一种无机表面处理镀锌钢板及其制备方法技术

一种环保无机表面处理镀锌钢板，其制备方法及其水性无机表面处理剂，能够满足微电机领域级进模快速深冲加工、并同时具有优异零件抗红锈性能和表面导电性能。在敞开环境下通过在镀锌钢板表面涂覆固化含有疏水基团的单有机硅烷偶联剂、体系交联剂、水溶性纳米溶胶、表面改性高密度聚乙烯粒子、正硅酸酯改性氧化石墨烯、水溶性含氟化合物、水溶性含磷化合物和水溶性金属盐类化合物等成份的水性无机表面处理剂，所得到无机表面处理镀锌钢板具有优异的抗红锈性能、表面导电性能、表面润滑性能和抗冲压发黑性能，能够满足级进模快速深冲加工和裸用服役要求，因此特别适用于微电机领域。

An inorganic surface treatment galvanized steel plate and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种无机表面处理镀锌钢板及其制备方法
本专利技术属于镀锌钢板表面处理
，特别是，涉及一种无机表面处理镀锌钢板及其制备方法和水性无机表面处理剂，根据本专利技术所述无机表面处理镀锌钢板及其制备方法无机表面处理镀锌钢板及其制备方法，能够满足微电机领域级进模快速深冲加工、并同时具有优异零件抗红锈性能和表面导电性能。
技术介绍
镀锌钢板被广泛应用于汽车、家电和建筑等各个领域，多作为汽车、家用电器、微电机等零部件使用。同时机械自动化程度的提升，使得各类微电机在汽车、加工机械或电气设备上广泛使用。但由于微电机加工及服役要求特殊，使得微电机用镀锌钢板在仓储运输、加工和服役过程中，有多个关键问题需要关注：为防止镀锌钢板在运输和储存过程中发生锈蚀产生白锈，生产钢板时要涂防锈油；在微电机领域中级进模冲压加工时，快速深拉延的冲压过程加剧了模具与金属板材间的摩擦磨损，为防止板材开裂和表面锌层擦伤，零件冲压成型时要向模具加润滑油，成型后再进行脱脂清洗。在微电机服役过程中，为保证微电机的使用寿命、接地安全性和电磁特性，对冲压零件的抗红锈性能和表面导电性能都有很高要求。其中抗红锈性能对应微电机的使用寿命，表面导电性能对应微电机的接地安全性和电磁特性。首先，在镀锌钢板整个储运、冲压过程中，防锈油、润滑油以及脱脂剂的使用对环境和生产成本都是不利的。为了改善耐蚀性及加工成型性，过去的方法主要是对镀锌钢板进行铬酸钝化表面处理，这种方法能够提高钢板耐蚀性，但对其加工成型性和其他抗性改善有限，不能够满足微电机领域级进模快速深冲加工的要求；或者在铬酸盐钝化的基础上再涂覆含固体润滑助剂(通常为低表面能聚合物，如聚烯烃和聚四氟乙烯)的有机树脂，以兼顾耐蚀和润滑效果，但该类型有机皮膜通常内聚能较低，在微电机领域级进模快速深冲加工时，有机皮膜与模具表面摩擦，容易导致有机皮膜发生层间剥离，从而导致零件表面出现黑屑或有机皮膜脱落，不仅影响冲压零件的外观，同时掉落的有机皮膜碎屑会黏附在零件或模具上，造成频繁的多次清洁模具，影响冲压产线的生产效率。同时，为改善零件表面导电性，通常在皮膜中添加导电助剂，如强极性化合物、金属粉末或碳粉等。但这些导电助剂对皮膜的耐蚀性能不利，会极大地降低皮膜耐蚀性，从而影响零件的使用寿命。同时，随着环保指令的不断颁布，含铬的镀锌钢板已经逐渐地被不含铬的环保型产品所取代。目前，无铬环保型产品按表面处理类型大致可分为无机型和有机/无机复合型。