一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂及其应用的制作方法

1.本发明涉及金属材料表面化成处理剂，尤其涉及一种无磷无氮金属表面薄膜处理剂及其应用。


背景技术：

2.在进行涂装或装饰之前，首先都要对金属表面进行涂装前处理来提高耐腐蚀性能和与涂料的结合力，因铬酸盐化学转化技术和磷酸锌化学转化技术具有工艺成熟、效果稳定的特点，而被广泛使用。然而，由于铬酸盐处理剂中含铬，磷酸锌处理剂中含磷，而且需加热处理，并且两者都会对环境造成污染，还有能源损耗，废水和废渣的处理还需大量成本，所以逐渐被取代。因此，急需一种不含磷或铬、低成本、常温使用的环保型化学处理剂，并且形成的膜层具有良好的耐腐蚀性，与涂料有良好的结合性、抗冲击性能。
3.目前，现有取代含磷或含铬的处理技术主要是含锆和钛化处理、金属陶化处理、硅烷化处理，然而这几种处理技术中都含有大量的氮，造成废液中含有大量的氮，排放对环境造成污染，存在废水处理问题。而随着社会的进步，环保要求中也逐渐控制氮元素的排放，所以也急需低氮或不含氮的处理剂。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种无磷无氮环保型金属表面处理剂。
5.本发明采用的技术方案是：一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，包括主处理剂，所述主处理剂是：每升主处理剂中，按重量份配比组成如下：
[0006][0007]
进一步的，上述的一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，还包括预处理剂，所述预处理剂是：每升预处理剂中，按重量份配比组成如下：
[0008][0009]
进一步的，上述的一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，所述有机酸选自甲基磺酸、乙基磺酸、羟甲基磺酸或羟乙基磺酸。
[0010]
进一步的，上述的一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，所述镁化合物选自硫酸镁、纳米氢氧化镁、纳米氧化镁、乙酸镁或乙酰丙酮镁水合物。
[0011]
进一步的，上述的一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，所述锌化合物选自硫酸锌、氧化锌、乙酸锌或乙酰丙酮锌。
[0012]
本发明提供的一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂在金属基材表面形成化学转化膜中的应用。
[0013]
进一步的，方法如下：用碱调节主处理剂的ph为3.8
‑
4.5；用碱调节预处理剂的ph为4
‑
5；将脱脂、水洗后的金属基材于ph为4
‑
5的预处理剂中浸泡或喷淋，常温下处理0.5
‑
3min后，用去离子水洗，再于ph为3.8
‑
4.5的主处理剂中浸泡或喷淋，常温下处理2
‑
4min。
[0014]
进一步的，所述碱为质量百分浓度为20％的氢氧化钠。
[0015]
进一步的，所述金属基材的材质为铁及其铁合金、锌及其锌合金、铝及其铝合金。
[0016]
进一步的，所述金属基材为冷轧板、镀锌板或铝合金板。
[0017]
本发明的有益效果是：
[0018]
1、本发明的金属表面薄膜处理剂不含有磷、氮及重金属，不会对环境造成污染，大量减少处理废水、废渣的成本，可常温使用，节约能源。
[0019]
2、本发明的金属表面薄膜处理剂，添加了聚环氧琥珀酸，由于聚环氧琥珀酸的存在，增加了缓蚀效果，同时聚环氧琥珀酸结构中含有羧基，在成膜过程中，能与锆离子结合，形成配位键，这将大大有利于化学转化膜的稳定生成，进而也提高其耐腐蚀性。同时聚环氧琥珀酸在一定条件下可在基材界面发生化学吸附或聚合。本发明由于组分中聚环氧琥珀酸和预处理工艺的存在，大大提升了金属表面形成膜层的耐腐蚀性能和与涂料的结合力。
[0020]
3、本发明的金属表面薄膜处理剂，由于铈盐的存在，与本发明的金属表面薄膜处理剂若存在一个工作液中，在酸性条件下会有沉淀或絮体产生，极易造成工作液的不稳定。本发明创造性的将铈盐单独形成一个预处理剂进行先期的预处理，解决了工作液不稳定问题，同时也提高了形成膜层的耐蚀性。成膜时，铈离子可在基材界面处形成一层氧化铈/氢氧化铈的转化膜，可有效抑制腐蚀，同时转化膜也有一定的“自修复”能力；随后再经过锆化处理，形成的氧化锆膜起到填充、覆盖作用，耐蚀性进一步提高。
[0021]
4、本发明的金属薄膜处理剂，与金属表面通过锆化成、有机高分子缔合形成有机
‑
无机复合膜层，与涂料具有优异的结合力，并具有良好的耐腐蚀性能，同时无磷无氮，不会产生含氨氮类或重金属类废水和废渣，并可常温使用，节能环保。
附图说明
[0022]
图1是划格实验结果图。
[0023]
图2是耐冲击试验结果图。
