本發(fā)明涉及金屬表面處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于塑性加工汽車熱鍍鋅鋼板的水性潤滑液。
背景技術(shù)：
：在以沖壓為代表的金屬材料加工過程中，金屬表面（特別是模具與被加工金屬）之間劇烈地相互摩擦，使加工所需要的能量加大，而且容易導(dǎo)致金屬材料表面劃傷，嚴重的甚至導(dǎo)致金屬材料發(fā)生開裂。為了減少沖壓過程的摩擦力，通常會在鋼板上涂上潤滑油。但是使用潤滑油也有這樣的缺點，一是潤滑油作為流體潤滑膜在沖壓過程中表面積擴大引起的潤滑膜斷裂而發(fā)生潤滑不充分，導(dǎo)致燒結(jié)現(xiàn)象；二是由于沖壓過程中鋼板的強烈變形引起強烈放熱使?jié)櫥椭休p質(zhì)組分揮發(fā)散發(fā)出刺鼻氣味，影響現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境及危害作業(yè)人員的身體健康；三是沖壓成型后的鋼板再進行涂裝處理時，必須將這層潤滑油進行脫脂清洗，增加了企業(yè)生產(chǎn)工序。過去十幾年比較廣泛使用的技術(shù)是由磷酸鹽皮膜和皂層形成的復(fù)合皮膜，也叫做化成處理皮膜。該化成處理皮膜首先是對金屬材料進行磷酸鹽處理而形成磷酸鹽皮膜，然后進行反應(yīng)型皂潤滑處理，作為皂的主要成分的硬脂酸鈉與磷酸鹽皮膜反應(yīng)，形成密合性良好的皂層。該化成處理皮膜潤滑性和耐燒結(jié)性優(yōu)異，耐蝕性能也較好。但是該化成處理皮膜也慢慢發(fā)現(xiàn)有如下缺點：一是磷酸鹽皮膜的形成中需要繁雜的處理液的管理和較多的工序；二是因為磷酸鹽與鍍鋅鋼板的化學反應(yīng)而產(chǎn)生大量的廢渣導(dǎo)致環(huán)境保護上存在問題。近些年來，具有高度潤滑性的自潤滑涂層鋼板開始出現(xiàn)，該技術(shù)采用只是在鋼板表面涂布水性塑性加工用潤滑劑并干燥的簡便工序便得到具有高度潤滑性涂層的自潤滑鋼板。自潤滑鋼板具備自潤滑能力，在沖壓加工過程中不需要使用潤滑油。與傳統(tǒng)沖壓流程相比，使用自潤滑涂層鋼板能夠減少制造企業(yè)的加工工藝流程、提高制造效率，降低制造過程中介質(zhì)消耗。作為該自潤滑鋼板的現(xiàn)有技術(shù)，武漢迪賽環(huán)保新材料股份有限公司cn104451638報道了一種自潤滑無鉻鈍化劑，該自潤滑無鉻鈍化劑由有機硅改性的聚氨酯乳液、金屬鹽、硅溶膠、潤滑劑和氧化劑組成，用該自潤滑無鉻鈍化劑處理的鍍鋅鋼板具有良好的自潤滑能力以及很好的抗腐蝕性能，但是該自潤滑涂層不能被堿洗滌劑脫膜，因而涂覆有該自潤滑無鉻鈍化劑的鋼板不適合車企使用。另外，新日本制鐵株式會社wo20050710512公開了一種潤滑性水性聚氨酯體系組合物，該組合物可在鍍鋅鋼板上形成耐蝕性、耐堿性、潤滑性的皮膜，但是同樣該潤滑皮膜也不具有脫膜性。大同化學工業(yè)株式會社cn102649919公開了一種金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，該組合物形成的皮膜潤滑性良好，但是該潤滑膜用水就能去除，涂覆有該潤滑劑組合物的鋼板雖然可以用于車企，但該鋼板的保存、運輸、使用過程需要嚴格避免水，否則潤滑膜就會出現(xiàn)脫落影響使用。