑油方面做了大量的工作。为了更进一步改善冲压成形，近几年钢厂也尝试了不少改进镀锌板冲压成形性能的技术。

日本专利特开平1—319661号公报公开了一种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的技术。这一技术可以较好地改善镀锌板的冲压成形性能，但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。

专利号为“01807998.9”的中国授权专利提供了一种可以获得良好滑动性和耐粉化性的合金化热镀锌钢板的生产技术。根据该技术，采用使镀锌层和高温水蒸气接触、或将镀锌层在氧浓度20％以上的氛围中加热、或在含如过氧化氢、硝酸的氧化剂溶液中使其氧化等方法，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滑动性和耐粉化性。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)以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。

专利号为“96121682.4”的中国授权专利提供了一种获得优良表面润滑性能的钢板的制造方法。根据该方法，是在表面粗糙度Ra为0.5-1.5μm的钢板上进行硅酸或硅酸盐处理，在钢板表面形成以SiO₂计1～200mg/m²的膜，从而起到润滑钢板的作用。然而，根据本发明人的试验，镀锌钢板进行硅酸或硅酸盐处理对后道工序的磷化处理有不利的影响，会影响镀锌钢板的磷化性能。

为了解决镀锌钢板在冲压过程中易产生模具粘锌、镀层粉化，导致钢板冲压开裂、影响冲压件的表面质量的问题，本发明者通过反复研究，在不增加生产成本的基础上，获得了一种有效的镀锌钢板(包括合金化热镀锌钢板)的表面处理剂，从而完成了本发明。

因此，本发明第一个目的在于，提供一种镀锌钢板表面润滑处理剂。

本发明的第二个目的在于，提供这种镀锌钢板表面润滑处理剂的处理方法。

发明概述

本发明提供一种镀锌钢板表面润滑处理剂，所述处理剂包含以下成分：Mn²⁺：0.2-30g/L、Ni²⁺：0.1-10g/L、硅烷：0.02-10ml/L、PO₄ ^3-：1-130g/L，其余为水，所述处理剂pH为1-5。

根据本发明提供的镀锌钢板表面润滑处理剂，一个优选的实施方式为，Mn²⁺含量为0.5-10g/L，更优选的实施方式为，Mn²⁺含量为1-5g/L。

本发明提供的这种处理剂，一个优选的实施方式为，Ni²⁺含量为0.2-5g/L，更优选的实施方式为，Ni²⁺含量为0.3-2g/L。

本发明提供的这种处理剂，一个优选的实施方式为，硅烷含量0.1-5ml/L，更优选的实施方式为，硅烷含量0.5-2ml/L。

本发明提供的这种处理剂，一个优选的实施方式为，pH为1-4，更优选的实施方式为，pH为2-3。

以上各组分含量控制及作用如下所述。

Mn²⁺：为成膜组分之一，当其含量低于0.2g/L时，难以在镀锌板表面形成足够的膜，起不到润滑钢板表面的作用；而含量超过30g/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。

Ni²⁺：为成膜组分之一，同时Ni²⁺的引入可以大大提高处理剂的稳定性。当其含量低于0.1g/L时起不到稳定处理剂的作用，此时处理剂不稳定，容易产生絮状沉淀物；当含量高于10g/L时则处理剂的成本提高。

硅烷：硅烷的引入可以进一步提高镀锌钢板的表面润滑性能，硅烷主要采用亲水型的，如氨丙基三乙氧基硅烷等。硅烷的含量不能过高，否则对钢板的磷化性能有不利的影响。

PO₄ ^3-：是引入Mn²⁺、Ni²⁺以及调整pH值而同时引入的，同时也是成膜组分之一。

pH：pH值低于1时，处理剂溶液对镀锌层的腐蚀严重，不利成膜；而pH值高于5时则处理剂溶液不稳定，容易产生沉淀。处理剂溶液pH值采用H₃PO₄调节。

具体地，本发明提供的处理剂溶液采用如下步骤配制：

(1)先配制含Ni²⁺的溶液：Ni²⁺采用NiCO₃与H₃PO₄反应而产生Ni²⁺方法引入。根据处理剂配方Ni²⁺含量计算出配制处理剂所需的NiCO₃总量，取该量的NiCO₃放入容器中，加入相当于目标处理剂总体积的1/3的去离子水，在搅拌条件下缓慢加入相当于NiCO₃总量的2倍重量的H₃PO₄。搅拌至反应完全。

