CN107400905B - 用于包层钢的涂布方法和用于涂布包层钢的涂布溶液 - Google Patents

用于包层钢的涂布方法和用于涂布包层钢的涂布溶液 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于包层钢的涂布方法和用于涂布包层钢的涂布溶液。具体地，本发明公开了用于包层钢的涂布方法，在所述包层钢中不锈钢板结合到铝板的邻接面上，所述涂布方法包括制备包层钢，制备其中环氧树脂和二氧化钛(TiO2)粉末在丙烯酸树脂中结合的涂布溶液，蚀刻包层钢以提高涂布溶液和包层钢之间的粘附性，加热包层钢，以及通过在涂布溶液中浸渍包层钢而进行电镀。本发明的涂布方法和涂布溶液提高了包层钢抗腐蚀性和耐擦伤性等。

Description

用于包层钢的涂布方法和用于涂布包层钢的涂布溶液
技术领域
本发明涉及用于包层钢(clad steel)的涂布方法和用于涂布包层钢的涂布溶液，更具体地，本发明涉及涂布含不锈钢和铝的包层钢的包层钢涂布方法，以及用于涂布包层钢的涂布溶液。
背景技术
传统的车门步阶根据相关技术通常主要由不锈钢1制成，其中已将纳米陶瓷涂层材料2辊涂到该不锈钢上以防止腐蚀，如图1所示。
纳米陶瓷涂层根据相关技术就耐擦伤性而言具有一定程度的效果；但是，它存在在腐蚀环境中耐久性不足的问题。
同时，按照使车辆更加轻型的近期趋势，已尝试将车门步阶的材料变为不锈钢-铝包层材料。
更具体而言，如图2所示制成包层钢10，其具有三级结构，其中将为基材11的铝设置于中央，并将为包层材料12的不锈钢设置于铝的两个表面上，这样使得通过铝基材11可以实现轻型，而且通过置于两个表面上的不锈钢包层材料12可以提高抗腐蚀性、加工性等。
但是，当将在相关技术中所用的辊涂应用于包层钢时，存在包层结合部位(bonding part)的双材料(bi-material)界面不被涂覆而是被直接暴露的问题。
当双材料结合部位如上所述暴露于外部时，硬度和寿命可因电位差腐蚀等而下降。
因此，必需的是能够提高包层钢抗腐蚀性和耐擦伤性的涂布材料和涂布方法，以及用于提高涂布材料和包层钢之间结合力的方法。
公开于该发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供适于含铝和不锈钢的包层钢的包层钢涂布方法，以及用于涂布包层钢的涂布溶液。
根据本发明的各个方面，在包层钢中不锈钢结合到铝板的邻接面上，用于该包层钢的涂布方法可包括制备包层钢，制备其中环氧树脂和二氧化钛(TiO2)粉末在丙烯酸树脂中结合的涂布溶液，蚀刻包层钢以提高涂布溶液和包层钢之间的粘附性，加热包层钢，以及通过在涂布溶液中浸渍包层钢而进行电镀。
在涂布溶液的制备中，涂布溶液可以包含按重量百分比(wt％)计的40％至50％丙烯酸树脂、10％至15％TiO2、10％至15％环氧树脂、10％至20％三聚氰胺固化剂、5％至10％芳香族溶剂以及10％至15％环己酮而制得。
涂布方法可进一步包括在包层钢的制备和包层钢的蚀刻之间使包层钢脱脂。
在包层钢的脱脂中，可在电流密度为1至4A/dm以及电压为4至6V的条件下，将包层钢在25至35g/l磷酸三钠(Na3PO4)水溶液中阴极脱脂30秒至3分钟的时间。
在包层钢的蚀刻中，可将包层钢在包含100至200g/l氢氧化铵(NH4OH)和50至200g/l邻苯二甲酸氢钾(KHP)的水溶液中浸渍3至5分钟以进行蚀刻，在蚀刻时温度可为20至30℃。
在包层钢的加热中，可将包层钢在100至200℃下加热2至3分钟的时间。
在进行电镀时，可将包层钢浸渍于涂布溶液中，然后可将10至20V的电压在40至50℃下施用1至5分钟的时间以在包层钢上电镀涂布溶液。
涂布方法可进一步包括在进行电镀之后在80至100℃下干燥10至20分钟。
根据本发明的各个方面，用于涂布包层钢的涂布溶液可包含按重量百分比(wt％)计的40％至50％丙烯酸树脂、10％至15％TiO2、10％至15％环氧树脂、10％至20％三聚氰胺固化剂、5％至10％芳香族溶剂以及10％至15％环己酮。
