具有優(yōu)異表面耐磨損性、耐蝕性和耐酸堿性的鍍鋅鋼板及水性表面處理劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料表面處理技術領域，具體設及一種具有優(yōu)異表面耐磨損性、 耐蝕性和耐酸堿性的鍛鋒鋼板及水性表面處理劑。
【背景技術】
[0002] 鍛鋒鋼板被廣泛應用于汽車、家電和建筑等各個領域，多作為汽車、家用電器、0A 制品等零部件使用。但在鍛鋒鋼板倉儲運輸和加工使用過程中，有多個關鍵問題需要關注， 比如，為防止鍛鋒鋼板在運輸和儲存過程中發(fā)生誘蝕產生白誘，生產鋼板時要涂防誘油；為 減小在沖壓成型過程中模具與板材間的摩擦，防止板材開裂和表面鋒層擦傷，零件沖壓成 型時要向模具加潤滑油，成型后再進行脫脂清洗，脫脂劑可分為溶劑型脫脂劑和堿性脫脂 劑。
[0003] 在鍛鋒鋼板整個儲運、沖壓過程中，防誘油、潤滑油W及脫脂劑的使用對環(huán)境和生 產成本都是不利的。為了改善耐蝕性及加工成型性，過去的方法主要是對鍛鋒鋼板進行銘 酸純化表面處理，運種方法能夠提高鋼板耐蝕性，但對其加工成型性和其他抗性改善有限； 或者在銘酸鹽純化的基礎上再涂覆含固體潤滑助劑（通常為低表面能聚合物，如聚締控和 聚四氣乙締）的有機樹脂，W兼顧耐蝕和潤滑效果，滿足鋼板耐蝕和成型的要求，但是，運 種采用該類方法所生產的表面處理鋼板均含有銘元素，在使用過程中銘元素析出會對人體 及環(huán)境造成危害。
[0004] 表面處理鍛鋒鋼板在0A制品或售貨機行業(yè)作為內部裸用件時，會與紙張、飲料瓶 或食品外包裝袋反復接觸摩擦，為防止鋼板表面在與外界物質多次接觸過程中被磨損掉， 出現(xiàn)鋼板后續(xù)耐蝕性顯著下降的問題。同時，表面處理鍛鋒鋼板作為外部殼體在電器柜及 機箱等行業(yè)使用時，在殼體運輸過程中也常發(fā)生相互摩擦，導致表面發(fā)黑影響外觀。W上情 況都要求鍛鋒鋼板表面具有良好的耐磨損性。 陽〇化]為提高鍛鋒鋼板表面耐磨損性，通常是采用兩步法的生產工藝，在鋼板表面進行 銘酸鹽純化，起到增強涂層附著力的作用。然后再涂覆較厚（大于5微米）的聚合物皮膜， 起到強化表面耐磨損性的作用。但通常聚合物皮膜的軟化溫度較低，在連續(xù)沖壓過程中模 具發(fā)熱容易導致皮膜軟化破損。同時，隨著環(huán)保指令的出臺，含銘處理的鍛鋒鋼板也逐漸被 環(huán)保型產品所取代。
[0006] 其次，在鍛鋒鋼板使用過程中切口防誘是重點關注的問題。脫脂后憐化處理是很 多行業(yè)目前采用的一種常用切口防誘護理方法，具體如下：在沖壓加工后對沖壓零件先進 行短時間堿性脫脂然后再進行憐化處理，使零件切口位置生成一層憐化膜，該憐化膜對切 口起到保護作用，但是，在該處理過程中的堿（堿性脫脂劑溶液，抑值一般9-11)和酸（憐 化液，抑值一般3-4)都會對表面處理鍛鋒鋼板的表面皮膜起到破壞作用，從而影響皮膜的 耐磨損性和后續(xù)耐蝕性能，因此該類應用領域對表面處理鍛鋒鋼板的耐酸堿性要求極高。