无机型润滑膜主要为含有硅、锰、磷等无机化合物的薄膜，该类无机皮膜内聚能高，在冲压过程中不容易发生无机润滑膜因受到模具摩擦而发生层间剥离和皮膜脱落的现象，因此该类产品在深拉延加工后也能获得较好的外观，可是无机型润滑膜并不能明显地提高镀锌钢板的耐蚀性，同时不具备良好的表面导电性，不能用在对零件接地安全性和电磁特性要求较高的领域。有机/无机复合型润滑膜则是以树脂、缓蚀剂、硅烷偶联剂、二氧化硅胶体以及固体润滑助剂等复合而成的薄膜，不仅具有优良的润滑性、耐蚀性，而且对各种化学介质具有良好的诸如耐指纹性及耐碱性等抗性。但有机/无机复合型润滑皮膜中有机树脂成分含量较高，有机树脂的低内聚能特性容易导致有机皮膜在微电机领域级进模快速深冲加工时发生层间剥离，从而导致零件表面出现黑屑或有机皮膜脱落，不仅影响冲压零件的外观，同时掉落的有机聚合物碎屑会黏附在零件或模具上，造成频繁的多次清洁模具，影响冲压产线的效率。同时该有机/无机复合型润滑皮膜通常不具备优异的表面导电性能，不能用在对零件接地安全性和电磁特性要求较高的领域。因此就目前所通用的无铬环保型产品(包括无机型和有机/无机复合型)都不能满足微电机领域对材料高速深冲特性、抗红锈性和表面导电性的要求。中国专利公开号CN101376859A专利公开了利用含有锰、镍、磷酸根离子以及硅烷的无机处理剂，在镀锌钢板表面形成一层薄的透明的无机固体膜，可改善镀锌钢板的冲压成型性能，消除或减轻镀锌钢板在冲压成型过程中的粘锌与粉化脱落现象。中国专利公开号CN1177020A中国授权专利是在表面存在微细凹凸的钢板上形成含有硅酸或硅酸盐的保护膜的润滑钢板，其皮膜覆盖率在60％左右，具有可磷化性以及良好的润滑性。以上专利都赋予了钢板良好的润滑加工性，但是耐腐蚀性不如含铬钝化产品，不能够满足微电机对材料抗红锈性的要求。中国专利公布号CN101787527A专利提供一种具有优异加工性和耐碱耐溶剂性的镀锌钢板，其表面覆盖有有机/无机复合保护膜，该保护膜含有水性阳离子型聚氨酯树脂，一种或一种以上有机硅烷耦合剂，以及缓蚀剂和氧化聚乙烯粒子。该保护膜赋予镀锌钢板表面优异的冲压成型性、耐溶剂性、耐碱性，同时又可使镀锌钢板具备良好的耐腐蚀性、涂装附着性等。但是事实上，微电机对表面导电性要求较高，该有机/无机复合保护膜不具备优异的表面导电性能，不能用在对零件接地安全性和电磁特性要求较高的领域。中国专利公开号CN101394998A专利提供了弯曲加工性、冲压加工性、耐溶剂性、耐化学性、耐腐蚀性优良并且具有良好的表面外观和充分的涂膜硬度的涂层钢板。但是该钢板为单层膜厚2-10微米的厚涂层产品，其制造工艺为两步法，先形成不含铬的化学转化皮膜，再涂布聚酯类树脂，即后处理皮膜需要通过两次涂覆、两次烘烤得到，通常第二次的烘烤要求以钢板温度170-250℃进行加热得到，该专利对生产设备要求比较高，同时不具备表面导电性能，不适用于微电机领域。
技术实现思路
