CN114763608A - 一种应用于镀锌钢板的表面润滑处理剂及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于镀锌钢板的表面润滑处理剂及其处理方法，处理剂的成分包括：Mn2+：0.1‑10g/L、Ni2+：0.2‑20g/L、Na+：0.1‑30g/L、PO43‑：1‑110g/L、MoO42‑：0.2‑30g/L、NO3‑：1‑150g/L、表面活性剂：10‑600mg/L、硅烷偶联剂：20‑1000mg/L、酸度调节剂，其余为水；所述处理剂的总酸度10‑60，自由酸度1‑5，酸比5‑40。还提供了一种热镀锌板的制备方法，该方法包括：将镀锌钢板带钢通过装有上述表面处理剂的溶液槽中浸涂，时间控制在30‑80s(秒)范围内，在70‑140℃度温度下进行烘干。本发明提供的应用于镀锌钢板的表面润滑处理剂及其处理方法，可在镀锌钢板表面形成一层固体润滑膜，降低镀锌钢板表面摩擦系数，改善冲压成形质量；减少模具损耗，降低加工成本；提高镀锌钢板的涂装性能和焊接性能，同时不影响其磷化性能；增强镀锌钢板耐腐蚀性能，降低储运、加工、环保成本。
Description
技术领域：
本发明涉及一种表面润滑剂及其处理方法，主要应用于镀锌钢板的表面处理。
背景技术：
镀锌板是将金属锌镀覆在钢板表面得到的一种金属材料。由于其优良的装饰和涂装性、耐蚀性和成型性能，可应用在汽车制造业、建筑业及家电制造等领域。在这些领域的应用过程中，镀锌板大多数需要一些机械加工，如辊轧成型、冲压、剪切及金属板材弯曲变形等过程。由于镀锌钢板的镀锌层较软，成形性能差，镀层与模具之间的摩擦系数较高，镀层在冲压成形时容易出现掉粉、黑变等问题，有时甚至会导致冲压时钢板开裂，不仅影响成型零件的外观质量、耐蚀性和涂装性等，而且会加剧模具的磨损，降低其使用寿命。涂油虽然可以改善热镀锌钢板的成型性能，但采用涂油工艺后，增加涂油和脱脂两道工序，不但增加生产成本，而且涂油和脱脂工序中产生的化学物质还将污染环境；同时又增加了镀锌板的加工程序，造成能源和人力的浪费，不符合可持续发展的要求。
公开号为CN103102790A的专利提供了一种镀锌钢板用润滑涂料、自润滑镀锌钢板及其生产方法，生产的自润滑热镀锌钢板具有较低的摩擦系数，可以提高热镀锌钢板的成型性能，同时具有良好的耐腐蚀性能、涂装性能，并满足欧盟Rohs环保指令要求。该方法将由基体树脂、润滑组分以及添加剂组成的有机润滑涂料，用一步法辊涂工艺涂覆于镀锌钢板表面，形成一层0.5g/m2～1.5g/m2的自润滑皮膜。但该方法生产的镀锌钢板没有提供焊接性能试验的参考数据，焊接性能无法保证。
公开号为CN101376859A的专利提供了一种镀锌钢板表面润滑处理剂，采用浸涂方法，可在镀锌钢板表面形成一层薄的透明的无机固体膜，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，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，且对磷化处理没有不利影响。但该方法生产的镀锌钢板的耐蚀性能没有得到明显增强，镀锌钢板在加工前的储运环节仍有一定的锈蚀风险，在实际生产中仍需要通过涂防锈油来增强其耐蚀性能，增加生产工序和环保成本。
为了解决镀锌钢板在冲压过程中易产生模具粘锌、镀层掉粉，影响模具使用寿命、导致钢板冲压开裂、影响冲压件的表面质量的问题，同时增强镀锌钢板的耐腐蚀性能、涂装性能、焊接性能，降低生产及储运成本，本发明提供了一种应用于镀锌钢板的表面润滑处理剂及其处理方法。
发明内容：
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种应用于镀锌钢板的表面润滑处理剂及其处理方法，通过所述表面润滑处理剂处理的镀锌钢板，不仅冲压成型性能明显提高，耐腐蚀性能、涂装性能、焊接性能明显增强，而且生产成本也进一步降低。