[0007] 中國專利CN104449154A提供了一種用于鍛鋒鋼板的水性無銘耐指紋涂料，經(jīng)過 該涂料處理后的鋼板具有優(yōu)異耐蝕性和耐堿性脫脂性。但該專利中未提及經(jīng)過該涂料處理 后的鍛鋒鋼板的表面耐磨損性、加工成型性和耐酸性。然而，在0A制品或售貨機行業(yè)中，鋼 板表面會與紙張、飲料瓶或食品外包裝袋反復接觸摩擦，該表面處理鋼板的表面皮膜可能 容易在與外界物質多次摩擦過程中被磨損掉，出現(xiàn)鋼板耐蝕性顯著下降的問題。
[0008] 中國專利CN102272253A提供了一種含有石墨締的鋼板表面處理用樹脂組合物及 利用該組合物經(jīng)過表面處理的鋼板。該樹脂組合物由基料樹脂、石墨締和溶劑組成，利用該 樹脂組合物處理過的鋼板具有良好的導電性、耐蝕性、附著性和加工性。
[0009] 石墨締是一種有碳原子構成的二維單層片狀結構的新材料，可W層層疊加覆蓋在 基體表面形成致密涂層，起到優(yōu)異的物理隔絕作用。均勻分散在涂層中石墨締片層可W增 大腐蝕介質滲透至基材的滲透路徑，從而能夠長時間阻止腐蝕介質對基材的破壞，有效提 高涂層的耐腐蝕性能。同時，石墨締各原子間均為碳-碳共價鍵連接，片層與片層間為范德 華力，因此片層間容易相互滑動，具有優(yōu)異的機械性能和自潤滑性能，因此石墨締又能夠起 到增強耐磨損性的作用，但是，由于石墨締片層與片層間范德華力較強，在石墨締在使用過 程中單片石墨締片層間容易發(fā)生片層團聚，并在水性體系中形成較大團聚體，并在水性體 系中快速析出沉淀，從而起不到增加體系機械強度和耐磨損性的目的。

【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異表面耐磨損性、耐蝕性和耐酸堿性的鍛鋒鋼 板，滿足多個領域用戶對鍛鋒鋼板的環(huán)保、表面耐磨損、沖壓加工性和脫脂憐化的要求，該 表面處理鍛鋒鋼板還具有對各類化學介質的良好抗性如耐溶劑性等。
[0011] 具體來講，表面耐磨損性包括鋼板表面潤滑性、沖壓加工后外觀和高低溫下鋼球 多次摩擦后的外觀；耐蝕性包括平板耐蝕性、成型后耐蝕性和脫脂憐化后的耐蝕性；耐酸 堿性包括耐酸性、耐堿性和耐脫脂憐化性。
[0012] 經(jīng)過艱苦研究，發(fā)現(xiàn)通過在鍛鋒鋼板表面涂覆固化含有水性陽離子聚氨醋復合樹 月旨、包含雙有機硅烷偶聯(lián)劑和單有機硅烷偶聯(lián)劑的復配型有機硅烷偶聯(lián)劑、包含聚四氣乙 締-表面改性高密度聚乙締粒子的復合潤滑粒子、氧化石墨締、水溶性含氣化合物、水溶性 含憐化合物和水溶性稀±鹽類化合物等成份的表面處理劑形成的表面處理鍛鋒鋼板，可W 達到上述目的，從而完成本發(fā)明。
[0013] 同時，本發(fā)明還提供一種能穩(wěn)定制造上述表面處理鍛鋒鋼板的環(huán)保型水性表面處 理劑。
[0014] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0015] 一種具有優(yōu)異表面耐磨損性、耐蝕性和耐酸堿性的鍛鋒鋼板，其表面覆蓋有有 機-無機復合皮膜，該皮膜含有：
[0016] A)水性陽離子聚氨醋復合樹脂，在皮膜中的重量份為30-50份；
