CN116083893A - 一种金属基材的处理方法及用于制备车辆的材料 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种金属基材的处理方法及用于制备车辆的材料，涉及车辆制备领域。金属基材的处理方法包括以下步骤：将金属基材浸泡于锆盐溶液中以形成锆化膜，锆盐溶液呈酸性；且锆盐溶液中还含有添加剂，添加剂包括硝酸钠、亚硝酸钠中的一种或两种；金属基材中含有锰，且锰的质量份数不小于0.5％。使用本申请实施例的处理方法得到的材料，金属基材和锆化膜之间的附着力能得到明显的提升。
Description
技术领域
本申请涉及车辆制备领域，具体而言，涉及一种金属基材的处理方法及用于制备车辆的材料。
背景技术
车辆在制备的过程中，用作车身的金属基材一般经历涂覆锆化膜、电泳处理等工艺，这些工艺一般被称为涂装工序；经过涂装工序处理后的金属基材不容易生锈，具有较长的使用寿命。
其中涂覆锆化膜的步骤作为涂装工序中的步骤之一，一般是将金属基材浸泡在锆盐溶液中，锆离子会发生电化学反应，在金属基材的表面附着一层锆化膜，锆化膜可以起到防锈、防冲击、耐腐蚀等保护金属基材的作用，能提升车辆的使用寿命。
但是申请人发现，目前的涂装工序中，在金属基材表面形成锆化膜后，锆化膜和金属基材之间的附着力容易因输送设备异常停线，锆化浸泡时间过长等原因产生异常现象，导致锆化膜从金属基材的表面脱落。
发明内容
本申请实施例可以提供一种金属基材的处理方法及用于制备车辆的材料，能很好地改善金属基材和锆化膜之间的附着力，锆化膜不容易从金属基材的表面脱落。
第一方面，本申请实施例提供了一种金属基材的处理方法，其包括以下步骤：将金属基材浸泡于锆盐溶液中以形成锆化膜，锆盐溶液呈酸性；且锆盐溶液中还含有添加剂，添加剂包括硝酸钠、亚硝酸钠中的一种或两种；金属基材中含有锰，且锰的质量份数不小于0.5％。
在上述技术方案中，金属基材会在锆盐的酸性溶液中发生电化学反应，形成一层纳米级的无机薄膜，即锆化膜；锆化膜具有很强的耐蚀、耐酸、耐碱等性能，可以起到保护金属基材的作用。而且申请人发现，金属基材表面的锆化膜之所以容易脱落，是因为使用的金属基材中会不可避免地含有锰，一旦锰的含量过多(一般是锰含量不小于0.5wt％)，在形成锆化膜时，锰也会以离子的形式参与反应，形成诸如MnF、Mn(OH)、MnOOH等不溶于水的松散锰化合物，这些锰化合物不溶于水，又比较松散，就会影响锆化膜和金属基材之间的附着力，从而使得车膜脱落。
基于此，申请人又发现，如果在形成锆化膜的过程中存在硝酸钠或亚硝酸钠，则锰就容易形成硝酸锰之类的溶解度高的物质，这样就能很好地除去金属基材中的锰，从而改善金属基材和车膜之间的附着力。
因此，在锆盐的酸性溶液中加入硝酸钠或亚硝酸钠，就能够很好地改善金属基材和锆化膜之间的附着力，使得锆化膜不容易从金属基材的表面脱落。
在一种可能的实现方式中，以钠离子的浓度计，添加剂的浓度为800～1300ppm。
在上述技术方案中，将添加剂的浓度控制在800～1300ppm，能更好地保证锆化膜不容易从金属基材的表面脱落。
在一种可能的实现方式中，锆盐为氟酸锆盐。
在上述技术方案中，满足上述情况的锆盐反应速率更快，更有利于提升锆化膜的涂覆速率。
在一种可能的实现方式中，以锆离子的浓度计，锆盐的浓度为0.7～1.2g/L。
在一种可能的实现方式中，浸泡于锆盐溶液中的时间为3～45min；可选地，浸泡于锆盐溶液中的时间为3～15min。
在上述技术方案中，将浸泡时间控制在3～45min范围内，更有利于提升金属基材和锆化膜之间的附着力。
在一种可能的实现方式中，锆盐溶液中的pH值为4.0～4.8。
在一种可能的实现方式中，金属基材为冷轧板，冷轧板的含锰量按重量份数计为0.5％～3％。
在上述技术方案中，冷轧板的刚性较强，不容易发生形变，有利于提升车辆自身的强度。
