CN103695883A - 一种环保型冷轧钢板硅化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属表面处理领域，具体而言，涉及一种环保型冷轧钢板硅化剂及其制备方法。其中，该环保型冷轧钢板硅化剂，由下述质量份数的原材料制成：硅锌化合物：10～20份，促进剂：6～10份，络合剂：6～10份，水：50～70份。本发明提供的一种环保型冷轧钢板硅化剂及其制备方法制作出来的硅化剂无沉渣，工作液稳定性好，达到了降低成本，节能环保、易于操作，大大提高生产效率的目的。

Description

一种环保型冷轧钢板硅化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，具体而言，涉及一种冷轧钢板涂装前处理技术，一种用于冷轧钢板涂装前处理的、提高工件表面与喷涂涂层之间的附着力、提高喷涂涂层的耐腐蚀性、节能环保的硅化剂及其制备方法。

背景技术

冷轧钢板是以热轧板卷为原料，在常温下进行各种型材轧制，经过冷轧生产的钢板。冷轧钢板的厚度一般是0.1--8.0mm之间，大部份工厂生产的冷轧钢板厚度是4.5mm以下。由于在常温下轧制，不产生氧化皮，因此表面质量好，尺寸精度高，其机械性能和工艺性能都优于热轧钢板，适用于机械加工、汽车制造、家电制造等领域。

金属锈蚀是最常见的腐蚀形态，锈蚀时，金属进入氧化状态，金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能会显著降低，增加零件间的磨损，缩短设备的使用寿命。

因此在金属表面上施用覆盖层保护是防止金属腐蚀的主要手段，即金属的涂装处理。覆盖层的作用在于使金属和周围的空气隔离开来，防止或减少腐蚀。此外覆盖层还具有一定的功能性。目前涂料涂层被广泛应用于机械加工、汽车制造、家电制造等领域，涂料涂层形成的漆膜完整无孔，不透介质，有一定的机械强度和弹性。

但是进行涂料涂装过程中，由于涂料涂层属于有机涂层，与金属的结合力差，需要在涂装前对金属表面进行预处理，金属表面的覆盖层可提高金属表面涂料涂层的附着力，保证金属涂装质量。

传统的冷轧钢板表面涂装预处理方法有磷化处理、铬化、钝化处理。磷化处理是金属在酸性磷酸盐溶液中反应从而在其表面形成磷酸盐结晶保护膜，提高金属的耐腐蚀性，并在涂装后获得良好的附着力和抗冲击性能。

但是磷化处理的温度一般在30-55℃，反应过程工艺复杂，能耗大；生产过程中产生的废水含有大量的磷和氮，造成水体的富营养化，破坏河流、湖泊的生态***。

此过程还产生大量沉渣，沉渣会赌塞管道和喷嘴，增加了设备维护的维修工作量，加大生产成本。沉渣还会附着在金属的预处理表面上，降低磷化膜的抗蚀能力，磷化膜与涂层涂料结合不牢固，影响涂装质量。

此外，产生含有Zn²⁺、Ni²⁺等重金属离子的固体废弃物沉渣，无法处理再利用，对环境造成污染。铬化、钝化处理中会产生六价铬等致癌物质，其产品及其生产过程会对人和环境产生严重危害，世界各国已开始立法，禁止使用或尽量避免使用铬化工艺。随着社会的发展和进步，人们对金属涂装预处理剂的要求越来越高，不仅希望它能够体现良好的性能，还能满足日益增长的环保要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型冷轧钢板硅化剂及其制备方法，以解决上述的问题。

在本发明实施例提供了一种环保型冷轧钢板硅化剂，由下述质量份数的原材料制成：硅锌化合物：10～20份，促进剂：6～10份，络合剂：6～10份，水：50～70份。

一种环保型冷轧钢板硅化剂的制备方法，包括：

在一半所述份数的水中加入所述份数的硅锌化合物搅拌至完全溶解；

加入所述份数的促进剂搅拌至完全溶解；

加入所述份数的络合剂搅拌至完全溶解；

加入一半所述份数的水搅拌10～20分钟。

通过本发明实施例提供的一种环保型冷轧钢板硅化剂及其制备方法制作出来的硅化剂无沉渣，工作液稳定性好，不含磷酸盐，可以短时间内，在冷轧钢板表面上形成一层无机硅化层，其与各型号的涂料结合力强，适合常温或低温的喷淋和浸泡处理，无须加热设备，弥补了常规磷化液的不足，达到了降低成本，节能环保、易于操作，大大提高生产效率的目的。