(2)Mn²⁺的引入：Mn²⁺以Mn(H₂PO₄)₂形式引入。根据处理剂配方Mn²⁺含量计算出配制处理剂所需的Mn(H₂PO₄)₂总量，取该量的Mn(H₂PO₄)₂并加入到(1)中配制的含Ni²⁺的溶液中，并搅拌溶解。

(3)硅烷的引入：按照处理剂配方取相应量的硅烷，用少量去离子水(如：硅烷体积的5-15倍体积的水量)溶解后加入到(2)中配制的溶液中，并搅拌均匀。

(4)处理剂溶液pH调整：将(3)配制所得的溶液，用去离子水稀释到目标处理剂体积，然后用H₃PO₄调整其pH至处理剂配方规定pH值。

本发明又提供这种镀锌钢板表面润滑处理剂的处理方法，所述方法包括以下步骤：在常温下将镀锌钢板浸入常温的本发明提供的镀锌钢板表面润滑处理剂溶液中，反应2—4秒钟后取出，于冷风处吹干。

有益效果

本发明提供的镀锌钢板表面润滑处理剂解决了由于镀锌钢板镀层较软的特性所带来的如下问题：钢板的冲压成形性受到影响；镀锌钢板在冲压过程中易产生模具粘锌、镀层粉化问题，影响冲压件的表面质量，甚至导致钢板冲压开裂。

本发明提供的镀锌钢板(包括合金化热镀锌钢板)表面处理剂，可在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，可以改善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。

附图说明

图1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

下面用实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。

实施例1

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表1。

表1 实施例1处理剂的成分含量

2.热镀锌钢板原板：选择表面无油且无其它脏污、杂质的钢板作为实验材料。

3.将实施例1处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：

1)热镀锌钢板(试样规格：厚度为0.8mm，大小为100mm×350mm)：在常温下浸入常温的润滑处理剂溶液中，2秒钟后取出挤干，并用冷风吹干。此即为表面润滑处理完毕；

2)经上述表面润滑处理后的热镀锌钢板表面涂上适量的防锈润滑油(油品为：550HN)，并放置24小时后，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。

3)处理结果见表17。

4.磷化试验：

1)试验方法：采用怕卡3020磷化液，磷化液温度43±2℃，磷化时间2分钟。

2)试验结果：见表19。

实施例2

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表2。

表2 实施例2处理剂的成分含量

2.热镀锌钢板原板：同实施例1。

3.将实施例2处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例1所述。

4.磷化试验：同实施例1所述。

实施例3

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表3。

表3 实施例3处理剂的成分含量

2.热镀锌钢板原板：同实施例1。

3.将实施例3处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例1所述。

4.磷化试验：同实施例1所述。

实施例4

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表4。

表4 实施例4处理剂的成分含量

2.热镀锌钢板原板：同实施例1。

3.将实施例4处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例1所述。

4.磷化试验：同实施例1所述。

经表面润滑处理的热镀锌钢板的磷化膜表面形貌(SEM图像)见图4。

实施例5

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表5。

表5 实施例5处理剂的成分含量

2.热镀锌钢板原板：同实施例1。

3.将实施例5处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例1所述。

4.磷化试验：同实施例1所述。

实施例6

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表6。

表6 实施例6处理剂的成分含量

2.热镀锌钢板原板：同实施例1。

3.将实施例6处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例1所述。

4.磷化试验：同实施例1所述。

实施例7

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表7。

表7 实施例7处理剂的成分含量

2.热镀锌钢板原板：同实施例1。

3.将实施例7处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例1所述。

4.磷化试验：同实施例1所述。

实施例8

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表8。

表8 实施例8处理剂的成分含量

2.热镀锌钢板原板：同实施例1。

3.将实施例8处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例1所述。

4.磷化试验：同实施例1所述。

对比例1

1.热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量：无。

2.热镀锌钢板原板：同实施例1。

3.将对比例1处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：无润滑处理。

4.磷化试验：同实施例1所述。

5.热镀锌钢板的磷化膜表面形貌观察：采用扫描电子显微镜SEM观察。

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)见图3。

实施例9

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表9。

表9 实施例9处理剂的成分含量

2.合金化热镀锌钢板原板(试样规格：厚度为0.8mm，大小为100mm×350mm)：选择表面无油且无其它脏污、杂质的钢板作为实验材料。

3.将实施例9处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：

1)合金化热镀锌钢板在常温下浸入常温的润滑处理剂溶液中，2秒钟后取出挤干，并用冷风吹干。此即为表面润滑处理完毕；

2)经上述表面润滑处理后的合金化热镀锌钢板表面涂上适量的防锈润滑油(油品为：550HN)，并放置24小时后，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。