本发明所述应用于镀锌钢板的表面润滑处理剂，包含以下成分：Mn2+：0.1-10g/L、Ni2+： 0.2-20g/L、Na+：0.1-30g/L、PO4 3-：1-110g/L、MoO4 2-：0.3-30g/L、NO3-：1-150g/L、表面活性剂：10-600mg/L、硅烷偶联剂：20-1000mg/L、酸度调节剂，其余为水；所述处理剂的总酸度10-60，自由酸度1-5，酸比5-40。其中：表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种。
本发明提供的这种处理剂，一个优选的实施方式为：Mn2+含量为0.1-5g/L，更优选的实施方式为：Mn2+含量为0.1-1g/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0.2-10g/L，更优选的实施方式为：Ni2+含量为0.3-3g/L。
本发明提供的这种处理剂，一个优选的实施方式为：MoO4 2-含量为0.3-10g/L，更优选的实施方式为：MoO4 2-含量为0.5-2g/L。
本发明提供的这种处理剂，一个优选的实施方式为：表面活性剂含量为30-300mg/L，更优选的实施方式为：表面活性剂含量为50-200mg/L。
本发明提供的这种处理剂，一个优选的实施方式为：硅烷偶联剂含量为50-800mg/L，更优选的实施方式为：硅烷偶联剂含量为80-500mg/L。
本发明提供的这种处理剂，一个优选的实施方式为：总酸度10-50，自由酸度1-4，酸比 5-30，更优选的实施方式为：总酸度20-50，自由酸度2-4，酸比10-30。
处理剂中主要组成成分的作用及含量说明：
Mn2+是成膜组分之一，能够明显的增加固体膜结晶、细化晶粒，使固体膜结晶更加致密，降低膜重，使固体膜的结晶形态由块状转变为薄片堆积状，提高固体膜的润滑性能、耐腐蚀性能，以及增强与有机涂层的结合力。当Mn2+含量小于0.1g/L时，不能取得足够的效果；而含量过大时，又会导致后期形成的固体膜疏松且不连续。
Ni2+是成膜组分之一，能够加速成膜、细化晶粒，而且能提高膜的耐腐蚀性能，当Ni2+的含量小于0.1g/L时，固体膜膜层过薄；Ni2+含量高一般不会产生不良影响，但会大大增加成本。
MoO4 2-是成膜组分之一，具有钝化作用和加速作用；同时也可以起到缓蚀剂、活化剂和净化剂的作用，减少沉渣；可形成薄而致密的固体膜，增强润滑性。当MoO4 2-的含量小于0.3g/L 时，作用不明显；MoO4 2-含量过高会使镀锌钢板表面过钝化而得不到理想的成膜效果。
表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种，含量控制在10-600mg/L范围内。
硅烷偶联剂以亲水性的为佳，如γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH792)等，含量控制在20-1000mg/L范围内。
所述处理剂的总酸度10-60，自由酸度1-5，酸比5-40。适当提高总酸度，可以使成膜离子浓度增大，成膜更容易进行，且膜层细致、均匀；总酸度过小，成膜离子浓度小，膜层就会变得过薄或不完整，甚至不能够成膜。游离酸度过大时，对金属基体的溶解量过大；游离酸度过低时，金属基体的溶解都比较困难，固体膜难以形成，同时使处理剂稳定性变差，影响成膜质量。酸比较小的处理剂，游离酸度高、金属溶解快、成膜速度慢、时间长、所需温度高；酸比较大的处理剂，成膜速度快、时间短、所需温度低。所以必须控制好处理剂的酸比。
本发明提供的处理剂的处理方法：
将镀锌钢板带钢通过装有上述表面处理剂的溶液槽中浸涂，时间控制在30-80s(秒)范围内，在70-140℃度温度下进行烘干。
本发明提供的应用于镀锌钢板的表面润滑处理剂及其处理方法，可在镀锌钢板表面形成一层固体润滑膜，降低镀锌钢板表面摩擦系数，改善冲压成形质量；减少模具损耗，降低加工成本；提高镀锌钢板的涂装性能和焊接性能，同时不影响其磷化性能；增强镀锌钢板耐腐蚀性能，降低储运、加工、环保成本。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，结合以下具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例中的基板选择表面无油污、其它杂质的镀锌钢板。
