CN106868491B - 一种增强钢材表面粘涂性能的方法 - Google Patents

一种增强钢材表面粘涂性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强钢材表面粘涂性能的方法，属于钢材加工技术领域，具体包括如下步骤：（1）钢材表面预处理、（2）酸化处理、（3）磷化处理、（4）胶黏剂涂覆、（5）粘贴处理。本发明方法能有效提升钢材整体的粘结效果，改善了各个界面间的相容附着性能，有很好的推广使用价值。

Description

一种增强钢材表面粘涂性能的方法
技术领域
本发明属于钢材加工技术领域，具体涉及一种增强钢材表面粘涂性能的方法。
背景技术
钢材结实牢固，应用广泛，但其易被空气中湿润的氧气氧化，故在其使用前需对钢材的表面进行处理，以避免钢板被氧化，增加其使用寿命。同时为了提高钢材的美观程度，多需要在其表面进行粘附纸层等装饰板材的表面粘涂技术处理。
表面粘涂技术是以高分子聚合物与特殊填料组成的复合材料胶粘剂涂覆于零件表面实现某种用途的新技术。提高界面粘结强度的方法主要分两个方面，第一是改变复合材料用的粘结剂的成分，通过对粘结剂改性达到提高其粘结力的效果。第二是对金属基体进行表面预处理，这也是影响粘结剂/金属界面粘结强度的重要因素。在粘结之前，对金属表面进行一系列处理以去除金属表面氧化层和灰尘等，形成新的表面，可以提高金属界面粘结的强度。现有的对于钢材表面处理以及胶黏剂的制备不合理，易导致粘结性差、易开裂的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种增强钢材表面粘涂性能的方法。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种增强钢材表面粘涂性能的方法，包括如下步骤：
（1）钢材表面预处理：
a.先用36目的砂纸对钢材进行打磨处理，再用80目的砂纸进行二次打磨处理，最后用320目的砂纸进行三次打磨处理；
b.将操作a处理后的钢材放入丙酮溶液中，不断清洗去除其表面的油污和颗粒杂质，处理完成后取出；
c.用去离子水对操作b处理后的钢材表面进行冲洗去除残液，最后再将其放入温度为75~80℃的条件下干燥处理，完成后取出备用；
（2）酸化处理：
a.按重量份称取对应的物质配制成酸化处理液备用，所述酸化处理液中各物质成分的重量百分比为：9~11%盐酸、1~3%苹果酸、1.5~2.5%十六烷基聚氧乙烯醚、1~2%六偏磷酸钠、2~4%氮化硅，余量为水；
b.将步骤（1）处理后的钢材浸入到操作a所得的酸化处理液中，加压保持酸化处理液的压力为3.5~4.5MPa，并对酸化处理液进行搅拌处理，保持钢材表面处液体的流速为2.2~2.5 m/s，共处理5~7min后取出备用；独特配制的酸化处理液有效保证了钢材表面氧化层、杂质等的去除，又具有适度的刻蚀性能，向其中添加的氮化硅成分能有效提升酸化刻蚀的效果，在酸化处理时对酸化处理液搅拌的过程中，氮化硅成分在钢材表面剧烈运动，或随液体连续流动，或附着于被酸浸刻蚀的钢材表面的微孔中，提高了表面的粗糙度和微孔复杂程度，进一步增强了钢材界面的粘结强度，同时在液体不断流动的过程中，刻蚀微孔间形成了部分连通的现象，利于粘结剂的填充，提升了粘结强度；
（3）磷化处理：
a.按对应重量份称取物质配制成磷化处理液备用；所述磷化处理液中各物质的质量分数为：2.5~3.5%磷酸二氢钠、0.35~0.5%磷酸、0.2~0.3%硝酸钠、0.1~0.15%亚硝酸钠、0.2~0.3%硝酸锌、0.05~0.15%酒石酸、0.1~0.3%间硝酸苯磺酸钠、0.15~0.25%钼酸锌、1.5~2.5%二氧化锆，余量为水；