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于塑性加工汽車熱鍍鋅鋼板的水性潤滑液。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的水性潤滑液主要包含有下列組分：（a）水性樹脂；（b）潤滑組分；（c）二氧化硅溶膠；（d）可溶性硅酸鹽；各組分的用量為每升水性潤滑液中含有150~250g水性樹脂、20~50g潤滑組分、100~200g二氧化硅溶膠、3~5g可溶性硅酸鹽；水性樹脂為一種有機硅改性的丙烯酸酯乳液，固含量為40wt%，重均分子量為10000；所述潤滑組分為兩種不同熔點的蠟乳液的混合液，其中一種蠟乳為軟化點為50~80℃的石蠟乳液b1，另外一種蠟乳為軟化點為100~130℃的聚乙烯蠟乳液b2，b1和b2的固含量皆為為40wt%，且b1和b2的質(zhì)量比為1:1。二氧化硅溶膠中，二氧化硅有20nm的粒徑。可溶性硅酸鹽為硅酸鈉或硅酸鉀中的任意一種。本發(fā)明的水性潤滑液的ph為7~8，固含量為5~20wt%，儲存至少180天不分層、不沉淀。涂布本發(fā)明的水性潤滑液于熱鍍鋅鋼板上并進行干燥，從而在熱鍍鋅鋼板表面上形成了具有優(yōu)異潤滑性能的被膜，涂覆有該潤滑被膜的熱鍍鋅鋼板顯示出優(yōu)異的潤滑性、耐水性、耐蝕性、耐指紋性、沖壓性能。而且本發(fā)明的塑性加工用水性潤滑液形成的潤滑被膜可通過在水系堿性洗滌劑中浸漬或噴射洗滌來百分百脫膜，從而不影響沖壓或焊接后的汽車鋼板的后續(xù)磷化、電泳等工序。具體實施方式本發(fā)明涉及的應(yīng)用于汽車的熱鍍鋅鋼板塑性加工用水性潤滑液，主要包含有下列組分：（a）水性樹脂；（b）潤滑組分；（c）二氧化硅溶膠；（d）可溶性硅酸鹽。水性潤滑液的制備方法是將包含的各個組分混在一起攪拌均勻，然后加水調(diào)節(jié)固含。首先，對本發(fā)明的塑性加工用水性潤滑液所包含的各組分進行說明。（a）水性樹脂水性樹脂為一種有機硅改性的丙烯酸酯乳液，固含量為40（wt）%，重均分子量為10000。其按下述方法制備：在反應(yīng)釜中依次加入1800kg去離子水、400g十二烷基磺酸鈉、200g壬基酚聚氧乙烯醚，攪拌30min；將1.2kg過氧化苯甲酰加入到600kg丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷四種單體組成的混合液中混合均勻，取出混合后總質(zhì)量的5%加入到反應(yīng)釜中，攪拌乳化1h后，然后升溫至85℃反應(yīng)1h，然后將剩余的混合單體在2h內(nèi)滴入反應(yīng)釜，再保溫反應(yīng)1h，冷卻至室溫，然后用氨水調(diào)節(jié)ph至7~8，過濾即得有機硅改性丙烯酸酯乳液。該有機硅改性丙烯酸酯乳液的固含量為40%，重均分子量為10000，每升水性潤滑液中包含有150~250g水性樹脂。水性樹脂在水性潤滑液中的作用是成膜劑，賦予潤滑膜耐水性、耐蝕性以及對潤滑組分起到吸附和分散的作用,而且由于水性樹脂的特殊結(jié)構(gòu)賦予潤滑膜耐水性的同時又能保證潤滑膜能夠被堿性洗滌劑溶解而脫膜。（b）潤滑組分潤滑組分（b）為兩種不同熔點的蠟乳液的混合液，其中一種蠟乳為軟化點為50~80℃的石蠟乳液（b1），另外一種蠟乳為軟化點為100~130℃的聚乙烯蠟乳液（b2）。