在一种可能的实现方式中，在形成锆化膜之后，再将表面附着有锆化膜的金属基材置于电泳槽中进行电泳处理；电泳处理的时间为15～20min。
在上述技术方案中，在金属基材表面附着锆化膜后，再在电泳槽中进行电泳处理，能够在锆化膜的表面形成车漆膜，车漆膜也可以起到保护金属基材的作用，同时车膜还能够起到美观的作用。
在一种可能的实现方式中，使用Hy-Lite细菌检测仪测试电泳槽内的细菌量，控制细菌量不大于12。
在上述技术方案中，电泳槽内的细菌量若过多，会提升电泳槽的pH值，这样在电泳处理时，形成的车漆膜的厚度较厚，而且组织松散，与锆化膜的附着力会下降。
第二方面，本申请实施例提供了一种用于制备车辆的材料，其是经上述的金属基材的处理方法处理得到。
在上述技术方案中，使用上述处理方法的到的材料，金属基材和锆化膜之间的附着力能得到明显的改善，锆化膜不容易从金属基材的表面脱落。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的附着力结果分级示意图。
具体实施方式
在生产诸如汽车、新能源汽车之类的车辆时，绝大部分都是采用铝合金、铁合金之类的金属基材制备车身；在使用这类金属基材制备车身时，需要在其表面附着一层锆化膜，然后再在锆化膜的表面附着车漆膜，这样金属基材就不容易生锈。
但是申请人发现，采用现有技术在金属基材的表面形成锆化膜时，会出现锆化膜和金属基材之间的附着力不强的问题，锆化膜容易从金属基材的表面脱落，这样锆化膜表面的车漆膜也会随着锆化膜一起脱落，金属基材就容易生锈，使用寿命会受到影响。
基于上述的技术问题，申请人发现，锆化膜之所以容易脱落，是因为使用的金属基材中会不可避免地含有锰，一旦锰的含量过多，在形成锆化膜时，锰也会参与反应。
锆化膜的形成是由于锆盐在酸性溶液中发生了电化学反应，具体的反应机理为：HFZr+X+H O→ZrO+X﹢+F﹣+H﹢，其中X为金属基材的金属离子成分；若X为Zn、Mg、Fe、Al等金属基材时，生成的离子化合物是致密稳定的化合物，但是若X为Mn时，就会形成诸如MnF、Mn(OH)、MnOOH等不溶于水的松散锰化合物，这些锰化合物不溶于水，又比较松散，就会影响锆化膜和金属基材之间的附着力，从而使得锆化膜脱落；而且一旦金属基材中的锰含量超过0.5％时，这种现象就尤为明显。
基于该技术问题，申请人还发现，若在形成锆化膜的过程中存在钠的硝酸盐或亚硝酸盐，则会提升Mn2+的溶解度，生成溶解度高的硝酸锰等物质，这样就不容易影响锆化膜和金属基材之间的附着力。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例的金属基材的处理方法进行具体说明。
S100、形成锆化膜：将金属基材浸泡于锆盐溶液中，锆盐溶液呈酸性且含有诸如硝酸钠和/或亚硝酸钠之类的添加剂。
在本步骤中，在锆盐的酸性溶液中加入诸如硝酸钠和/或亚硝酸钠之类的添加剂，能很好地除去金属基材中的锰，从而提升锆化膜和金属基材之间的附着力。而且在本步骤中，以钠离子的浓度计，添加剂的浓度一般为800～1300ppm，这样能更好地保证锆化膜不容易从金属基材的表面脱落。酸性溶液的pH一般在4.0～4.8之间，这样方便形成锆化膜的反应快速进行。
在实际工业生产过程中，本步骤一般是在锆化槽内进行的，锆化槽中盛有锆盐的酸性溶液以及添加剂之类的物质，金属基材的浸泡时间一般是3～45min，具体可以是3～15min，例如，可以是4min、8min、12min、20min、25min、30min、40min等。若浸泡时间过短，可能会导致成膜不完整，锆化膜的耐蚀性可能不足：如果浸泡时间过长，则可能会导致成膜不均匀或膜层有裂缝，附着力降低。另外，在实际工业生产过程中，添加剂需要不断地添加以保持浓度的稳定，而且在加入添加剂时，要关闭锆化槽中的搅拌泵。