附图说明

图1示出了本发明一个实施例中一种环保型冷轧钢板硅化剂的制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明实施例提供了一种环保型冷轧钢板硅化剂，由下述质量份数的原材料制成：硅锌化合物：10～20份，促进剂：6～10份，络合剂：6～10份，水：50～70份。

根据本发明提供的硅化剂能够在冷轧钢板材料表面作用形成一种三维空间结构的无机硅化膜，能够大幅度提高冷轧钢板与涂料涂层的结合力和耐腐蚀性，工艺操作简单，不产生任何沉渣，符合国际环保要求。

一种环保型冷轧钢板硅化剂的制备方法，包括：

在一半所述份数的水中加入所述份数的硅锌化合物搅拌至完全溶解；

加入所述份数的促进剂搅拌至完全溶解；

加入所述份数的络合剂搅拌至完全溶解；

加入一半所述份数的水搅拌10～20分钟。

其中各个原料的加入顺序不做限制，制备方法简单。

通过本发明实施例提供的一种环保型冷轧钢板硅化剂及其制备方法制作出来的硅化剂无沉渣，工作液稳定性好，不含磷酸盐，可以短时间内，在冷轧钢板表面上形成一层无机硅化层，其与各型号的涂料结合力强，适合常温或低温的喷淋和浸泡处理，无须加热设备，弥补了常规磷化液的不足，达到了降低成本，节能环保、易于操作，大大提高生产效率的目的。

接下来，本发明将通过一个具体的制备步骤来详细描述，见图1，所示：

步骤101，在一半所述份数的水中加入所述份数的硅锌化合物搅拌至完全溶解。

其中，硅锌化合物为氟硅酸锌、氟硅酸钠、氟硅酸铵、氟硅酸镁、氟硅酸钾、氟硅酸钙中的一种或多种组合。

根据在与络合剂生成络合物的难易程度上，氟硅酸锌和氟硅酸铵能够更加容易地，稳定地生成硅锌络合物，所以，优选地，所述硅锌化合物为氟硅酸锌和氟硅酸铵。

步骤102.加入所述份数的促进剂搅拌至完全溶解。

该硅化剂在应用过程中，其中的促进剂的作用是加速硅化剂在冷轧钢板材料表面的成膜反应。根据成膜反应的速度和成膜稳定性，优选地，促进剂可以为氟化镁或氟化钠。

步骤103.加入所述份数的络合剂搅拌至完全溶解。

络合剂的作用是与金属离子反应生成络合物，这种络合物也是硅化膜的一部分。因为络合物能够更加稳定地覆盖在冷轧钢板材料的表面，所以需要加入络合剂和化合物反应生成更加稳定地络合物。根据该硅化剂的需求，而且当柠檬酸和冷轧钢板材料作用时具有脱硫的作用，更加环保；而酒石酸能够控制成膜速度，使得在冷轧钢板材料表面能够形成一个厚度均匀地保护膜，所以优选地，该络合剂可以为柠檬酸或酒石酸。

此外络合剂还可以调解硅化剂的pH值，调节至pH值为5.5-6.5，呈弱酸性，弱酸条件可加速单质Fe转化为Fe²⁺和Fe³⁺，利于反应的快速进行，能够加快成膜速度。

步骤104.加入一半所述份数的水搅拌10～20分钟。

为了能够使得各个成分混合的更加均匀，可以将所需的水先加一部分，待全部地组分全都混合均匀后，再加入另一部分水进行进一步地稀释混匀。

使用本发明提供的硅化剂，其与冷轧钢板材料作用的成膜机理主要为：硅锌化合物与冷轧钢板中的铁反应，优选地，氟硅酸锌与铁反应生成无机硅化膜覆盖在冷轧钢板材料表面，其中包含两个化学反应：