按下表1中的成分配置表面处理剂。
将镀锌钢板带钢通过装有上述表面处理剂的溶液槽中浸涂，时间控制在30-80s(秒)范围内，在70-140℃度温度下进行烘干。
表1 表面润滑处理剂的成分配比
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| Mn<sup>2+</sup> | 1 | 5 | 0.5 | 0.1 | 2 | 0.2 |
| Ni<sup>2+</sup> | 2 | 0.2 | 1 | 10 | 5 | 3 |
| MoO<sub>4</sub><sup>2-</sup> | 1.5 | 15 | 2 | 0.3 | 0.5 | 1 |
| 表面活性剂 | 150 | 30 | 100 | 500 | 200 | 300 |
| 硅烷偶联剂 | 300 | 800 | 100 | 50 | 500 | 200 |
| 总酸度 | 25 | 10 | 50 | 60 | 30 | 40 |
| 自由酸度 | 2 | 1 | 3 | 1.5 | 5 | 4 |
| 酸比 | 30 | 5 | 10 | 40 | 20 | 35 |
各项试验结果
表面形貌
图1为本发明表面润滑剂处理的镀锌钢板试样表面SEM图和AFM3D效果图。由图1可见，试样表面存在大量约1-3μm大小的颗粒，少数颗粒处涂层出现小孔，这种涂层结构为表面提供粗糙度能够为后续涂装增加附着力。
表面粗糙度
图2为本发明表面润滑剂处理的镀锌钢板试样表面轮廓粗糙度。通过高精度表面轮廓仪测得表面粗糙度Ra值为0.980μm，这与实际生产中无处理的镀锌钢板表面粗糙度相近。
摩擦系数测试
通过MWF-003往复摩擦磨损试验机对试样表面摩擦系数进行测量，。正压力FN为10N，平均试验速率为16mm/s。每个试样进行30次循环往复摩擦，第一个循环得到了正反两个方向摩擦系数峰值绝对值的平均值则为该试样初始摩擦系数值，第30次循环得到的正反两个方向摩擦系数峰值绝对值的平均值则为该试样第30次循环摩擦系数值。计算机中涂层的摩擦系数FC根据式(1)实时显示，
FC＝FR/FN (1)
式中：FR为摩擦力。通过得出的摩擦系数曲线可以研究分析试样涂层的润滑性能和耐磨性能。
在无其他添加润滑剂的情况下进行摩擦磨损试验，测得摩擦系数曲线结果见图3。由图3 可见，摩擦系数值在初始1-3个循环内相对不太稳定，之后减少并逐渐平稳，直到30次循环后摩擦系数值基本没有变化，说明表面处理膜比较稳定且耐磨性较好。从计算结果可得，初始摩擦系数值为0.086(实例1，其余实例值0.083-0.098)，第30次循环摩擦系数值为0.071(实例1，其余实例值0.068-0.091)。而纯锌板在涂有润滑油状态下进行测量初始摩擦系数值和第 30次循环摩擦系数值均在1.3以上，因此，本发明表面润滑剂处理的镀锌钢板的润滑性优于涂覆润滑油纯锌板。
耐蚀性
图4为试样经144h中性盐雾试验后的表面形貌。由图4可见，表面润滑剂处理的镀锌钢板144h试验后出现白锈面积小于5％，因此，耐中性盐雾时间大于144h，而纯锌板在24h内则完全白锈覆盖。因此，本发明表面润滑剂处理的镀锌钢板的耐蚀性优于纯镀锌钢板。
焊接性能
表3为试样焊接试验结果，由表3可见，本发明表面润滑剂处理的镀锌钢板的点焊性能与未处理的纯镀锌钢板相近。
表2 焊接试验的焊接工艺参数
表3 焊接试验结果
表面处理膜的溶解性
图5为试样焊接试验结果，实验条件：脱脂剂：FC-L4460A，脱脂温度：50℃，脱脂时间：3min。
由图5可见，本发明表面润滑剂处理的镀锌钢板的润滑膜在脱脂过程中被洗去绝大部分。这对适应磷化、锆化处理工艺有益。
磷化试验
通过挂片试验(磷化工艺)，测表面磷化膜重量与结晶尺寸，试验结果如表4；从表4和图6可以得出结论，表面润滑剂处理的镀锌钢板的磷化性能与未处理的纯镀锌钢板基本相当。因此，本发明表面润滑剂处理的镀锌钢板对磷化性能无负面影响。
表4：挂片试验磷化膜重和结晶尺寸
锆化性能
通过挂片试验(锆化工艺)，测表面Zr量(mg/m2)，试验结果如表5。在锆化工艺中，Zr 量通常要求为60～80mg/m2。从表5可以看出，表面润滑剂处理的镀锌钢板的锆化性能基本满足要求。因此，本发明表面润滑剂处理的镀锌钢板对磷化性能基本无影响。
