CN117702211A - 一种耐加工擦伤镀锡带钢及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺及镀锡带钢，其中包括以下步骤，过程中带钢采用激光毛化辊进行平整预处理后将带钢输送至含有甲基磺酸电镀液的电镀槽内进行锡层电镀，随后将电镀有锡层的带钢表面进行磷酸盐钝化，最后在带钢的外表面进行静电涂油后即得耐加工擦伤镀锡带钢；通过提升电镀过程中电镀电流密度、镀液中锡离子以及添加剂浓度，增大阴极极化，降低Sn2+在阴极的电极反应速度，抑制锡晶粒的无序生长，形成致密、细粒晶体镀层，从而提升镀层抗加工擦伤的能力，配合激光毛化辊的平整预处理以及适量涂油量，使得带钢表面锡层不易在加工过程中脱落，进而提升加工镀锡马口铁的生产效率。
Description
技术领域
本发明属于带钢镀锡技术领域，具体涉及一种耐加工擦伤镀锡带钢及其生产工艺。
背景技术
现有技术中，马口铁是在冷轧带钢表面镀锡的一种产品，具有高强度、易成型、耐腐蚀、高焊接性能、优异印刷性能等特点，在金属包装行业内有着广泛的应用。当带钢表面镀锡量较高时，例如镀锡量在5.6g/m2或以上时，因镀锡层质地较软，在后续带钢的纵切、剪切、冲压等工艺过程中与设备发生摩擦，导致镀层受损甚至脱落，再者因与模具有间隙，现场操作人员需要频繁对设备进行清理以保证设备正常工作，且因带钢表面不平整的关系，带钢表面锡层在加工过程中脱落，致使生产不能连续作业，会导致对生产效率影响极大，现急需作出改进。
发明内容
本发明第一个目的是为了解决现有技术中，当带钢镀锡量较高时带钢上的镀锡层较厚，质地较软，在后续带钢的纵切、剪切、冲压等工艺过程中与设备发生摩擦，导致镀层受损甚至脱落，再者现场操作人员需要频繁对设备进行清理以保证设备正常工作，降低生产效率的技术问题，提出一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺。
本申请还提供一种由上述工艺制备的耐加工擦伤镀锡带钢。
为解决本申请的提出的技术问题，本申请采用以下方案，一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，包括以下步骤：
步骤101.将带钢采用激光毛化辊进行平整预处理，并控制带钢的粗度；
步骤102.对带钢表面进行锡层电镀
将经步骤101平整后的带钢送至含有甲基磺酸电镀液的电镀槽内进行锡层电镀；步骤102中电镀过程中的电流密度为25～35A/dm2；甲基磺酸电镀液由锡离子、甲基磺酸、添加剂、消泡剂、抗氧化剂组成，所述锡离子的浓度为20～30g/L，添加剂的浓度为20～30ml/L；
步骤103.对完成电镀的带钢外表面进行磷酸盐溶液钝化处理
将经步骤102电镀后的带钢送至含有磷酸盐溶液的钝化槽内进行阴极钝化处理；步骤103中所述磷酸盐溶液由磷酸、磷酸钠组成；步骤103钝化过程中电流密度1.5～3.0A/dm2；
步骤104.对完成钝化的带钢外表面进行静电涂油处理
使用润滑油对步骤103中完成钝化的带钢的外表面进行静电涂油后即得耐加工擦伤镀锡带钢。
实际实施过程中，通过将电流密度控制为25～35A/dm2，最优选的电流密度为28A/dm2，电流密度的提高可以增大作业中阴极极化，降低Sn2+在阴极的电极反应速度，抑制锡晶粒的无序生长，形成致密、细粒晶体镀层。一方面可以减少镀层内部的应力和变形，提高镀层的附着力和稳定性，减少镀层中的缺陷和孔洞，提高镀层的致密性和均匀性，从而提高附着力，另一方面，控制电流密度可以减少镀层与基材之间的化学反应和相互作用，从而减少镀层的脱落和剥离现象，附着性好板材才能支持冲压连续作业生产。
优选的，所述锡离子的浓度为20～30g/L，添加剂的浓度为20～30ml/L。
实际实施过程中，将锡离子浓度控制为20～30g/L，可确保镀锡的均匀性和质量，避免出现过厚或过薄的现象，减少镀锡过程中的氢气生成，减少镀层中的缺陷和孔洞，提高镀层的致密性和均匀性，从而提高附着力。同时减少镀层与基材之间的化学反应和相互作用，从而减少镀层的脱落和剥离现象，提高镀层与基材之间的物理结合力和化学结合力，增强镀层的附着力。