鉴于上述现状，本专利技术目的在于，提供一种无机表面处理镀锌钢板，其制备方法及其水性无机表面处理剂，所述无机表面处理镀锌钢板及其水性无机表面处理剂是环保无铬的、能够满足微电机领域级进模快速深冲加工、并同时具有优异零件抗红锈性能和表面导电性能，以满足微电机领域用户对镀锌钢板的环保、表面导电性、零件抗红锈性和快速冲压加工性的要求。为了解决现有技术存在的问题，经艰苦研究发现：通过在镀锌钢板表面涂覆固化含有特定疏水性基团的单有机硅氧烷、作为体系交联剂使用的多种正硅酸酯或多种含有架桥结构的双有机硅氧烷、一种或多种水性纳米溶胶、一种或多种固体润滑粒子、特定结构的正硅酸酯改性氧化石墨烯、含氟化合物、磷酸化合物和金属盐类化合物等成分所形成的无机表面处理镀锌钢板具有优异的冲压加工性能，能够满足满足级进模快速深冲加工要求，同时兼具优异的表面导电性能和零件抗红锈性能，从而达到解决现有技术问题的目的，并完成了本专利技术。同时，本专利技术还提供一种用于制造上述表面处理镀锌钢板的环保型水性无机表面处理剂。本专利技术的一种无机表面处理镀锌钢板的技术方案如下：一种无机表面处理镀锌钢板，系在镀锌钢板表面覆盖有厚度为0.3-1.0微米单层无机皮膜，其特征在于，该无机皮膜含有：F)一种或多种疏水型单有机硅烷偶联剂，在无机皮膜中的重量份为40-60份；所述疏水型单有机硅烷偶联剂中含有X个疏水基团(X为1或2)和4-X个反应性基团；G)体系交联剂，在无机皮膜中的重量份为10-30份；所述体系交联剂为正硅酸酯、钛酸酯或含有架桥结构的双有机硅烷偶联剂中的一种或多种；H)水溶性纳米溶胶，在无机皮膜中的重量份为5-15份；所述水溶性纳米溶胶的质量份数为20-30％；I)表面改性高密度聚乙烯粒子，在无机皮膜中的重量份为10-25份；J)正硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机表面处理镀锌钢板，系在镀锌钢板表面覆盖有厚度为0.3‑1.0微米单层无机皮膜，其特征在于，该无机皮膜含有：A)一种或多种疏水型单有机硅烷偶联剂，在无机皮膜中的重量份为40‑60份；所述疏水型单有机硅烷偶联剂中含有X个疏水基团(X为1或2)和4‑X个反应性基团；B)体系交联剂，在无机皮膜中的重量份为10‑30份；所述体系交联剂为正硅酸酯、钛酸酯或含有架桥结构的双有机硅烷偶联剂中的一种或多种；C)水溶性纳米溶胶，在无机皮膜中的重量份为5‑15份；所述水溶性纳米溶胶的质量份数为20‑30％；D)表面改性高密度聚乙烯粒子，在无机皮膜中的重量份为10‑25份；E)正硅酸酯改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯在无机皮膜中的重量份为0.05‑0.5份；所述正硅酸酯改性氧化石墨烯为黑褐色正丙醇悬浊液，其中正硅酸酯改性氧化石墨烯的质量分数为1‑5％。

【技术特征摘要】
1.一种无机表面处理镀锌钢板，系在镀锌钢板表面覆盖有厚度为0.3-1.0微米单层无机皮膜，其特征在于，该无机皮膜含有：A)一种或多种疏水型单有机硅烷偶联剂，在无机皮膜中的重量份为40-60份；所述疏水型单有机硅烷偶联剂中含有X个疏水基团(X为1或2)和4-X个反应性基团；B)体系交联剂，在无机皮膜中的重量份为10-30份；所述体系交联剂为正硅酸酯、钛酸酯或含有架桥结构的双有机硅烷偶联剂中的一种或多种；C)水溶性纳米溶胶，在无机皮膜中的重量份为5-15份；所述水溶性纳米溶胶的质量份数为20-30％；D)表面改性高密度聚乙烯粒子，在无机皮膜中的重量份为10-25份；E)正硅酸酯改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯在无机皮膜中的重量份为0.05-0.5份；所述正硅酸酯改性氧化石墨烯为黑褐色正丙醇悬浊液，其中正硅酸酯改性氧化石墨烯的质量分数为1-5％。