应当理解，在本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共车辆、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如本文中所指的那样，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力的车辆。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将进行更详细的陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1示出了根据相关技术的经纳米陶瓷涂布的不锈钢的图。
图2示出了根据本发明的各个实施方案通过电镀涂布的包层钢的图。
图3A、图3B、图3C和图3D示出了为环氧树脂各个含量的粘度偏差的测定结果图。
图4示出了根据本发明的各个实施方案通过电镀涂布包层钢的制备方法的流程图。
应当了解，附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上简化表示的说明本发明基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的示例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同形式以及其它实施方案。
根据本发明各个实施方案的用于包层钢的涂布方法是用于形成为包层钢提供抗腐蚀性的涂层的方法，在所述包层钢中不锈钢板结合到铝板的两个表面上。
具体地，涂布方法可包括制备包层钢，制备其中环氧树脂和二氧化钛(TiO2)粉末添加至丙烯酸树脂中的涂布溶液，蚀刻包层钢以提高涂布溶液和包层钢之间的粘附性，加热包层钢，以及通过在涂布溶液中浸渍包层钢而进行电镀。
进一步地，涂布方法可进一步包括在包层钢的制备和包层钢的蚀刻之间使包层钢脱脂，以及在进行电镀之后在80至100℃下干燥10至20分钟。
包层钢的制备是通过将不锈钢包层材料附着到铝基材的两个表面上而制备包层钢的步骤，其中基材可以是A3003铝合金，包层材料可以是SUS304不锈钢。
因此，可以制备与仅使用SUS304不锈钢的情况相较而言更为轻型的组件。
但是，包层材料(在其中不同材料结合)的结合界面暴露于侧面，该结合界面比较容易遭受腐蚀，并且当常规的辊涂方法用于涂布时，会出现仅包层材料被涂布而在中央基材的暴露表面不被涂布的问题。
因此，需要的是以能够涂布包层钢的整个表面的浸渍电镀方式进行涂布，其详细说明在下文提供。
同时，在涂布溶液的制备中，制得涂布溶液，涂布溶液可以包含按重量百分比(wt％)计的40％至50％丙烯酸树脂、10％至15％TiO2、10％至15％环氧树脂、10％至20％三聚氰胺固化剂、5％至10％芳香族溶剂以及10％至15％环己酮。
丙烯酸树脂是用作涂布溶液核心的成分。当丙烯酸树脂的含量不足时，其它成分的分散性下降，这样使得涂层硬度下降。相反，当丙烯酸树脂的含量过大时，由环氧树脂和TiO2表现出的提高抗腐蚀性和硬度的效果下降。因此，示例性的是限定丙烯酸树脂的重量含量为40％至50％。
环己酮和芳香族溶剂是协助与其它成分很好地混合的溶剂，其中当环己酮和芳香族溶剂小于最低限度时，这些溶剂不可以充当溶剂。相反，当它们的含量大于上限时，涂布溶液的粘度下降，而且涂布质量因某种水滴形成现象而降低。因此，环己酮的重量含量和芳香族溶剂的重量含量分别优选为10％至15％、5％至10％。
三聚氰胺固化剂用作各个成分之间的桥梁。当三聚氰胺的添加量不足时，固化程度和交联程度不够，而当其添加量过多时，整个涂层易碎。因此，示例性的是限定三聚氰胺的重量含量为10％至20％。
TiO2是为保护耐擦伤性所添加的材料。当TiO2的添加量不足时，无法实现目标硬度，而当其添加量过多时，涂层过度结实，这样使得附着性和成形性降低。因此，示例性的是限定TiO2的重量含量为10％至15％。
环氧树脂是为分散TiO2所添加的材料。当环氧树脂的添加量不足时，TiO2的分散性下降，不可能以一致的质量完成涂布。相反，当其添加量过多时，附着性和成形性降低。因此，示例性的是限定环氧树脂的重量含量为10％至15％。
