[发明专利]一种基于热力学耦合问题提高镀铬板表面能的方法

说明书

本发明一种基于热力学耦合问题提高镀铬板表面能的方法,基于两步法镀铬溶液中的杂质离子及其浓度，提出了分别控制金属铬镀液及铬氧化物镀液的pH来提高镀铬板表面能的技术；改进后的镀液解决了存在较多杂质的镀铬板表面能低的问题；装饰性镀铬产品印涂效果差、覆膜铁涂层结合力差的问题得到了有效解决。

技术领域

本发明涉及镀铬板的生产控制技术，涉及一种基于热力学耦合问题提高镀铬板表面能的方法。根据镀铬溶液中含有的杂质离子，进行热力学模拟其沉淀条件，进而通过控制镀铬溶液的pH来减少杂质离子的沉淀，从而控制镀铬板表面能，改善覆膜铁涂层结合力弱的问题。

技术背景

镀铬钢板是通过在钢板表面进行电解铬酸盐处理，使钢板表面沉积一层金属铬(一般为50～100mg/m²)及铬氧化物膜(一般为5～20mg/m²)的经济型罐材料。镀铬板表面化学成份稳定，从表面膜溶出的铬离子是极其微量的，正是由于镀铬板表面的无毒性，其产品广泛应用于食品罐头。镀铬钢板除了具有无毒性的特点，还具有镀着量少、成本低、附着力强、涂漆性好、耐温性好、高抗硫性、高耐碱性等优点。因此，镀铬板还用于自行车部件、家庭电器用品、办公用品、建材材料部件、汽车部件等领域。

尽管镀铬钢板的耐蚀性好，但其镀层表面存在不连续的微小孔隙缺陷，这影响了镀铬产品的使用寿命及所存储食品饮料的固有质量。容器用表面处理钢板的电镀已从单独镀Cr改为镀Cr/Sn体系，正朝着能对表面处理钢板和树脂薄膜进行层压的覆膜钢板方向发展。目前，日本拥有覆膜铁生产线6条，我国的覆膜铁生产处于起步阶段，无锡一家私有企业拥有三条生产线，覆膜基板为冷轧板，且采用粘合工艺法生产，年产量2万吨，生产线速度80m/min，薄膜与基板粘合牢度不及国外。1998年上海德胜联兴引进了一条覆膜铁生产线，虽然其产品质量和外观都优于同类型的三片饮料罐产品，但是由于其产品成本较高，产品质量难于掌控，该生产线从引进到现在也没有得到有效开工。具有国内速度最快、规格最薄、工艺最先进镀铬铁专用生产线的宝武集团宝钢股份有限公司，以镀铬板为基板，采用高温、高压挤压工艺的覆膜铁生产线正处于热试车调试阶段，期间暴露了较多质量问题，如表面有机膜与镀铬铁结合不牢，覆膜后产品表面存在小白点缺陷，等等。

涂镀产品表面钝化层的特性不仅取决于钝化层表面的均匀性、稳定性以及孔隙率，钝化层表面能的差别，尤其是对于涂料铁、覆膜铁等功能化涂层，钝化层的表面能决定了其与涂层之间的结合力。因此，急需一种镀铬板表面能的控制技术，来解决覆膜铁涂层结合力弱的问题，对覆膜铁的生产发展具有重要的实际意义。

发明内容

目前，镀铬板有两种生产工艺，即一步法和两步法。一步法是指将钢基板置于一种电解液中进行电解处理，使其表面同时析出金属铬和铬氧化物膜的方法。所用的电解液为浓度小于150g/L的CrO₃和一些添加剂(如Na₂SiF₆、H₂SO₄等)，此方法中铬的析出率只有15％～20％，生成的产品表面轻微发黄。两步法是第一步将钢基板置于高浓度铬酸溶液(150g/LCrO₃和Na₂SiF₆、H₂SO₄等添加剂)中，使其表面镀上一层金属铬，然后进行水漂洗；第二步将镀有一层金属铬的钢板置于较低浓度铬酸溶液(65g/L CrO₃和Na₂SiF₆、H₂SO₄等添加剂)中，使其表面形成一层铬氧化膜，第二步主要起到生成均匀氧化膜和均化铬层的作用。两步法工艺中铬的析出率约25％，生成的产品外观呈银白色，具有较好的涂漆附着力。镀铬过程的阴极极化曲线如图1所示。

在曲线ab段，主要发生Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺的反应：