b.将步骤（2）处理后的钢材浸放入操作a所得的磷化处理液中，加热保持处理液的温度为44~47℃，同时以600~700转/分钟的转速不断搅拌处理，23~ 27min后将钢材取出备用；合理搭配的磷化处理液有效保证了磷化处理的快速高效进行，添加的二氧化锆颗粒成分有助于磷化处理时磷酸盐的成核，利于其形成更为复杂、交联的放射状磷化膜，提高了整体的致密性和附着性，进而提高了钢板的表面积，又利于胶黏剂渗入磷化膜内，从而改善了钢材界面的粘结强度，对二氧化锆颗粒进行特殊的分级搭配处理，进一步提升了其作用效果；
（4）胶黏剂涂覆：
a.按对应重量份称取物质配制成胶黏剂备用；所述胶黏剂中各物质的质量分数为：8~10%聚乙烯醇、0.02~0.04%硫酸铵、7~9%乙酸乙烯酯、0.01~0.03%乳化剂、0.01~0.03%稳定剂、0.01~0.03%紫外线吸收剂、0.03~0.05%氢氧化钠、0.1~0.2%乙二胺四乙酸二钠、0.2~0.4%硫酸钙晶须、0.1~0.2%环烷酸锌、0.05~0.1%液体石蜡，余量为水；添加的硫酸钙晶须成分能有效提升胶黏剂各部位间的相互交联效果，增强了其粘附效果，同时对硫酸钙晶须进行了合理的长度分级处理能进一步提升其相容、交联性能；
b.将操作a制得的胶黏剂通过高压无气喷涂机喷涂到步骤（3）处理后的钢板表面上；
（5）粘贴处理：
将装饰贴纸层粘贴在步骤（4）处理后的钢板表面即可。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的氮化硅经过特殊的粉碎分级处理操作，具体是将氮化硅总重的82~86%粉碎成颗粒大小为50~70μm，将剩余重量的氮化硅粉碎成颗粒大小为1~20μm，最后再将其混合均匀后即可。合理的颗粒分级能有效提升钢材表面的刻蚀复杂程度，增强了粘结剂的附着效果，改善了钢材的表面质量。
进一步的，步骤（3）操作a中所述的二氧化锆先经过粉碎处理，具体操作是先取其总质量的79~84%，将其粉碎成粒径大小为1~10μm，将剩余重量的二氧化锆粉碎成粒径大小为400~500nm，最后将两种颗粒成分混合均匀即可。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的硫酸钙晶须经过特殊的长度分级处理操作，具体是将硫酸钙晶须总重的84~88%控制长度为200~240μm，控制剩余的硫酸钙晶须长度为20~70μm。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的一种。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的稳定剂为稀土稳定剂。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-9、紫外线吸收剂UV-O中的一种。
本发明具有如下有益效果：
本发明在整个处理过程中对钢材表面的酸化、磷化处理工艺，以及使用的胶黏剂三方面进行了改善处理，其中在酸化处理时合理配制的酸化处理液有效提升了钢材表面的粗糙度和刻蚀微孔的复杂程度，进而增强了钢材界面的粘结强度；在磷化处理时合理配制的磷化处理液提升了在钢材表面生成的磷化膜的致密性和附着性，更利于胶黏剂的粘附；独特配制的胶黏剂粘性较大，能起到良好的粘附作用，保证了装饰板材与钢材的粘结效果。最终在各步骤的综合作用下，本发明方法能有效提升钢材整体的粘结效果，改善了各个界面间的相容附着性能，有很好的推广使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种增强钢材表面粘涂性能的方法，包括如下步骤：
（1）钢材表面预处理：
a.先用36目的砂纸对钢材进行打磨处理，再用80目的砂纸进行二次打磨处理，最后用320目的砂纸进行三次打磨处理；
b.将操作a处理后的钢材放入丙酮溶液中，不断清洗去除其表面的油污和颗粒杂质，处理完成后取出；