3)同时测定不涂油状态下的合金化热镀锌钢板表面摩擦系数，处理结果见表18。

4.磷化试验：

1)试验方法：方法同实施例1所述；

2)试验结果：结果见表20。

实施例10

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表10。

表10 实施例10处理剂的成分含量

2.合金化热镀锌钢板原板：同实施例9。

3.将实施例10处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例9所述。

4.磷化试验：步骤同实施例1所述，结果见表20。

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)见图2。

实施例11

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表11。

表11 实施例11处理剂的成分含量

2.合金化热镀锌钢板原板：同实施例9。

3.将实施例11处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例9所述。

4.磷化试验：步骤同实施例1所述，结果见表20。

实施例12

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表12。

表12 实施例12处理剂的成分含量

2.合金化热镀锌钢板原板：同实施例9。

3.将实施例12处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例9所述。

4.磷化试验：步骤同实施例1所述，结果见表20。

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)见图6。

实施例13

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表13。

表13 实施例13处理剂的成分含量

2.合金化热镀锌钢板原板：同实施例9。

3.将实施例13处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例9所述。

4.磷化试验：步骤同实施例1所述，不进行不涂油处理，结果见表20。

实施例14

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表14。

表14 实施例14处理剂的成分含量

2.合金化热镀锌钢板原板：同实施例9。

3.将实施例14处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例9所述。

实施例15

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表15。

表15 实施例15处理剂的成分含量

2.合金化热镀锌钢板原板：同实施例9。

3.将实施例15处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例9所述。

实施例16

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量见表16。

表16 实施例16处理剂的成分含量

2.合金化热镀锌钢板原板：同实施例9。

3.将实施例16处理剂对热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：同实施例9所述。

对比例2

1.合金化热镀锌钢板表面润滑处理剂成分含量：无。

2.合金化热镀锌钢板原板：同实施例9。

3.将对比例2处理剂对合金化热镀锌钢板原板进行表面润滑处理：无润滑处理。

4.磷化试验：步骤同实施例1所述，结果见表20。

5.合金化热镀锌钢板镀层表面形貌观察：采用扫描电子显微镜SEM观察。

未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)见图1。结合图1及图2，说明经过本发明提供的表面润滑处理剂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任何变化，仍为清晰的原始镀层表面形貌。说明用本发明表面润滑处理剂处理后在镀锌层表面形成的膜薄而透明。6.合金化热镀锌钢板的磷化膜表面形貌观察：采用扫描电子显微镜SEM观察。

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)见图5。结合图3、4、5、6，说明在使用本发明提供的表面润滑处理剂处理后，钢板的磷化性能没有任何的不利影响。

测试结果

表17 热镀锌钢板表面摩擦系数测量结果

表18 合金化热镀锌钢板表面摩擦系数测量结果

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剂的处理后，其表面摩擦系数都明显下降，这表明本发明提供的表面润滑处理剂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。

表19 热镀锌钢板磷化试验结果

表20 合金化热镀锌钢板磷化试验结果

上述结果说明，采用本发明提供的表面润滑处理剂进行处理，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任何的不利影响。

Claims

1.一种镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述镀锌钢板表面润滑处理剂包含以下成分：Mn²⁺：0.2-30g/L、Ni²⁺：0.1-10g/L、硅烷：0.02-10ml/L、PO₄ ^3-：1-130g/L，其余为水，所述处理剂pH为1-5。

2.如权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述Mn²⁺含量为0.5-10g/L。

3.如权利要求2所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述Mn²⁺含量为1-5g/L。

4.如权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述Ni²⁺含量为0.2-5g/L。

5.如权利要求4所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述Ni²⁺含量为0.3-2g/L。

6.如权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述硅烷含量0.1-5ml/L。

7.如权利要求6所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述硅烷含量0.5-2ml/L。

8.如权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述pH为1-4。

9.如权利要求8所述的镀锌钢板表面润滑处理剂，其特征在于，所述pH为2-3。

10.权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂的处理方法，其特征在于，在常温下将镀锌钢板浸入常温的权利要求1所述的镀锌钢板表面润滑处理剂溶液中，反应2—4秒钟后取出，于冷风处吹干。