[0024]
图3是杯突试验结果图。
[0025]
图4是百格 杯突试验结果图。
[0026]
图5是耐中性盐雾试验结果图。
具体实施方式
[0027]
下面用具体实施例对本发明做进一步说明，但以下实施例并不限制本发明。
[0028]
实施例1
[0029]
(一)一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，由主处理剂组成。主处理剂组成如表1。
[0030]
表1
[0031][0032]
(二)制备方法
[0033]
按表1将各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0034]
(三)应用
[0035]
方法如下：
[0036]
1、用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调节主处理剂的ph为4.0。
[0037]
2、预处理：将冷轧板进行脱脂处理，然后依次用工业水洗和去离子水洗。
[0038]
3、将预处理的金属基材置于ph为4.0的主处理剂中浸泡，于常温下浸泡3min，进行化学转化反应后，水洗，干燥，获得在金属基材表面上形成无磷无氮化学转化膜。
[0039]
实施例2
[0040]
(一)一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，由主处理剂和预处理剂组成。主处理剂和预处理剂的组成如表2。
[0041]
表2
[0042][0043]
(二)制备方法
[0044]
主处理剂的制备：按表2将主处理剂的各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0045]
预处理剂的制备：按表2将预处理剂的各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0046]
(三)应用
[0047]
方法如下：
[0048]
1、用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调整主处理剂的ph为4.5。用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调节预处理剂的ph为4.0。
[0049]
2、预处理：将冷轧板进行脱脂处理，然后依次用工业水洗和去离子水洗。
[0050]
3、将预处理后的金属基材置于ph为4.0的预处理剂中，于常温下浸渍2min，进行第一次化学转化反应后，水洗。
[0051]
4、将步骤3获得的金属基材置于ph为4.5的主处理剂中，于常温下浸渍3min，进行第二次化学转化反应后，水洗，干燥，获得在金属材料表面上形成无磷无氮化学转化膜。
[0052]
实施例3
[0053]
(一)一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，由主处理剂和预处理剂组成。主处理剂和预处理剂的组成如表3。
[0054]
表3
[0055][0056]
(二)制备方法
[0057]
主处理剂的制备：按表3将主处理剂的各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0058]
预处理剂的制备：按表3将预处理剂的各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0059]
(三)应用
[0060]
方法如下：
[0061]
1、用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调整主处理剂的ph为3.8。用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调整预处理剂的ph为5.0。
[0062]
2、预处理：将冷轧板进行脱脂处理，然后依次用工业水洗和去离子水洗。
[0063]
3、将预处理后的金属基材置于ph为5.0的预处理剂中，于常温下浸渍30s，进行第一次化学转化反应后，水洗。
[0064]
4、将步骤3获得的金属基材置于ph为3.8主处理剂中，于常温下浸渍4min，进行第二次化学转化反应后，水洗，干燥，获得在金属材料表面上形成无磷无氮化学转化膜。
[0065]
实施例4
[0066]
(一)一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，由主处理剂和预处理剂组成。主处理剂和预处理剂的组成如表4。
[0067]
表4
[0068][0069]
(二)制备方法
[0070]
主处理剂的制备：按表4将主处理剂的各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0071]
预处理剂的制备：按表4将预处理剂的各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0072]
