[发明专利]用于金属表面磷化替代处理剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术，具体是一种用于金属表面磷化替代处理剂及其制备方法。

背景技术

随着人们对环境保护的越来越重视，环保涂装取代传统涂装已经成为了一种趋势和发展方向，而且这个发展速度正随着中国家电行业的日渐成熟而越来越快。近一两年，国内家电企业环保意识普遍增强，对环保涂装前处理工艺的接受度大大提高。一直以来，家电产品的部分工件对防腐处理有着较高的要求，目前比较普遍的解决方案是在金属涂装前处理工艺中，使用一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜(这个过程简称磷化，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜)，它和后道涂装一起保护家电等金属制品保证10年或以上的时间内不发生锈穿等问题。

尽管磷化的抗腐蚀等性能非常优异，但是它同时也产生诸多问题，比如能耗高、污染较严重、含有害重金属、废水处理较困难、容易在管壁及管道内结渣等一系列问题。随着科技的不断进步和环保要求的不断提高，更环保的金属表面前处理工艺正在全球范围内发展起来，目前这方面的研究工作集中在无毒环保磷化和完全摒弃含磷配方的全新工艺两个方面。

过去60年间，锌和镍两种金属离子是磷化的核心，日益严格的环境政策以及不断提高的镍和锌原材料价格，成为开发合适的替代品的驱动因素。人们首先对纳米颗粒、锆、钛、聚合物以及其他金属离子的单体及相互之间的合成物进行评估，最后决定开发替代磷化的新转化膜，这种替代品应该不含磷酸盐及其他传统的重金属离子或受RoHS等规定限制的金属离子，各处理工艺所含离子浓度都少于当前的磷酸锌工艺，从而节约能源和水，满足当今前处理行业的性能要求，膜重量不超过传统的磷酸锌膜，范围在20～200mg/m²。

上世纪90年代，国外环保型涂装前处理工艺逐渐成为业内研究的热点。由于磷化处理工艺中毒性较大、污染比较严重的主要是亚硝酸盐，重金属Ni2+、Cr6+、Mn2+等离子。所以，该领域的研究也主要集中在为这些物质寻找替代品上，主要分为无亚硝酸盐磷化和无镍磷化。

硅烷技术作为一种较为成熟的新型金属表面前处理应用技术，克服了锌系磷化过程中那些无法克服的先天不足，经过多年发展，现已具有较高的工业化应用水平，能够满足汽车、家电等行业的使用要求。硅烷技术具有以下优点：硅烷能与金属基材间形成牢固的共价键，增强金属基材与涂层间的结合力和耐腐蚀性；简便的硅烷使用工艺，原有磷化工艺可直接改造成硅烷处理工艺，只需将表调槽换成水洗槽或空置即可；室温工作，成膜迅速，节能增效；基本无渣，无重金属，无磷，维护及废水处理简便；单耗低，综合处理成本下降；可与各种后道处理方式配套，比如喷粉、电泳、喷漆等。

目前所知的其他磷化替代工艺的研究还有：日本株式会社放电精密加工研究所远藤康彦、酒井富男发明的无铬金属表面处理剂；日本油漆株式会社岛仓俊明等人发明的非铬酸盐金属表面处理剂；日本株式会社日矿材料大内高志等人发明的金属表面处理剂。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种可以在各种不同合金表面上，尤其在冷轧钢表面上制备高耐蚀耐磨复合纳米多元硅烷膜的最佳成膜条件的金属表面磷化替代处理剂及其制备方法，用于工业规模化金属表面处理行业的硅烷技术。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种金属表面磷化替代处理剂及其制备方法，其特征在于：所述磷化替代处理剂由以下成份组成：

γ-APS         1-3份；

无水乙醇       18-30份；

氟锆酸         5-10份；

去离子水       50-90份。

所述由上述成份组成的磷化替代处理剂为硅烷和纳米陶瓷复合膜。

在所述由γ-APS、无水乙醇、氟锆酸、去离子水组成的硅烷和纳米陶瓷复合膜用于金属表面预处理的制备方法，包括以下步骤：

热水洗→预脱脂→第一步水洗→第二步水洗→第三步水洗→无磷转化→水洗直排→第四步水洗→第五步水洗→完成。

所述按照上述步骤在冷轧钢表面形成硅烷和纳米陶瓷复合膜过程中，水解温度为30℃、水解时间为8小时、水解溶液pH值为12，水解溶液组成的体积比γ-APS∶无水乙醇∶氟锆酸∶去离子水＝3∶22∶8∶67，浸涂时间15分钟、浸涂温度为30℃、固化温度120℃、固化时间15分钟。

所述热水洗采用常温清洗。

所述各水洗步骤保持连续溢流以避免污染。

所述水洗直排中保持连续溢流，控制电导率在25us/cm以下。