另外，在本步骤中，锆盐一般为氟酸锆盐，氟酸锆盐的反应速率更快，更有利于提升锆化膜的涂覆速率，而且在实际生产过程中，有时还会在氟酸锆盐中添加硅烷等成分；而且以锆离子的浓度计，锆盐的浓度一般在0.7～1.2g/L之间，此时氟离子的浓度一般为15～90ppm。
此外，在本步骤中，金属基材一般是冷轧板，冷轧板的刚性较强，不容易发生形变，有利于提升车辆自身的强度；而且冷轧板中的锰含量较高，本申请的处理方法更适用于冷轧板，尤其是锰含量在0.5wt％～3.0wt％之间的冷轧板。
S200、电泳处理：将表面附着有锆化膜的金属基材置于电泳槽中进行电泳处理。
本步骤能够在锆化膜的表面形成车漆膜，车漆膜也可以起到保护金属基材的作用，同时车膜还能够起到美观的作用。电泳处理的时间一般在15～20min的范围内。
在本步骤中，需要注意的是细菌量，使用Hy-Lite细菌检测仪测试电泳槽内的细菌量，控制细菌量不大于12；若电泳槽内的细菌量过多，会提升电泳槽的pH值，这样在电泳处理时，形成的车漆膜的厚度较厚，而且组织松散，与锆化膜的附着力会下降。
经上述步骤处理后的材料，金属基材和锆化膜之间的附着力会增大，锆化膜不容易从金属基材的表面脱落，能用于制备车辆。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种金属基材的处理方法，其包括以下步骤：
(1)将型号为GC270，含锰量为0.5wt％的冷轧钢在锆化槽中浸泡3min以形成锆化膜，锆化槽中含有pH值为4.5的BONDERITE M-NT 1820溶液，以锆离子的浓度计，溶液的浓度为1.121g/L；而且锆化槽中含有硝酸钠，以钠离子的浓度计，硝酸钠的浓度为800ppm。
(2)将表面附着有锆化膜的冷轧钢置于电泳槽中进行电泳处理，处理时间为16min；电泳槽内的电泳涂料为阴极电泳涂料，具体是BASF CathoGuard 800-FT25-7820，使用Hy-Lite细菌检测仪测试电泳槽内的细菌量，保证细菌量为10。
实施例2
本实施例提供了一种金属基材的处理方法，其相比于实施例1，主要具有以下区别：步骤(1)中，冷轧钢的型号为GC220Y，含锰量为0.8wt％。
实施例3
本实施例提供了一种金属基材的处理方法，其相比于实施例1，主要区别为：步骤(1)中，冷轧钢的型号为GC340，含锰量为1.7wt％。
实施例4
本实施例提供了一种金属基材的处理方法，其相比于实施例1，主要区别有：步骤(1)中，使用同浓度的亚硝酸钠代替硝酸钠。
实施例5
本实施例提供了一种金属基材的处理方法，其相比于实施例3，主要区别有：步骤(1)中，硝酸钠的浓度为1300ppm。
实施例6
本实施例提供了一种金属基材的处理方法，其相比于实施例1，主要区别有：锆盐为Nippon 9030(该材料中含有氟锆酸盐和硅烷)。
对比例1
本对比例提供了一种金属基材的处理方法，其相比于实施例1，主要区别有：锆化槽中不含有硝酸钠。
对比例2
本对比例提供了一种金属基材的处理方法，其相比于实施例1，主要区别为：使用同浓度的氯化钠代替硝酸钠。
对比例3
本对比例提供了一种金属基材的处理方法，其相比于实施例6，主要区别为：锆化槽中不含有硝酸钠。
表1显示了各个实施例和各个对比例处理条件的主要区别：
表1实施例1～6和对比例1～3的处理条件
应用例
分别对上述实施例和对比例中的材料进行附着力测试，以得到金属基材和锆化膜之间的附着力详细数据，测试方法如下：
根据GB/T 5270和ASTM B 571的要求，在板材上用刀片划穿电泳涂层，画出10*10的间距1mm的网格图形后，用45g/mm的胶带粘上，撕下，以图1中附着力结果分级示意图为标准，得到如表2所示的测试评级结果。测试过程中具体注意事项有：
(1)将试样放置于平整稳定的表面，以防止变形。
(2)握住刀具，均匀的以适宜间距及切割速率在形成规定数目的切割数。