c.用去离子水对操作b处理后的钢材表面进行冲洗去除残液，最后再将其放入温度为75℃的条件下干燥处理，完成后取出备用；
（2）酸化处理：
a.按重量份称取对应的物质配制成酸化处理液备用，所述酸化处理液中各物质成分的重量百分比为：9%盐酸、1%苹果酸、1.5%十六烷基聚氧乙烯醚、1%六偏磷酸钠、2%氮化硅，余量为水；
b.将步骤（1）处理后的钢材浸入到操作a所得的酸化处理液中，加压保持酸化处理液的压力为3.5MPa，并对酸化处理液进行搅拌处理，保持钢材表面处液体的流速为2.2~2.5m/s，共处理5min后取出备用；
（3）磷化处理：
a.按对应重量份称取物质配制成磷化处理液备用；所述磷化处理液中各物质的质量分数为：2.5%磷酸二氢钠、0.35%磷酸、0.2%硝酸钠、0.1%亚硝酸钠、0.2%硝酸锌、0.05%酒石酸、0.1%间硝酸苯磺酸钠、0.15%钼酸锌、1.5%二氧化锆，余量为水；
b.将步骤（2）处理后的钢材浸放入操作a所得的磷化处理液中，加热保持处理液的温度为44℃，同时以600转/分钟的转速不断搅拌处理，23min后将钢材取出备用；
（4）胶黏剂涂覆：
a.按对应重量份称取物质配制成胶黏剂备用；所述胶黏剂中各物质的质量分数为：8%聚乙烯醇、0.02%硫酸铵、7%乙酸乙烯酯、0.01%乳化剂、0.01%稳定剂、0.01%紫外线吸收剂、0.03%氢氧化钠、0.1%乙二胺四乙酸二钠、0.2%硫酸钙晶须、0.1%环烷酸锌、0.05%液体石蜡，余量为水；
b.将操作a制得的胶黏剂通过高压无气喷涂机喷涂到步骤（3）处理后的钢板表面上；
（5）粘贴处理：
将装饰贴纸层粘贴在步骤（4）处理后的钢板表面即可。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的氮化硅经过特殊的粉碎分级处理操作，具体是将氮化硅总重的82%粉碎成颗粒大小为50~70μm，将剩余重量的氮化硅粉碎成颗粒大小为1~20μm，最后再将其混合均匀后即可。
进一步的，步骤（3）操作a中所述的二氧化锆先经过粉碎处理，具体操作是先取其总质量的79%，将其粉碎成粒径大小为1~10μm，将剩余重量的二氧化锆粉碎成粒径大小为400~500nm，最后将两种颗粒成分混合均匀即可。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的硫酸钙晶须经过特殊的长度分级处理操作，具体是将硫酸钙晶须总重的84%控制长度为200~240μm，控制剩余的硫酸钙晶须长度为20~70μm。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的稳定剂为稀土稳定剂。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-9。
实施例2
一种增强钢材表面粘涂性能的方法，包括如下步骤：
（1）钢材表面预处理：
a.先用36目的砂纸对钢材进行打磨处理，再用80目的砂纸进行二次打磨处理，最后用320目的砂纸进行三次打磨处理；
b.将操作a处理后的钢材放入丙酮溶液中，不断清洗去除其表面的油污和颗粒杂质，处理完成后取出；
c.用去离子水对操作b处理后的钢材表面进行冲洗去除残液，最后再将其放入温度为80℃的条件下干燥处理，完成后取出备用；
（2）酸化处理：
a.按重量份称取对应的物质配制成酸化处理液备用，所述酸化处理液中各物质成分的重量百分比为：11%盐酸、3%苹果酸、2.5%十六烷基聚氧乙烯醚、2%六偏磷酸钠、4%氮化硅，余量为水；
b.将步骤（1）处理后的钢材浸入到操作a所得的酸化处理液中，加压保持酸化处理液的压力为4.5MPa，并对酸化处理液进行搅拌处理，保持钢材表面处液体的流速为2.2~2.5m/s，共处理7min后取出备用；
（3）磷化处理：