[0017] 所述水性陽離子聚氨醋復合樹脂由聚四氨巧喃酸、聚丙締酸醋或聚全氣烷基丙締 酸醋中的一種或多種與聚氨醋預聚體共聚而成，相對分子量為80000-150000 ;
[0018] B)復配型有機硅烷偶聯(lián)劑，在皮膜中的重量份為20-45份；
[0019] 所述復配型有機硅烷偶聯(lián)為至少一種雙有機硅烷偶聯(lián)劑和至少一種單有機硅烷 偶聯(lián)劑的混合物；所述雙有機硅烷偶聯(lián)劑含架橋結構，所述雙有機硅烷偶聯(lián)劑和單有機娃 燒偶聯(lián)劑的重量比為0.3-2;
[0020] C)復合潤滑粒子，在皮膜中的重量份為15-25份；所述復合潤滑粒子包括聚四氣 乙締粒子與表面改性高密度聚乙締粒子；
[0021] D)氧化石墨締水溶液，其中氧化石墨締在皮膜中的重量份為0. 1-0. 5份；所述的 氧化石墨締水溶液中，氧化石墨締的質量分數(shù)為1-5% ;
[0022]巧水溶性含氣化合物，其中氣元素在皮膜中的重量份為0. 5-1. 5份；
[0023] 巧水溶性含憐化合物，其中憐元素在皮膜中的重量份為1-2份；
[0024] G)水溶性稀±鹽類化合物，其中稀±元素在皮膜中的重量份為0. 1-1. 5份。 陽0巧]上述具有優(yōu)異表面耐磨損性、耐蝕性和耐酸堿性的鍛鋒鋼板中：
[00%] 所述有機-無機復合保護膜為單層結構，其膜厚范圍為2-4微米。
[0027]進一步，所述的水性陽離子聚氨醋復合樹脂（A)是由選自聚四氨巧喃酸、聚丙締 酸醋或聚全氣烷基丙締酸醋中的至少一種與聚氨醋預聚體共聚而成，其中，所述的聚氨醋 預聚體是由聚四氨巧喃二醇、聚氧化乙締二醇或聚己內醋二醇等不含有醋基的聚醇化合物 與脂肪族異氯酸醋或芳香族異氯酸醋化合物反應獲得，所述的水性陽離子聚氨醋復合樹脂 的相對分子量在80000-150000,在皮膜中的重量份為30-50份，優(yōu)選35-45份。
[0028] 所述復配型有機硅烷偶聯(lián)劑度）中，所述的雙有機硅烷偶聯(lián)劑的架橋結構由2-4 個亞甲基、氨基或琉基組成，所述的單有機硅烷偶聯(lián)劑的分子中至少含有一個具有反應性 的基團，所述具有反應性的基團為氨基、環(huán)氧基或乙締基，所述的復配型有機硅烷偶聯(lián)劑 度）和水性陽離子聚氨醋復合樹脂（A)的重量比為0.5-1. 5。
[0029] 所述復合潤滑粒子（C)中聚四氣乙締粒子與表面改性高密度聚乙締粒子的重量 比為1-3,所述的聚四氣乙締粒子直徑（中數(shù)直徑）為0. 3-0. 8微米，所述的表面改性高密 度聚乙締粒子直徑（中數(shù)直徑）為3-5微米，所述的表面改性高密度聚乙締粒子表面接枝 有反應性基團，所述的反應性基團為氨基、徑基、簇基、環(huán)氧基或氨基甲酸醋基中的一種或 多種。
[0030] 所述氧化石墨締水溶液值）中，所述的氧化石墨締是單層或者多層，當氧化石墨 締為多層時，片層數(shù)量為5層W下。
[0031] 進一步，所述氧化石墨締水溶液（D)為表面功能化氧化石墨締水溶液，所述的表 面功能化氧化石墨締是指在氧化石墨締表面接枝有親水性反應基團，所述親水性反應基團