(3)与原切线90°相交，进行切割，形成网格图形。
(4)用软毛刷沿对角线方向刷去碎屑。
(5)取下75mm长的粘胶带，胶带中心位于网格中心，用手指按压平整贴于表面。
(6)贴上五分钟内，以60°角在0.5s或1s内平稳的撕下胶带。
表2各实施例和对比例附着力的测试评级结果
| 组别 | 附着力测试结果 | 分级测试结果 |
| 实施例1 | OK | 1级 |
| 实施例2 | OK | 1级 |
| 实施例3 | OK | 1级 |
| 实施例4 | OK | 1级 |
| 实施例5 | OK | 0级 |
| 实施例6 | OK | 1级 |
| 对比例1 | NG | 2级 |
| 对比例2 | NG | 2级 |
| 对比例3 | NG | 2级 |
由表2可知，采用本实施例中的处理方法处理后得到的材料，锆化膜和金属基材的附着力得到明显的提升，锆化膜能够更好地起到保护金属基材的作用，可以用于制备性能好的车辆。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金属基材的处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将金属基材浸泡于锆盐溶液中以形成锆化膜，所述锆盐溶液呈酸性；且所述锆盐溶液中还含有添加剂，所述添加剂包括硝酸钠、亚硝酸钠中的一种或两种；
所述金属基材中含有锰，且锰的质量份数不小于0.5％。
2.根据权利要求1所述的金属基材的处理方法，其特征在于，以钠离子的浓度计，所述添加剂的浓度为800～1300ppm。
3.根据权利要求1所述的金属基材的处理方法，其特征在于，所述锆盐为氟酸锆盐。
4.根据权利要求1或3所述的金属基材的处理方法，其特征在于，以锆离子的浓度计，所述锆盐的浓度为0.7～1.2g/L。
5.根据权利要求1所述的金属基材的处理方法，其特征在于，浸泡于所述锆盐溶液中的时间为3～45min；可选地，浸泡于所述锆盐溶液中的时间为3～15min。
6.根据权利要求1所述的金属基材的处理方法，其特征在于，所述锆盐溶液中的pH值为4.0～4.8。
7.根据权利要求1所述的金属基材的处理方法，其特征在于，所述金属基材为冷轧板，所述冷轧板的含锰量按重量份数计为0.5％～3％。
8.根据权利要求1所述的金属基材的处理方法，其特征在于，在形成所述锆化膜之后，再将表面附着有所述锆化膜的所述金属基材置于电泳槽中进行电泳处理；可选地，电泳处理的时间为15～20min。
9.根据权利要求8所述的金属基材的处理方法，其特征在于，使用Hy-Lite细菌检测仪测试所述电泳槽内的细菌量，控制细菌量不大于12。
10.一种用于制备车辆的材料，其特征在于，其是经权利要求1～9任一项所述的金属基材的处理方法处理得到的。
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|---|---|---|---|
| CN202310105458.2A CN116083893A (zh) | 2023-02-09 | 2023-02-09 | 一种金属基材的处理方法及用于制备车辆的材料 |
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| CN116083893A true CN116083893A (zh) | 2023-05-09 |
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- 2023-02-09 CN CN202310105458.2A patent/CN116083893A/zh active Pending
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