a.按对应重量份称取物质配制成磷化处理液备用；所述磷化处理液中各物质的质量分数为：3.5%磷酸二氢钠、0.5%磷酸、0.3%硝酸钠、0.15%亚硝酸钠、0.3%硝酸锌、0.15%酒石酸、0.3%间硝酸苯磺酸钠、0.25%钼酸锌、2.5%二氧化锆，余量为水；
b.将步骤（2）处理后的钢材浸放入操作a所得的磷化处理液中，加热保持处理液的温度为47℃，同时以700转/分钟的转速不断搅拌处理，27min后将钢材取出备用；
（4）胶黏剂涂覆：
a.按对应重量份称取物质配制成胶黏剂备用；所述胶黏剂中各物质的质量分数为：10%聚乙烯醇、0.04%硫酸铵、9%乙酸乙烯酯、0.03%乳化剂、0.03%稳定剂、0.03%紫外线吸收剂、0.05%氢氧化钠、0.2%乙二胺四乙酸二钠、0.4%硫酸钙晶须、0.2%环烷酸锌、0.1%液体石蜡，余量为水；
b.将操作a制得的胶黏剂通过高压无气喷涂机喷涂到步骤（3）处理后的钢板表面上；
（5）粘贴处理：
将装饰贴纸层粘贴在步骤（4）处理后的钢板表面即可。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的氮化硅经过特殊的粉碎分级处理操作，具体是将氮化硅总重的86%粉碎成颗粒大小为50~70μm，将剩余重量的氮化硅粉碎成颗粒大小为1~20μm，最后再将其混合均匀后即可。
进一步的，步骤（3）操作a中所述的二氧化锆先经过粉碎处理，具体操作是先取其总质量的84%，将其粉碎成粒径大小为1~10μm，将剩余重量的二氧化锆粉碎成粒径大小为400~500nm，最后将两种颗粒成分混合均匀即可。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的硫酸钙晶须经过特殊的长度分级处理操作，具体是将硫酸钙晶须总重的88%控制长度为200~240μm，控制剩余的硫酸钙晶须长度为20~70μm。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的稳定剂为稀土稳定剂。
进一步的，步骤（4）操作a中所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-O。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（2）酸化处理操作a的酸化处理液制备中，不添加氮化硅成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（3）磷化处理操作a的磷化处理液制备中，不添加二氧化锆成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，在步骤（4）胶黏剂涂覆操作a的胶黏剂制备中，不添加硫酸钙晶须成分，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的钢材表面粘涂加工工艺。
为了对比本发明效果，选用同一批45号钢材作为实验对象，分别用上述六种方法进行表面处理以及胶黏剂涂覆后，再参照GB7124-86的标准进行性能测试，期间控制加载速度为5mm/min，测出板材粘结强度的大小，具体对比数据如下表1所示：
表1
粘结强度（MPa）
实施例1 11.2
实施例2 11.5
对比实施例1 9.5
对比实施例2 9.8
对比实施例3 10.3
对照组 8.4
由上表1可以看出，本发明方法能有效提升钢材整体的粘结特性，使得钢材、胶黏剂、装饰板材各个界面间的粘结强度较高、较稳定，很好的提升了其使用价值。

Claims (7)

1.一种增强钢材表面粘涂性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）钢材表面预处理：
