CN113818018B - 一种用于金属基板的表面调整剂以及金属基板的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无磷涂装前处理的表面调整剂，每升表面处理剂，由如下质量的组分混合配制而成：15～20g铜盐、1～2g偏硅酸钠、1～2g四硼酸钾、1～2g硝酸以及余量为水。本发明还公开了基于上述表面调整剂的金属基材表面处理方法，具体为：所述方法先对金属基板进行表面调整，表面调整后再金属基板进行无磷表面前处理和电泳涂装。本发明表面调整剂在不改变现有涂装工位的情况下，取代原有的无磷前处理前的水洗工位，能大幅度提高无磷前处理对各类板材的适用性，大幅度提高无磷前处理对各类板材缺陷的遮盖力，同时能有效的缓解现有采用碱性脱脂剂清洗钢材表面残留碳灰时去除能力不足所带来的负面影响；经过本发明表面调整后，进入无磷前处理的板材洁净度高、形核点多、板材表面形核点均一性高，从而大幅度提高无磷前处理后板材的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于金属基板的表面调整剂，还涉及金属基板的表面处理方法。
背景技术
以锆系转化物为主的无磷涂装前处理技术作为一种新的金属表面处理工艺，尽管经过了十几年的发展，但是目前行业内主流的无磷表面处理剂在耐蚀性这块与传统磷化相比仍有一定距离。同时无磷前处理由于其薄膜性质，无法对板材本身的缺陷进行有效遮盖，当板材表面灰多、粗糙、不干净时对后续漆膜的耐蚀性以及板材外观均有影响，因此无磷前处理只适用于处理正常、干净的板材，适应不同条件的板材能力较弱，成为其全面取代传统磷化技术的一个壁垒。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种用于无磷前处理工艺前的金属基板的表面调整剂，经过表面调整后的金属基板表面，能够提高后续无磷前处理形成的膜层的耐蚀性和无磷前处理对不同条件基板的适应性。
本发明还提供一种金属基板的表面处理方法，该方法先对金属基板进行表面调整，表面调整后再进行无磷前处理和电泳涂装，最后得到的漆膜厚度和耐蚀性与磷化处理后的耐蚀性相当。
技术方案：本发明所述的用于无磷涂装前处理的表面调整剂，每升表面处理剂，由如下质量的组分混合配制而成：15～20g铜盐、1～2g偏硅酸钠、1～2g四硼酸钾、1～2g硝酸以及余量为水。
其中，所述硝酸的质量百分浓度为65～68％。
其中，所述铜盐为醋酸铜、硫酸铜或硝酸铜中的一种。
其中，所述表面调整剂的使用pH在3.5～5.5。
基于上述表面调整剂的金属基的表面处理方法，具体为：所述方法先对金属基板进行表面调整，表面调整后再金属基板进行无磷表面前处理和电泳涂装。
其中，表面调整具体为：将金属基板在室温下于表面调整稀释液中浸泡1～3min，期间间歇性摆动。
其中，无磷表面前处理具体为：将金属基板在室温下于无磷表面前处理稀释液中浸泡3min。
其中，电泳涂装具体为：使用水性阴极电泳涂料对表面湿润前处理后的金属基板进行电泳，所得金属基板表面漆膜厚度为20±1μm；处理后的金属基板使用去离子水冲洗，水洗后的金属基板在170℃条件下固化25分钟，取出后在室温下晾干。
本发明表面调整剂的主要作用以及影响机理如下：
(1)酸性条件下对基板表面浮锈的去除：
H++Fe2O3→Fe2++H2O
同时通过表面调整剂中的缓蚀剂偏硅酸钠以及四硼酸钾能够有效的抑制氢离子对钢材基板的过腐蚀，从而为无磷前处理提供一个干净的基板表面。
(2)酸性条件下对基板表面残留碳灰以及铁灰的清洗