(三)应用
[0073]
方法如下：
[0074]
1、用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调整主处理剂的ph为4.2。用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调整预处理剂的ph为4.5。
[0075]
2、预处理：将冷轧板进行脱脂处理，然后依次用工业水洗和去离子水洗。
[0076]
3、将预处理后的金属基材置于ph为4.5的预处理剂中，于常温下浸渍1min，进行第一次化学转化反应后，水洗。
[0077]
4、将步骤3获得的金属基材置于ph为4.2的主处理剂中，于常温下浸渍2min，进行第二次化学转化反应后，水洗，干燥，获得金属材料表面上形成无磷无氮化学转化膜。
[0078]
实施例5
[0079]
(一)一种无磷无氮环保型金属表面薄膜处理剂，由主处理剂和预处理剂组成。主处理剂和预处理剂的组成如表5。
[0080]
表5
[0081][0082]
(二)制备方法
[0083]
主处理剂的制备：按表5将主处理剂的各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0084]
预处理剂的制备：按表5将预处理剂的各原料在搅拌条件下混合均匀，即可。
[0085]
(三)应用
[0086]
方法如下：
[0087]
1、用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调整主处理剂的ph为4.0。用质量百分浓度为20％的氢氧化钠调整预处理剂的ph为4.0。
[0088]
2、预处理：将冷轧板进行脱脂处理，然后依次用工业水洗和去离子水洗。
[0089]
3、将预处理后的金属基材置于ph为4.0的预处理剂中，于常温下浸渍3min，进行第一次化学转化反应后，水洗。
[0090]
4、将步骤3获得的金属基材置于ph为4.0的主处理剂中，于常温下浸渍3min，进行第二次化学转化反应后，水洗，干燥，获得金属材料表面上形成无磷无氮化学转化膜。
[0091]
实施例6性能测试
[0092]
将实施例1
‑
实施例5获得的金属材料表面上形成无磷无氮化学转化膜后，再进行涂装操作，之后进行性能检测。
[0093]
(一)测试方法和评价方法如下
[0094]
1、附着力检测：
[0095]
1.1划格试验：参照gb/t9286
‑
1998，对涂装后的板材进行划格测试，评价方法如表6。
[0096]
表6
[0097][0098]
1.2耐冲击试验：
[0099]
参照gb/t 1732
‑
93，对涂装后的板材进行冲击测试，用4倍放大镜观察，判断漆膜有无裂纹、皱纹及剥落等现象。
[0100]
1.3杯突试验：参照gb/t 9753
‑
2007，对涂装后的板材进行杯突测试，判断漆膜是否能通过规定的压陷深度(6mm)。
[0101]
1.4百格 杯突试验：为了显示与涂料的结合力，测试更为苛刻的百格 杯突(6mm)试验，即先参照gb/t 9286
‑
1998进行划格试验，之后在划格的区域进行杯突试验，评价方法同1.1划格试验。
[0102]
2、耐中性盐雾性能测试：
[0103]
参照gb/t1771
‑
2007，对电泳后样板划叉包边后进行1000h中性盐雾测试。盐雾时间到达后取出样板，将样板表面的腐蚀物初步清理，用自来水冲洗试板，用软布对表面腐蚀物进一步清理，残留的腐蚀物用盐酸溶液(体积比1：1，在其中加入0.06g/l六次甲基四胺)浸湿纱布清理干净，之后纯水冲洗，烘干或吹干。放置干燥器中20分钟后用游标卡尺测量两边最大扩蚀宽度，扩蚀宽度越小耐腐蚀效果越好。评价方法如表7。
[0104]
表7
[0105]
最大扩蚀宽度/mm评定等级010大于0～0.59大于0.5～1.08大于1.0～2.07大于2.0～3.06大于3.0～5.05
大于5.0～7.04大于7.0～10.03大于10.0～13.02大于13.0～16.01大于16.0～更多0
[0106]
(二)性能测试结果如图1
‑
图5和表8
[0107]
图1为划格试验结果。图2为耐冲击试验结果。图3为杯突试验结果。图4为百格 杯突试验结果。图5为耐中性盐雾试验结果，评价结果如表8。
[0108]
表8
[0109] 划格试验耐冲击试验杯突试验百格 杯突试验耐中性盐雾试验实施例10有裂纹未通过56实施例20有皱纹未通过27实施例30无裂纹未通过17实施例40无裂纹通过07实施例50无裂纹通过07
[0110]
由图1
‑
图5和表8可见，本发明制备的预处理剂和主处理剂，实施例1获得的金属材料表面形成无磷无氮化学转化膜，由于没有经过预处理剂处理，其性能较差。实施例4和实施例5获得的金属材料表面形成的无磷无氮化学转化膜，经耐冲击试验、杯突试验、划格 杯突试验和耐中性盐雾试验结果显示，所获得的化学转化膜具有优异的性能。