a.先用36目的砂纸对钢材进行打磨处理，再用80目的砂纸进行二次打磨处理，最后用320目的砂纸进行三次打磨处理；
b.将操作a处理后的钢材放入丙酮溶液中，不断清洗去除其表面的油污和颗粒杂质，处理完成后取出；
c.用去离子水对操作b处理后的钢材表面进行冲洗去除残液，最后再将其放入温度为75~80℃的条件下干燥处理，完成后取出备用；
（2）酸化处理：
a.按重量份称取对应的物质配制成酸化处理液备用，所述酸化处理液中各物质成分的重量百分比为：9~11%盐酸、1~3%苹果酸、1.5~2.5%十六烷基聚氧乙烯醚、1~2%六偏磷酸钠、2~4%氮化硅，余量为水；
b.将步骤（1）处理后的钢材浸入到操作a所得的酸化处理液中，加压保持酸化处理液的压力为3.5~4.5MPa，并对酸化处理液进行搅拌处理，保持钢材表面处液体的流速为2.2~2.5m/s，共处理5~7min后取出备用；
（3）磷化处理：
a.按对应重量份称取物质配制成磷化处理液备用；所述磷化处理液中各物质的质量分数为：2.5~3.5%磷酸二氢钠、0.35~0.5%磷酸、0.2~0.3%硝酸钠、0.1~0.15%亚硝酸钠、0.2~0.3%硝酸锌、0.05~0.15%酒石酸、0.1~0.3%间硝酸苯磺酸钠、0.15~0.25%钼酸锌、1.5~2.5%二氧化锆，余量为水；
b.将步骤（2）处理后的钢材浸放入操作a所得的磷化处理液中，加热保持处理液的温度为44~47℃，同时以600~700转/分钟的转速不断搅拌处理，23~27min后将钢材取出备用；
（4）胶黏剂涂覆：
a.按对应重量份称取物质配制成胶黏剂备用；所述胶黏剂中各物质的质量分数为：8~10%聚乙烯醇、0.02~0.04%硫酸铵、7~9%乙酸乙烯酯、0.01~0.03%乳化剂、0.01~0.03%稳定剂、0.01~0.03%紫外线吸收剂、0.03~0.05%氢氧化钠、0.1~0.2%乙二胺四乙酸二钠、0.2~0.4%硫酸钙晶须、0.1~0.2%环烷酸锌、0.05~0.1%液体石蜡，余量为水；
b.将操作a制得的胶黏剂通过高压无气喷涂机喷涂到步骤（3）处理后的钢板表面上；
（5）粘贴处理：
将装饰贴纸层粘贴在步骤（4）处理后的钢板表面即可。
2.根据权利要求1所述的一种增强钢材表面粘涂性能的方法，其特征在于，步骤（2）操作a中所述的氮化硅经过特殊的粉碎分级处理操作，具体是将氮化硅总重的82~86%粉碎成颗粒大小为50~70μm，将剩余重量的氮化硅粉碎成颗粒大小为1~20μm，最后再将其混合均匀后即可。
3.根据权利要求1所述的一种增强钢材表面粘涂性能的方法，其特征在于，步骤（3）操作a中所述的二氧化锆先经过粉碎处理，具体操作是先取其总质量的79~84%，将其粉碎成粒径大小为1~10μm，将剩余重量的二氧化锆粉碎成粒径大小为400~500nm，最后将两种颗粒成分混合均匀即可。
4.根据权利要求1所述的一种增强钢材表面粘涂性能的方法，其特征在于，步骤（4）操作a中所述的硫酸钙晶须经过特殊的长度分级处理操作，具体是将硫酸钙晶须总重的84~88%控制长度为200~240μm，控制剩余的硫酸钙晶须长度为20~70μm。
5.根据权利要求1所述的一种增强钢材表面粘涂性能的方法，其特征在于，步骤（4）操作a中所述的乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种增强钢材表面粘涂性能的方法，其特征在于，步骤（4）操作a中所述的稳定剂为稀土稳定剂。
7.根据权利要求1所述的一种增强钢材表面粘涂性能的方法，其特征在于，步骤（4）操作a中所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-9、紫外线吸收剂UV-O中的一种。
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