1、Fe在酸性环境中，在促进剂（氟化钠或氟化镁）的作用下，生成Fe²⁺和Fe³⁺；

2、两种价态的铁离子在络合剂（柠檬酸等）的作用下与氟硅酸锌反应生成氟硅酸锌铁化合物。

Fe²⁺+ZnSiF₆→FeZn（SiF₆）₂（2）；

Fe³⁺+ZnSiF₆→Fe₂Zn（SiF₆）₄（3）。

硅化剂在冷轧钢板表面作用形成一种三维空间结构的无机硅化膜，大幅度提高冷轧钢板与涂料涂层的结合力和耐腐蚀性，工艺操作简单，不产生任何沉渣，符合国际环保要求。

本发明中，硅锌化合物与铁反应为该硅化剂中最重要的反应，能够直接在金属材料的表面形成保护层，而促进剂和络合剂能够促进该保护层的成膜并稳固地均匀地覆盖上金属材料的表面。

接下来，通过下述四个具体实施例来详细描述：

实施例1：氟硅酸锌：15份，氟化镁：8份，柠檬酸：8份，水：60份。

将15份的氟硅酸锌加入30份的水中，搅拌至完全溶解，再加入8份的氟化镁搅拌至完全溶解，之后加入8份的柠檬酸搅拌至完全溶解，最后加入剩余的30份水再搅拌10分钟即可。

实施例2：氟硅酸铵10份，氟化钠：6份，酒石酸：6份，水：50份。

将10份的氟硅酸铵加入25份的水中，搅拌至完全溶解，再加入6份的氟化钠搅拌至完全溶解，之后加入6份的酒石酸搅拌至完全溶解，最后加入剩余的25份水再搅拌15分钟即可。

实施例3：氟硅酸钠20份，氟化镁：10份，柠檬酸：10份，水：70份。

将20份的氟硅酸钠加入35份的水中，搅拌至完全溶解，再加入10份的氟化镁搅拌至完全溶解，之后加入10份的柠檬酸搅拌至完全溶解，最后加入剩余的35份水再搅拌20分钟即可。

实施例4：氟硅酸镁18份，氟化镁：8份，柠檬酸：8份，水：65份。

将18份的氟硅酸镁加入65份的水中，搅拌至完全溶解，再加入8份的氟化镁搅拌至完全溶解，之后加入8份的柠檬酸搅拌至完全溶解，最后加入剩余的65份水再搅拌18分钟即可。

通过本发明实施例提供的一种环保型冷轧钢板硅化剂及其制备方法制作出来的硅化剂无沉渣，工作液稳定性好，不含磷酸盐，可以短时间内，在冷轧钢板表面上形成一层无机硅化层，其与各型号的涂料结合力强，适合常温或低温的喷淋和浸泡处理，无须加热设备，弥补了常规磷化液的不足，达到了降低成本，节能环保、易于操作，大大提高生产效率的目的。

在使用本发明提供的硅化剂时，使用方法如下：

先对冷轧钢板进行酸洗、除油；

水洗；

使用本发明提供的硅化剂进行处理；

水洗晾干。

下表为本发明提供的试件与现有的磷化工艺生产的试件之间的性能对比：

注：防腐性能试验：5%NaCl浸泡试验、盐雾试验

涂料涂层附着力检测试验：漆膜划格试验（国家最高等级为0级）、漆膜耐冲击试验（国家现行标准要求达到50kg/cm）。

通过表中各项试验检测结果，可以得出结论：经过本发明处理剂处理的冷轧钢板，在表面生成一种与传统磷化工艺相类似无机硅化膜，该膜层具有更为优异的涂装结合力和耐腐蚀性能。同时本发明不含重金属离子，符合环保要求。本发明在冷轧钢板涂装前处理领域具有取代磷化工艺的潜力，便于推广应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种环保型冷轧钢板硅化剂，其特征在于，由下述质量份数的原材料制成：硅锌化合物：10～20份，促进剂：6～10份，络合剂：6～10份，水：50～70份。

2.根据权利要求1所述的一种环保型冷轧钢板硅化剂，其特征在于，所述硅锌化合物为氟硅酸锌、氟硅酸钠、氟硅酸铵、氟硅酸镁、氟硅酸钾、氟硅酸钙中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种环保型冷轧钢板硅化剂，其特征在于，所述促进剂为氟化镁或氟化钠。

4.根据权利要求1所述的一种环保型冷轧钢板硅化剂，其特征在于，所述络合剂为柠檬酸或酒石酸。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种环保型冷轧钢板硅化剂的制备方法，其特征在于，包括：

在一半所述份数的水中加入所述份数的硅锌化合物搅拌至完全溶解；

加入所述份数的促进剂搅拌至完全溶解；

加入所述份数的络合剂搅拌至完全溶解；

加入一半所述份数的水搅拌10～20分钟。

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