优选的，步骤101带钢采用激光毛化辊进行平整预处理后，带钢表面粗度0.5～0.8μm。实际实施过程中，将带钢表面粗度控制为0.5～0.8μm可提供更大的电镀接触面积，有利于镀锡层与基材的物理结合，增强附着力。可以减少镀锡过程中的局部高低差，确保锡层的均匀性和一致性，提高附着力。更为重要的是降低了带钢与加工设备之间的接触面积，从“面”接触变更为“点”接触，减少了镀层因受外力作用而脱落和剥离现象
优选的，步骤103带钢完成电镀后采用磷酸盐溶液进行钝化处理。
实际实施过程中，磷酸膜量控制在1～2mg/m2。磷酸盐钝化的机理是通过金属表面与磷酸盐溶液中的磷酸根离子发生反应，生成磷酸盐化合物膜(即磷酸膜)，较马口铁行业常规的重铬酸钠盐钝化工艺(311钝化)，磷酸盐化合物膜更为致密性，能够抑制镀层的氧化，具有更优的耐腐蚀性能和抗加工性能，可以改善镀层因受外力作用而脱落和剥离现象
优选的，步骤104中所述润滑油为癸二酸二辛酯。带钢板材在冲压加工过程，模具与钢板的表面间的凹凸不平会相互阻挡产生刮擦，阻止两个表面相对运动的摩擦力会导致质地较软的镀层脱落，实际实施过程中，癸二酸二辛酯具有一定的抗磨损性能，可以降低镀锡层在使用过程中受到的摩擦和磨损，通过癸二酸二辛酯的润滑可有效降低接触面间的表面粗糙度，减少因摩擦造成镀层脱落，增强镀锡层的耐久性，再者癸二酸二辛酯与游离锡离子之间存在氢键，在癸二酸二辛酯的配合下，还可有效提升镀锡层的附着力。
优选的，步骤104中润滑油的涂油量为4～8mg/m2。
本申请提供一种耐加工擦伤镀锡带钢，由上述的一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺制备得到。
优选的，所述镀锡带钢包括基板1，以及依次镀设于所述基板外表面上的合金层2、游离锡层3、钝化膜层4以及油膜层5，所述钝化层(4)含有磷酸盐化合物膜，所述磷酸盐化合物膜附着量为1～2mg/m2。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
本申请提供一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺及镀锡马口铁，其中包括以下步骤，带钢采用激光毛化辊进行平整预处理后将带钢输送至含有甲基磺酸电镀液的电镀槽内进行锡层电镀，随后将电镀有锡层的带钢表面进行磷酸盐钝化，最后在带钢的外表面进行静电涂油后即得耐加工擦伤镀锡带钢。
通过提升电镀过程中电镀电流密度、镀液中锡离子以及添加剂浓度，增大阴极极化，降低Sn2+在阴极的电极反应速度，抑制锡晶粒的无序生长，形成致密、细粒晶体镀层，从而提升镀层抗加工擦伤的能力。同时采用磷酸盐进行钝化，通过金属表面与磷酸盐溶液中的磷酸根离子发生反应，在镀锡层表面生成一层致密的磷酸盐化合物膜，以保护镀锡层，抑制镀层的氧化，同时提高材料的耐腐蚀性能和抗加工性能。配合激光毛化辊的平整预处理以及适量涂油量，使得带钢表面锡层不易在加工过程中脱落，进而提升耐加工擦伤镀锡带钢的生产效率，具有实施成本低，操作简单，便于推广实施的优点。
附图说明
图1是本申请耐加工擦伤镀锡带钢的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1、实施例1-3以及对比例1-2对本发明做进一步描述：
实施例1
一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，包括以下步骤：
步骤101.将带钢采用激光毛化辊进行平整预处理，并控制带钢的表面粗度为0.5μm；
步骤102.对带钢表面进行锡层电镀
将经步骤101平整后的带钢送至含有甲基磺酸电镀液的电镀槽内进行锡层电镀；步骤102中电镀过程中的电流密度为25A/dm2；甲基磺酸电镀液由锡离子、甲基磺酸、添加剂、消泡剂、抗氧化剂组成，所述锡离子浓度为20g/L，添加剂的浓度为20ml/L；
步骤103.对完成电镀的带钢外表面进行磷酸盐溶液钝化处理
将经步骤102电镀后的带钢送至含有磷酸盐溶液的钝化槽内进行阴极钝化处理；步骤103中所述磷酸盐溶液由磷酸、磷酸钠组成，步骤103钝化过程中电流密度2.0A/dm2；
步骤104.对完成钝化的带钢外表面进行静电涂油处理