b1和b2的固含量分別為40wt%，且b1和b2的質(zhì)量比為1:1。每升水性潤滑液中包含有20~50g潤滑組分。潤滑組分在水性潤滑液中的作用是潤滑劑，賦予潤滑膜高度的潤滑性以及良好的沖壓性能。之所以是這兩種不同熔點的蠟乳液的組合，是因為兩種熔點的蠟?zāi)苜x予潤滑涂層具有在相對較大的溫度范圍內(nèi)多個相繼的軟化范圍，從而保證潤滑膜在鋼板沖壓過程中始終有良好的潤滑性，從而保證沖壓性能。（c）二氧化硅溶膠二氧化硅溶膠（c）具有20nm的粒徑，其按下述方法制備：在反應(yīng)釜中加入50l去離子水、1mol/l的乙酸溶液1l，然后緩慢加入10kg正硅酸四乙酯、5kgγ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，攪拌下50℃水解2小時，然后用1mol/l氨水調(diào)節(jié)ph=7~8，得到無色透明的二氧化硅溶膠；每升水性潤滑液中包含有100~200g二氧化硅溶膠（c）。（c）在水性潤滑液中的作用增強潤滑涂層的致密性，提高潤滑膜的耐蝕性，賦予潤滑膜耐指紋性。但是二氧化硅溶膠中的硅羥基能和鍍鋅層上的活性羥基反應(yīng)形成致密的結(jié)合，綜合考慮耐蝕性與可脫膜性能，二氧化硅溶膠的量有一個合適的范圍。（d）可溶性硅酸鹽可溶性硅酸鹽（d）為硅酸鈉或硅酸鉀中的任意一種，最優(yōu)選硅酸鈉。每升水性潤滑液中包含有3~5g可溶性硅酸鹽（d）。（d）在水性潤滑液中的作用是與水性樹脂（a）發(fā)揮協(xié)同作用更進一步增強潤滑膜的耐蝕性。本發(fā)明的塑性加工用水性還可以根據(jù)需要添加潤濕劑、增稠劑、消泡劑等其它助劑。接下來對本發(fā)明的塑性加工用水性潤滑液的使用方法進行說明，包括預(yù)清潔、涂布和干燥工序。（a）預(yù)清潔為保證涂布的均勻性，優(yōu)選熱鍍鋅鋼板在涂布水性潤滑液前進行預(yù)清潔。預(yù)清潔的目的是除去粘附的防銹油等油脂成分，保證水性潤滑液在鋼板表面均勻分布。預(yù)清潔的參考方法是：將鋼帶通過噴射中度堿性的脫脂劑（如2.0%的帕卡脫脂劑）來進行清潔，接著用自來水沖洗，再用去離子水沖洗，然后鋼帶通過兩個橡膠輥之間的擠壓除去粘附的水，再用壓縮的熱空氣吹干。（b）涂布采用輥涂的方式將水性潤滑液涂布于鋼帶表面，可以根據(jù)調(diào)節(jié)鋼帶的傳送速度以及涂覆輥的壓力等工藝來調(diào)整潤滑膜的厚度。（c）干燥干燥可以優(yōu)選從50℃到150℃的峰值金屬溫度（pmt）的溫度范圍內(nèi)進行，優(yōu)選在70~100℃的溫度范圍內(nèi)進行。按照下表1所示的比例制備本發(fā)明的應(yīng)用于汽車的熱鍍鋅鋼板塑性加工用水性潤滑液。應(yīng)予說明，本發(fā)明并不受這些實施例限制。表1：組分配比（體積濃度）發(fā)明效果評價將所有實施塑性加工用水性潤滑液的固含量加水調(diào)整到5%，采用武鋼一冷生產(chǎn)線生產(chǎn)的板厚為0.7mm的熱鍍鋅鋼板為試驗片，試驗片先進行脫脂干燥預(yù)處理，然后用8μm的涂布絲棒涂布水性潤滑液。將涂布有水性潤滑液的熱鍍鋅鋼板在240℃的烘箱中干燥15s，此時鋼板到達的溫度是82℃，潤滑膜的附著量為350mg/㎡。