表5：挂片试验(锆化工艺)镀锌钢板表面Zr量
| 未处理 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 锆处理前 | 8.26 | 11.41 | 10.37 | 12.41 | 11.47 | 12.46 | 9.61 |
| 锆处理后 | 65.71 | 62.79 | 59.82 | 67.24 | 83.61 | 75.77 | 76.73 |
附图说明
图1是试样表表面SEM图和AFM 3D图
图2是试样表面轮廓粗糙度图(Ra＝0.980μm)
图3是摩擦试验摩擦系数曲线图
图4是经144h中性盐雾试验后试样表面形貌图
图5是试样表面处理膜的溶解性图
图6是试样磷化膜表面形貌图。
Claims (14)
1.一种应用于镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，它包含以下成分：Mn2+：0.1-10g/L、Ni2+：0.2-20g/L、Na+：0.1-30g/L、PO4 3-：1-110g/L、MoO4 2-：0.2-30g/L、NO3-：1-150g/L、表面活性剂：10-600mg/L、硅烷偶联剂：20-1000mg/L、酸度调节剂，其余为水；所述处理剂的总酸度10-60，自由酸度1-5，酸比5-40。其中：表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述Mn2+含量为0.1-5g/L。
3.如权利要求2所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述Mn2+含量为0.1-1g/L。
4.如权利要求1所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述Ni2+含量为0.2-10g/L。
5.如权利要求4所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述Ni2+含量为0.3-3g/L。
6.如权利要求1所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述MoO4 2-含量为0.3-10g/L。
7.如权利要求6所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述MoO4 2-含量为0.5-2g/L。
8.如权利要求1所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述表面活性剂含量为30-300mg/L。
9.如权利要求8所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述表面活性剂含量50-200mg/L。
10.如权利要求1所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂：50-800mg/L 。
11.如权利要求10所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂：80-500mg/L 。
12.如权利要求1所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述总酸度10-50，自由酸度1-4，酸比5-30。
13.如权利要求12所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂，其特征在于，所述总酸度20-50，自由酸度2-4，酸比10-30。
14.如权利要求1所述的镀锌钢板的表面润滑处理剂的处理方法，其特征在于，将镀锌钢板带钢通过装有上述表面处理剂的溶液槽中浸涂，时间控制在30-80s(秒)范围内，在70-140℃度温度下进行烘干。
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