2.如权利要求1所述一种无机表面处理镀锌钢板，其特征在于，所述无机皮膜还含有：F)水溶性含氟化合物，其中氟元素在无机皮膜中的重量份为1-4份；G)水溶性含磷化合物，其中磷元素在无机皮膜中的重量份为0.5-4份；H)水溶性金属盐类化合物，其中金属元素在无机皮膜中的重量份为0.1-2.5份。3.如权利要求1所述一种无机表面处理镀锌钢板，其特征在于，所述疏水型单有机硅烷偶联剂(A)中的疏水基团选自-CH3(甲基)、-C2H5(乙基)、-C3H7(丙基)、-C6H5(苯基)、-CF3(全氟甲基)、-C2F5(全氟乙基)、-C3F7(全氟丙基)、-C5F11(全氟戊基)、-C7F15(全氟庚基)或-C9F19(全氟壬基)中的一种或两种。4.如权利要求1所述一种无机表面处理镀锌钢板，其特征在于，所述疏水型单有机硅烷偶联剂中反应性基团选自-OCH3(甲氧基)、-OC2H5(乙氧基)、乙烯基、丙烯基、环氧基、氨基、羟基、羧基、酰胺基或2,3-环氧丙氧基中的一种-三种。5.如权利要求1所述一种无机表面处理镀锌钢板，其特征在于，所述疏水型单有机硅烷偶联剂中疏水基团数量与反应性基团数量之和等于四；所述疏水型单有机硅烷偶联剂在无机皮膜中的重量份为40-60份，优选为45-55份。6.如权利要求1-5任一项所述无机表面处理镀锌钢板的制备方法，其特征在于，将一种水性无机表面处理剂的组分通过溶解或分散于水中，形成水性无机表面处理剂，将所述水性无机表面处理剂通过一次辊涂涂覆到镀锌钢板表面，并在60-100℃之间进行干燥，使无机皮膜的干膜厚度在0.3-1.0微米，所述无机皮膜含有：A)一种或多种疏水型单有机硅烷偶联剂，在无机皮膜中的重量份为40-60份；所述疏水型单有机硅烷偶联剂中含有X个疏水基团(X为1或2)和4-X个反应性基团；B)体系交联剂，在无机皮膜中的重量份为10-30份；所述体系交联剂选自正硅酸酯、钛酸酯或含有架桥结构的双有机硅烷偶联剂中的一种或多种；C)水溶性纳米溶胶，在无机皮膜中的重量份为5-15份；所述水溶性纳米溶胶的质量份数为20-30％；D)表面改性高密度聚乙烯粒子，在无机皮膜中的重量份为10-25份；E)正硅酸酯改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯在无机皮膜中的重量份为0.05-0.5份；所述正硅酸酯改性氧化石墨烯为黑褐色正丙醇悬浊液，其中正硅酸酯改性氧化石墨烯的质量分数为1-5％。7.如权利要求6所述一种无机表面处理镀锌钢板的制备方法，其特征在于，所述无机皮膜还含有：F)水溶性含氟化合物，其中氟元素在无机皮膜中的重量份为1-4份；G)水溶性含磷化合物，其中磷元素在无机皮膜中的重量份为0.5-4份；H)水溶性金属盐类化合物，其中金属元素在无机皮膜中的重量份为0.1-2.5份。8.如权利要求6所述一种无机表面处理镀锌钢板的制备方法，优选的是，所述疏水型单有机硅烷偶联剂(A)中的疏水基团可以为-CH3(甲基)、-C2H5(乙基)、-C3H7(丙基)、-C6H5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨家云，张剑萍，张文麒，戴毅刚，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31