試驗片放置24h后進行各相關(guān)性能檢測。試驗片的檢測項目有板面外觀、耐鹽霧測試、耐水測試、動摩擦系數(shù)測試、耐指紋性能測試、沖壓性能測試、可脫膜性測試。（1）板面外觀板面外觀采用肉眼觀察，觀察板面是否平整均勻。（2）耐鹽霧測試鹽霧試驗按照國家標準《gb/t10125-2012人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》進行，試驗溫度35±2℃,nacl濃度50±5g/l。記錄涂覆塑性加工用水性潤滑液的熱鍍鋅鋼板出現(xiàn)白銹面積＞5%的時間。（3）耐水性測試涂層耐水性測試參照astmd1735-99檢測，在膜表面滴加100℃去離子水，24h后觀察滴水部分，要求無變化。（4）耐指紋性能試驗將鈍化之后的樣板表面，涂滿凡士林并用紙巾涂抹均勻。放置1h后，用漢譜hp-c210精密色差儀測量試驗前后的色差。（5）動摩擦系數(shù)測試用濟南蘭光機電mxd-02動摩擦系數(shù)儀，測量鈍化之后試樣的動摩擦系數(shù)。（6）沖壓性能測試采用bup400杯突試驗機進行杯突試驗，試驗測試條件為：試驗機壓邊力為10kn，試驗機移動速率為1mm/s。記錄涂覆有自潤滑膜的鋼板沖裂前的杯突深度，同時測定沒有涂覆潤滑膜的鋼板沖裂前杯突深度，計算潤滑膜對沖壓性能提升效果。沖壓性能=（涂覆有潤滑膜的鋼板沖裂杯突深度/沒有涂覆潤滑膜的鋼板沖裂杯突深度）*100。（7）脫膜性測試將涂覆有塑性加工用水性潤滑液的熱鍍鋅鋼板浸漬于35℃的2%naoh水溶液1min，使用測膜儀測定脫膜前后的潤滑膜重量，從而算出潤滑膜殘留率。處理方法：脫膜處理前潤滑膜的重量測定→脫膜處理→水洗→干燥→脫膜處理后潤滑膜的重量測定。潤滑膜殘留率（%）=（脫膜處理后潤滑膜的重量/脫膜處理前潤滑膜重量）*100。《評價標準》各相關(guān)性能的評價標準如下表2。表2：自潤滑膜層評價標準序號性能指標評價標準1板面外觀平整均勻2耐鹽霧性＞72h3耐水性滴水部位無變化4耐指紋性△e＜35潤滑性μd＜0.126沖壓性沖壓性能＞105%7脫膜性潤滑膜殘留率＜10%《發(fā)明效果》表3為本發(fā)明實施例1~6的塑性加工用水性潤滑液以及對比例1~3的性能評價結(jié)果。其中對比例1的潤滑液為奇瑞汽車公司提供的沖壓潤滑油，對比例2為迪賽自潤滑無鉻鈍化液，對比例3為日本某公司的水性潤滑液。所有對比例的的使用處理方法與實施例相同。表3：性能測試結(jié)果由上表3數(shù)據(jù)可知，對比例1為沖壓潤滑油，其耐蝕性不滿足要求，而且潤滑膜的脫膜性達不到要求。對比例2的無鉻自潤滑鈍化膜耐鹽霧性能最好，能達到168h，但是該潤滑膜不具有脫膜性，潤滑膜的殘留率高達95%。對比例3的潤滑膜不具有耐水性，且不具有耐蝕性。本發(fā)明的適用于汽車的熱鍍鋅鋼板塑性加工用水性潤滑液涂覆得到的自潤滑膜的耐蝕性、耐水性、耐指紋、潤滑性、沖壓性能以及脫膜性能均滿足指標要求。需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例，顯然本發(fā)明不限于以上實施例，任何直接從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接或間接導(dǎo)出的所有變形，均屬于本發(fā)明保護的內(nèi)容。當前第1頁12