除了这些成分外，涂布溶液可进一步包含用于显示颜色的染料和用于提高可加工性的各种添加剂，它们的总重量百分比为1％至5％。
根据TiO2的含量变化的涂层硬度如下表1所示。
[表1]
TiO<sub>2</sub>含量(wt％) 铅笔硬度等级
5或更少 B
5～10 HB
10～15 2H
15～20 2H
20～25 4H
因此，可理解的是当TiO2的重量含量为本发明各个实施方案的范围10％至15％时，铅笔硬度等级为2H，表现出足够的硬度。
在相关技术中，将SiC等添加至丙烯酸树脂以提高耐擦伤性。但是，当添加TiO2时，存在会使涂布溶液不透明的TiO2凝聚的缺陷。在本发明中，将环氧树脂添加至丙烯酸树脂以提高TiO2的分散度，这样使得可以维持透明的涂布溶液。
图3A至图3D示出了根据环氧树脂添加量的粘度测试结果。在测试中，将使在杯中100％充满的涂布溶液完全离开的时间通过DIN4粘度测量测定数次，当在所测定的时间中变动在5秒内时，可以确定TiO2分散很好。
图3A至图3D示出了通过固定TiO2的重量含量为10wt％的同时控制环氧树脂的含量而获得的粘度测定结果。图3A示出了添加0wt％环氧树脂的情况，图3B示出了添加5wt％环氧树脂的情况，图3C示出了添加10wt％环氧树脂的情况，图3D示出了添加15wt％环氧树脂的情况。
此处，对于除TiO2和环氧树脂的含量之外的剩余成分，基于丙烯酸树脂：45％，三聚氰胺固化剂：15％，芳香族溶剂：7％，环己酮：12％，根据环氧树脂含量的变化改变丙酸树脂和三聚氰胺固化剂的含量。
图3A示出了完全没有添加环氧树脂的情况，而可理解的是当测定粘度时，时间偏差为最大值20秒，这样分散度显著地低。
如图3B所示，可理解的是随着环氧树脂的含量增加，分散度提高，并且时间偏差减小，而当测定粘度时，时间偏差仍然大于5秒，这样分散度不太好。
图3C和图3D示出了本发明的各个实施方案的示例，可理解的是因为环氧树脂的含量满足本发明的限定范围，分散度得以提高，这样使得当测定粘度时，时间偏差在5秒之内。
如上所述，本发明的各个实施方案提供透明的涂布溶液，该透明的涂布溶液能够通过丙烯酸树脂和TiO2表现出高硬度和耐擦伤性，并能够通过添加环氧树脂提高TiO2的分散性。
在脱脂中，示例性的是在电流密度为1至4A/dm以及电压为4至6V的条件下，将包层钢在25至35g/l磷酸三钠(Na3PO4)水溶液中阴极脱脂30秒至3分钟。
电解脱脂与常规的碱法脱脂相较而言可减少脱脂的时间，并可去除甚至是精细的油。
当脱脂时，电流密度和电压小于本发明的限定范围，则脱脂会不充分，而当脱脂时，电流密度和电压大于本发明的限定范围，则可出现在脱脂外的包层钢腐蚀。
在蚀刻中，示例性的是将包层钢在包含100至200g/l氢氧化铵(NH4OH)和50至200g/l邻苯二甲酸氢钾(KHP)的水溶液中浸渍3至5分钟以进行蚀刻，在蚀刻时温度为20至30℃。
用于该步骤的蚀刻溶液为弱碱性的(pH 8至9)，并且其具有能够将铝和不锈钢同时蚀刻的性能。
通常，碱性蚀刻溶液用于铝，酸性蚀刻溶液用于不锈钢。弱碱性蚀刻溶液用于蚀刻同时包括铝和不锈钢的包层钢。
不锈钢在酸性环境中利于进行蚀刻，但是其即使是在碱性环境中也可进行蚀刻，而铝仅在碱性环境中进行蚀刻。因此，需要的是在碱性环境中进行蚀刻过程以同时蚀刻不锈钢和铝两种材料。
当在酸性环境中蚀刻时，难以蚀刻铝，而无论是弱酸pH还是强酸pH只蚀刻不锈钢。
此外，尽管是碱性环境，当在强碱环境中进行蚀刻时，与不锈钢相较而言会过度蚀刻铝。
因此，为了同时蚀刻不锈钢-铝包层材料，需要的是使用弱碱性蚀刻溶液。
如果在酸性环境中进行蚀刻，这样使得仅不锈钢进行蚀刻，则不锈钢和涂布溶液之间的附着性下降。因此，水分和其它外来杂质渗入不锈钢和涂层之间，这样使得红锈出现等，降低了抗腐蚀性。
在加热中，示例性的是通过采用高频加热将包层钢在100至200℃下加热2至3分钟。
通过加热，涂布溶液和包层钢之间的附着性可在随后的涂布过程中提高。
在进行电镀时，示例性的是将包层钢浸渍于涂布溶液中，然后将10至20V的电压在40至50℃下施用1至5分钟以在包层钢上电镀涂布溶液。