对步骤103中经钝化的带钢的外表面进行静电涂油后即得耐加工擦伤镀锡带钢，涂油量为4mg/m2，制备获得耐加工擦伤镀锡带钢，包括基板1，以及依次镀设于所述基板外表面上的合金层2、游离锡层3、钝化膜层4以及油膜层5。
实施例2
一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，包括以下步骤：
步骤101.将带钢采用激光毛化辊进行平整预处理，并控制带钢的表面粗度为0.7μm；
步骤102.对带钢表面进行锡层电镀
将经步骤101平整后的带钢送至含有甲基磺酸电镀液的电镀槽内进行锡层电镀；步骤102中电镀过程中的电流密度为30A/dm2；甲基磺酸电镀液由锡离子、甲基磺酸、添加剂、消泡剂、抗氧化剂组成，所述锡离子浓度为25g/l，添加剂的浓度为25ml/L。
步骤103.对完成电镀的带钢外表面进行磷酸盐溶液钝化处理
将经步骤102电镀后的带钢送至含有磷酸盐溶液的钝化槽内进行阴极钝化处理；步骤103中所述磷酸盐溶液由磷酸、磷酸钠组成，步骤103钝化过程中电流密度2.0A/dm2；
步骤104.对完成钝化的带钢外表面进行静电涂油处理
对步骤103中经钝化的带钢的外表面进行静电涂油后即得耐加工擦伤镀锡带钢，涂油量为6mg/m2，制备获得耐加工擦伤镀锡带钢，包括基板1，以及依次镀设于所述基板外表面上的合金层2、游离锡层3、钝化膜层4以及油膜层5
实施例3
一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，包括以下步骤：
步骤101.将带钢采用激光毛化辊进行平整预处理，并控制带钢的表面粗度为0.8μm；
步骤102.对带钢表面进行锡层电镀
将经步骤101平整后的带钢送至含有甲基磺酸电镀液的电镀槽内进行锡层电镀；步骤102中电镀过程中的电流密度为35A/dm2；甲基磺酸电镀液由锡离子、甲基磺酸、添加剂、消泡剂、抗氧化剂组成，所述锡离子浓度为30g/l，添加剂的浓度为30ml/L；
步骤103.对完成电镀的带钢外表面进行磷酸盐溶液钝化处理
将经步骤102电镀后的带钢送至含有磷酸盐溶液的钝化槽内进行阴极钝化处理；步骤103中所述磷酸盐溶液由磷酸、磷酸钠组成，步骤103钝化过程中电流密度2.0A/dm2；
步骤104.对完成钝化的带钢外表面进行静电涂油处理
对步骤103中经钝化的带钢的外表面进行静电涂油后即得耐加工擦伤镀锡带钢，涂油量为6mg/m2，制备获得耐加工擦伤镀锡带钢，包括基板1，以及依次镀设于所述基板外表面上的合金层2、游离锡层3、钝化膜层4以及油膜层5。
对比例1
将实施例3中步骤101中带钢表面粗度调整为0.3μm，其余条件保持不变即可。
对比例2
将实施例3中步骤104中使用癸二酸二辛酯对步骤102中电镀有锡层的带钢外表面进行涂油删除，其余条件保持不变即可。
对比例3
将实施例3中步骤102中电镀电流密度调整为15A/dm2，其余条件保持不变即可。
对比例4
将实施例3中步骤103中钝化溶液由磷酸盐溶液变更为重铬酸钠盐溶液。其中重铬酸钠浓度27g/L，pH4.2，钝化电流密度7A/dm2，其余条件保持不变即可。
将实施例1-3以及对比例1-4中得到的镀锡带钢进行连续8小时冲压制盖，并统计因锡层剥落在冲压设备上导致无法继续生产的相关数据：包含可连续制盖的时间、可连续制盖的数量以及期间内冲压设备的总清理时间。
检测结果如下表1所示；
表1本申请实施例1-3和对比例1-4中制备得到的镀锡带钢在剪切后进行冲压制盖(502盖型)，测试结果件下表；
由上述检测表可知，对比例1中将实施例3中步骤101中带钢表面粗度调整为0.3μm，带钢表面粗度下降，电镀接触面积减少，使得镀锡层附着力降低，而在冲压过程中，带钢与模具之间的接触面积增大，镀锡层更易剥落，模具清扫时间提升，连续制盖时间降低，盖数减少；
对比例2中将实施例3中步骤104使用癸二酸二辛酯对带钢外表面进行涂油的步骤删除，一方面镀锡层与模具直接接触，镀层缺乏油的润滑和保护，另一方面游离锡与润滑油之间的氢键减少，镀锡层抗剥落能力下降，冲压过程中，镀锡层更易剥落，模具清扫时间提升，连续制盖时间降低，盖数减少；