涂装车间的板材五花八门，部分板材由于轧制以及退火过程中的碳析出和高温氧化，板材表面残留大量黑色碳灰，这类碳灰采用碱性脱脂剂不易清洗，严重影响无磷前处理后的薄膜性能。本发明表面调整剂使用pH在4.5-5.5，尽管有缓蚀剂的存在，酸性条件下，氢离子对铁基体也会有轻微的刻蚀，通过氢离子与铁形成反应微区生成氢气溢出作用带走钢材表面残留的碳灰(气泡从表面溢出，带走表面的物质)，从而为无磷前处理提供一个纯净的钢材表面。
(3)Fe-Cu原电池的形成，成膜形核点的增加以及致密化。
表面调整剂含有较多的铜盐，可与钢材表面的铁发生置换反应，使得大量的铜形核点留在钢材表面，从而在钢材表面形成了无数的Fe-Cu原电池，为后续无磷前处理提供大量的反应成膜形核点，提高前处理膜层的致密性，进而提高前处理膜层的耐蚀性。
由于金属表面进行过微观结构调整，因此锆盐成膜速率加快，膜的致密度增加，因为无磷前处理过程初期是成核，成核的同时再沉积锆化膜；而表面调整后是在有形核点基础上直接沉积锆离子，因此成膜速率加快；并且无磷前处理成核同时成膜，会存在成核不均匀导致膜致密性不够的问题，而表面调整后金属基材表面有分布均匀的形核点，从而使得前处理过程成膜更加规整、致密。
有益效果：本发明表面调整剂在不改变现有涂装工位的情况下，取代原有的无磷前处理前的水洗工位，能大幅度提高无磷前处理对各类板材的适用性，大幅度提高无磷前处理对各类板材缺陷的遮盖力，同时能有效的缓解现有采用碱性脱脂剂清洗钢材表面残留碳灰时去除能力不足所带来的负面影响；本发明用于无磷前处理前的表面调整剂，利用酸性条件下氢离子对钢材表面浮锈的去除；微阴极溢出氢气对重灰板材表面残留的碳灰进行有效的去除；铜盐与钢材基体的置换反应形成无数微区原电池增加无磷前处理时成膜的形核点；同时添加的缓蚀剂可有效抑制酸性条件下对钢材基体的过腐蚀，经过本发明表面调整后，进入无磷前处理的板材洁净度高、形核点多、板材表面形核点均一性高，从而大幅度提高无磷前处理后板材表面膜层的耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明技术方案作进一步阐述。
实施例1
本发明表面调整剂的配制：每1升表面调整剂，采用如下质量的组分混合配制而成：醋酸铜：15g、偏硅酸钠：1g、四硼酸钾：1g、硝酸：1g以及去离子水余量；其中，硝酸的质量浓度为65～68％。
试验板材：采用市售某重灰冷轧板，规格为(150mm×70mm×1.2mm)。
工艺流程：
脱脂→自来水洗→纯水洗→表面调整→无磷表面处理→自来水洗→纯水洗→电泳涂装→自来水洗→纯水洗→纯水洗→固化
各工艺流程简介：
脱脂处理：采用市售某碱性加热型冷轧板脱脂剂，在50℃条件下摆洗冷轧板材5分钟。
脱脂后的水洗：在室温下自来水中摆洗1分钟，纯水中摆洗1分钟。
表面调整处理：使用实施例1表面调整剂配置的稀释液对冷轧板材进行表面调整，将板材在室温下于表面调整稀释液中浸泡1min，期间间歇性摆动。
无磷表面处理：南京科润公司的KR-S210和KR-S211(均为市售产品)，室温条件下处理3min。
无磷表面处理后的水洗处理：表面处理后在依次在自来水中摆洗1min，纯水中摆洗1min。
电泳涂装：使用湘江关西涂料公司生产的HT8000C水性阴极电泳涂料对表面湿润的经无磷表面处理剂处理后的冷轧板材进行电泳，所得试板表面漆膜厚度为20±1μm。电泳后的样板使用去离子水冲洗30秒钟，将水洗后的电泳后试板在170℃条件下固化25分钟，取出后在室温下晾干。
冷轧铁板表面调整剂的使用浓度为5‰，即每公斤工作液中加入5g上述表面调整剂，得到稀释处理液，使用此稀释处理液浸泡处理样板1分钟，然后直接进行表面处理工序。
对比实施例1
试验板材：采用市售某重灰冷轧板，规格为(150mm×70mm×1.2mm)。