与根据相关技术的辊涂相较而言，当采用以浸渍电镀方式的涂布方法时，具有涂层能够在包层钢的整个表面上均匀形成的优点。在包层钢中，特别地，双材料结合部位暴露，该双材料结合部位会容易遭受腐蚀，这样使得优选的是最小化金属的暴露部位，从而防止腐蚀。因此，示例性的是采用以浸渍电镀方式而不是辊涂方式的涂布方法。
当电镀温度和电压低时，涂布溶液的附着力弱或者附着的涂布溶液的量减少，这样使得耐擦伤性和抗腐蚀性会下降。
相反，当电镀温度和电压高时，涂层的厚度会过厚，而且涂布溶液会因由高电压引起的爆炸反应而汽化分散。
因此，当电镀温度和电压限定于上述范围，而且电镀涂布在这些温度和电压条件下进行1至5分钟时，涂层会以最示例性的厚度和外观形成。
应用于如上所述的包层钢涂布方法的涂布溶液为包含按重量百分比(wt％)计的40％至50％丙烯酸树脂、10％至15％TiO2、10％至15％环氧树脂、10％至20％三聚氰胺固化剂、5％至10％芳香族溶剂以及10％至15％环己酮的溶液。因为在上述涂布方法中详细描述了涂布溶液，该涂布溶液的细节在此处省略。
根据本发明的各个实施方案的用于包层钢的涂布方法和用于涂布包层钢的涂布溶液具有如下的有益效果。
第一，耐擦伤性会通过基于具有高耐久性的丙烯酸树脂的涂布溶液而得以提高。第二，抗腐蚀性会通过防止包层钢的双材料界面暴露而得以提高。第三，涂布溶液会通过利用环氧树脂均匀地分散TiO2粉末而保持透明。第四，将涂布溶液附着到不锈钢-铝上的结合力会通过弱碱性蚀刻得以提高。
已呈现的前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了例证和说明的目的。这些描述并非旨在穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多修改和变型。对示例性实施方案进行选择和描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案以及它们的各种替换和修改。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.用于包层钢的涂布方法，在所述包层钢中不锈钢板结合到铝板的邻接面上，所述方法包括：
制备包层钢；
制备涂布溶液，其中环氧树脂和二氧化钛TiO2粉末在丙烯酸树脂中结合；
蚀刻包层钢以提高涂布溶液和包层钢之间的粘附性；
加热包层钢；以及
通过在涂布溶液中浸渍包层钢而进行电镀；
其中在涂布溶液的制备中，涂布溶液以包含按重量百分比wt％计的40％至50％丙烯酸树脂、10％至15％TiO2、10％至15％环氧树脂、10％至20％三聚氰胺固化剂、5％至10％芳香族溶剂以及10％至15％环己酮而制得。
2.根据权利要求1所述的用于包层钢的涂布方法，其进一步包括在包层钢的制备和包层钢的蚀刻之间使包层钢脱脂。
3.根据权利要求2所述的用于包层钢的涂布方法，其中在包层钢的脱脂中，在电流密度为1至4A/dm以及电压为4至6V的条件下，将包层钢在25至35g/l磷酸三钠Na3PO4水溶液中阴极脱脂30秒至3分钟的时间。
4.根据权利要求1所述的用于包层钢的涂布方法，其中在包层钢的蚀刻中，将包层钢在包含100至200g/l氢氧化铵NH4OH和50至200g/l邻苯二甲酸氢钾KHP的水溶液中浸渍3至5分钟以进行蚀刻，在蚀刻时温度为20至30℃。
5.根据权利要求1所述的用于包层钢的涂布方法，其中在包层钢的加热中，将包层钢在100至200℃下加热2至3分钟的时间。
6.根据权利要求1所述的用于包层钢的涂布方法，其中在进行电镀时，将包层钢浸渍于涂布溶液中，然后将10至20V的电压在40至50℃下施用1至5分钟的时间以在包层钢上电镀涂布溶液。
7.根据权利要求1所述的用于包层钢的涂布方法，其进一步包括在进行电镀之后在80至100℃下干燥10至20分钟。
8.一种用于涂布包层钢的涂布溶液，其包含按重量百分比wt％计的40％至50％丙烯酸树脂、10％至15％TiO2、10％至15％环氧树脂、10％至20％三聚氰胺固化剂、5％至10％芳香族溶剂以及10％至15％环己酮。
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