对比例3中将实施例3中步骤102中电镀电流密度调整为15A/dm2，镀层内部的应力和变形增加，降低镀层的附着力和稳定性，使得镀层中的缺陷和孔洞，降低镀层的致密性和均匀性，从而减低附着力，冲压过程中，镀锡层更易剥落，模具清扫时间提升，连续制盖时间降低，盖数减少；
对比例4中将实施例3中步骤103中钝化溶液由磷酸盐溶液变更为重铬酸钠盐溶液，钝化层致密度降低，实测钝化膜铬含量小于6mg/m2，镀锡钢板铬酸盐镀膜层中铬含量偏高，不利于环保及安全生产，材料的耐腐蚀性能和抗加工性能变弱，冲压过程中，镀锡层更易剥落，模具清扫时间提升，连续制盖时间降低，盖数减少；
本申请提供一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺及所制备的镀锡带钢，过程中带钢采用激光毛化辊进行平整预处理后将带钢输送至含有甲基磺酸电镀液的电镀槽内进行锡层电镀，随后将电镀有锡层的带钢表面进行磷酸盐钝化，最后在带钢的外表面进行静电涂油后即得耐加工擦伤镀锡带钢。
通过提升电镀过程中电镀电流密度、镀液中锡离子以及添加剂浓度，增大阴极极化，降低Sn2+在阴极的电极反应速度，抑制锡晶粒的无序生长，形成致密、细粒晶体镀层，从而提升镀层抗加工擦伤的能力。同时采用磷酸盐进行钝化，通过金属表面与磷酸盐溶液中的磷酸根离子发生反应，在镀锡层表面生成一层致密的磷酸盐化合物膜，以保护镀锡层，抑制镀层的氧化，同时提高材料的耐腐蚀性能和抗加工性能。配合激光毛化辊的平整预处理以及适量涂油量，使得带钢表面锡层不易在加工过程中脱落，进而提升加工镀锡马口铁的生产效率，具有实施成本低，操作简单，便于推广实施的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101.将带钢采用激光毛化辊进行平整预处理，并控制带钢的粗度；
步骤102.对带钢表面进行锡层电镀：
将经步骤101平整后的带钢送至含有甲基磺酸电镀液的电镀槽内进行锡层电镀；步骤102中电镀过程中的电流密度为25～35A/dm2；
步骤103.对完成电镀的带钢外表面进行磷酸盐溶液钝化处理：
将经步骤102电镀后的带钢送至含有磷酸盐溶液的钝化槽内进行阴极钝化处理；步骤103中所述磷酸盐溶液由磷酸、磷酸钠组成，步骤103钝化过程中电流密度1.5～3.0A/dm2；
步骤104.对完成钝化的带钢外表面进行静电涂油处理：
使用润滑油对步骤103中完成钝化的带钢的外表面进行静电涂油后即得耐加工擦伤镀锡带钢。
2.根据权利要求1所述的一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，其特征在于，步骤102中所述电镀液由锡离子、甲基磺酸、添加剂、消泡剂、抗氧化剂组成，所述锡离子的浓度为20～30g/L，添加剂的浓度为20～30ml/L。
3.根据权利要求1所述的一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，其特征在于，步骤101带钢采用激光毛化辊进行平整预处理后，带钢表面粗度0.5～0.8μm。
4.根据权利要求1所述的一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，其特征在于，步骤103中所述磷酸盐溶液由磷酸、磷酸钠组成；所述磷酸的浓度为20～35g/L，磷酸钠的浓度为20～40g/L，溶液pH2～3。
5.根据权利要求1所述的一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，其特征在于，步骤104中所述润滑油为癸二酸二辛酯。
6.根据权利要求1～6所述的一种耐加工擦伤镀锡带钢的生产工艺，其特征在于，步骤104中所述润滑油的涂布量为4～8mg/m2。
7.权利要求1-6所述的生产工艺制备的一种镀锡带钢，其特征在于，包括基板(1)，以及依次镀设于所述基板外表面上的合金层(2)、游离锡层(3)、钝化膜层(4)以及油膜层(5)，所述钝化层(4)含有磷酸盐化合物膜，所述磷酸盐化合物膜附着量为1～2mg/m2。
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