工艺流程：脱脂→自来水洗→自来水洗→纯水洗→无磷表面处理→自来水洗→纯水洗→电泳涂装→自来水洗→纯水洗→纯水洗→固化
对比实施例2
试验板材：采用市售某重灰冷轧板，规格为(150mm×70mm×1.2mm)。
工艺流程：脱脂→自来水洗→纯水洗→磷化表面处理→磷化处理→自来水洗→纯水洗→电泳涂装→自来水洗→纯水洗→纯水洗→固化
对比实施例1中未在无磷表面处理前进行表面调整处理，对比实施例1选用的无磷表面处理剂为：南京科润公司的KR-S210和KR-S211(均为市售产品)。
对比实施例2选用的表面处理剂为磷化表面处理剂。
将实施例1和对比实施例1～2工艺对重灰冷轧板材除灰性能以及对后道漆膜盐雾性能的影响见表1。
表1
通过表1可知，经本发明表面调整剂处理重灰试板后，重灰试板表面黑灰能够有效去除，1000h中性盐雾性能相比于对比实施例1明显提升，不低于传统磷化处理。
实施例2(裸膜耐性能以及中性盐雾性能的提升)
不进行电泳涂装，无磷表面处理后，采用冷风吹干得到裸膜。同步对比磷化前处理和不采用本发明表面调整剂处理直接进行无磷前处理得到的裸膜，裸膜的耐蚀性见表2。
实施例2工艺流程：
试验板材：板材为某市售标准冷轧板(规格为(150mm×70mm×0.8mm)，基本不含灰。
脱脂→自来水洗→纯水洗→表面调整→无磷表面处理
采用的表面调整剂同实施例1的表面调整剂，无磷表面处理为南京科润公司的KR-S210和KR-S211(均为市售产品)。
对比实施例1
试验板材：板材为某市售标准冷轧板(规格为(150mm×70mm×0.8mm)，基本不含灰。
工艺流程：脱脂→自来水洗→自来水洗→纯水洗→无磷表面处理对比实施例2
试验板材：板材为某市售标准冷轧板(规格为(150mm×70mm×0.8mm)，基本不含灰。
工艺流程：脱脂→自来水洗→纯水洗→磷化表面处理→磷化处理
对比实施例1中未在无磷表面处理前进行表面调整处理，对比实施例1选用的无磷表面处理剂为：南京科润公司的KR-S210和KR-S211(均为市售产品)。
对比实施例2选用的表面处理剂为磷化表面处理剂。
表2
通过表2可知，经过该发明的表面调整剂处理后再进行无磷前处理，裸膜耐蚀性以及电泳涂装后漆膜耐中性盐雾腐蚀性能和磷化前处理的裸膜耐蚀性以及电泳涂装后漆膜的中性盐雾腐蚀性能基本相当，大幅度优于不进行表面调整的无磷前处理得到的膜耐蚀性以及电泳涂装后漆膜耐中性盐雾腐蚀性能。
Claims (3)
1.一种金属基材表面处理方法，其特征在于：所述表面处理方法所使用的表面调整剂采用如下质量的组分混合配制而成：每升表面调整剂中含有醋酸铜：15g；偏硅酸钠：1g；四硼酸钾：1g；硝酸：1g以及去离子水余量；其中，硝酸的质量浓度为65~68%；所述表面调整剂使用pH在4.5~5.5；
上述表面处理方法具体为：先对金属基板进行表面调整，表面调整后再对金属基板进行无磷表面前处理和电泳涂装；表面调整具体为：将金属基板在室温下于表面调整稀释液中浸泡1~3min，期间间歇性摆动；其中，表面调整剂的使用浓度为5‰，即每公斤工作液中加入5g上述表面调整剂，得到表面调整稀释液。
2.根据权利要求1所述的金属基材表面处理方法，其特征在于，无磷表面前处理具体为：将金属基板在室温下于无磷表面前处理稀释液中浸泡3~5min。
3.根据权利要求1所述的金属基材表面处理方法，其特征在于，电泳涂装具体为：使用水性阴极电泳涂料对表面湿润经前处理后的金属基板进行电泳，所得金属基板表面漆膜厚度为20±1μm；处理后的金属基板使用去离子水冲洗，水洗后的金属基板在高温下固化。
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