彩色涂层钢板的预处理

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1989.03.020 北京科技大学学报 第11卷第3期 Vol.11 No.3 1989年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 1989 -二 彩色涂层钢板的预处理 瞿文吉赵雪飞 (压力加工系) 搞要：本文论述了彩色涂层钢板预处厘的最佳工艺条件的选择，该工艺可任室温下 进行，节约能源，并且成膜速度快（小于105），效果好，具有广泛的适应性。同时也研究了各 组分对预处理成膜的影响，探时了预处理膜的纽织结构与彩色徐层的板性能的关系。 关键词：涂层，预处理，铬酸盐处用 The Pre-treatment Technology of Clour Coated Sheet Qu Wenji Zhao Xuefei ABSTRACT:The coating on the clour sheet can be formed faster and better at normal temperature by means of the pre-treatment technology.This technology has extensive suitability anl can conserve energy consumption. The relation between the composition of the pre-treatment solution and the effect structure on the performance of the colour coated sheet are also discussed. KEY WORDS:coating,prc-lrcatment,chromating 有机涂层钢板是以金属板带材为基材，在其表面涂敷各种有机涂料或覆以各种固体塑料 薄膜，而制成具有不同色彩和花纹图案的新型高效钢材，由于涂层板兼有钢板和涂料二者之 长，具有良好的加工成型性，一定的金属强度及涂料的耐蚀性和装饰性等优点，已越来越为 各界人士所重视。 化学预处理的作用是任基板表面形成一层转化膜，这层膜可以提高涂料与基板之间的附 着能力，同时也可进一步提高涂层板的耐蚀性，因此，化学预处理工艺是提高涂层板质量的 关键之一。目前常用的化学预处理方法有磷酸盐法（适用于冷轧板为基板）和铬酸盐法（适用 于镀锌板为基板)，H处理温度高。由于涂层板生产的连续性，能否找到既适于冷轧板又适于 镀锌板的通用处理液；为节约能源，能否把预处理温度降为室温，另外由于铬酸盐处理液对 环境会造成污染，因此能否降低预处理液中铬离子浓度。本实验在这些方面做了初步探索。 1988-07-09收稿 219

第 卷第 期 北 京 科 技 大 年 月 学 学 报 丁 ‘ 彩 色 涂 层 钢 板 的 预 处 理 瞿文 吉 赵 雪 飞 压 力加 工 系 摘 要 本 文 论 述 了彩 色涂 层 钢 板 顶处 理 的 最佳工 艺条件 的 选 择 ， 该 工艺 可 在 室温 下 进 行 ， 节 约 能 源 ， 井且 成 膜速 度快 小 于 ， 效果 好 ， 具有 广 泛 的适应 性 。 同 时 也 研究 了 各 组 分 对 预 处 理 成 膜 的 影响 ， 探 讨了 预 处 理 膜的 组 织 结 构 与彩色 涂 层 钢 板 性能 的 关系 。 关键 词 涂 层 ， 预 处理 ， 铬酸 盐 处理 一 牙 。 。 “ 一 一 乃 一 ， 一 ， ， 有 机 涂 层钢板是 以金 属板带材 为基材 ， 在其表面涂 敷各 种 有机 涂料 或覆以各种 固体塑料 薄膜 ， 而 制 成具 有不 同 色 彩 和花纹 图案 的新型 高效钢 材 ， 由于涂 层 板兼有 钢 板 和涂 料二 者之 长 ， 具 有 良好的加工 成型 性 ， 一 定 的金属强 度及涂料 的耐 蚀性和 装 饰性 等优点 ， 已越来 越 为 各界人 士 所重 视 。 化学 预处理 的作 用是 在基板表面形成一 层转化膜 ， 这 层膜 可 以提 高涂 料 与基板之 间 的附 着能 力 ， 同 时也 可进一 步提 高涂层 板 的耐蚀性 ， 因此 ， 化 学 预处理工 艺是提高涂层 板质 量 的 关键之一 。 目前常 用 的化 学 预 处理 方法有磷 酸盐法 适 用于冷轧板为基板 和铬酸盐法 适 用 于镀锌 板为基板 ， 且 处理 温度高 。 由于涂 层板生 产 的 连续 性 ，能 否找 到既 适于冷轧板又 适于 镀锌板 的通用处理液 为节约能源 ， 能否把 预处理温度降 为室温， 另 外由于铬 酸盐处理液对 环 境会造成 污染 ， 因此能 否降低 预处理液 中铬离子浓 度 。 本实验 在这 些 方 面做 了初步探索 。 一 一 收 稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1989．03．020

1实验方法 根据大量实验的筛选，选择预处理液的主要成分为： CrO3,Na,Cr2O,Hs PO,NaF 利用正交试验，对基板进行预处理，实验步骤为： 脱酯→水洗一→酸洗（反用于冷轧板为基板）-一→水洗一→化学转化处理一)水洗 )烘干一→分析 用比色法分析膜中P、C的含量，并结合成膜情况及顶处理液沉淀情况选择最佳工艺条 件。 通过X射线射相分析确定预处理膜结构。 选用上海涂料公司生产的聚酯底，面漆进行涂囊试验，检验涂层性能。 实验材料选用胺钢产冷轧板及合金化镀锌板，武钢产小锌花镀锌板。 2实验结果及讨论 2.1预处理液配方及工艺 表1正交实验结果及水平（冷轧板为蕃板） Table 1 The results and level of cross test H,PO Na2Cr207 Cro3 NaF 试 羚 果 试验号 ml/l g/1 B/1 8/1 P,mg/dm2Crmg/dm?成德情况 1 22,5 4 4 0.085 0.04 基本无膜 2 15 2 4 1 0.100 0.08 集不均匀 3 30 6 4 8 0.150 0.10 镇较均匀 15 0.210 0.10 膜较均匀 30 0.105 0.06 德不均) 22.5 6 5 0.215 0.150 德较均]】 30 1 0.210 0.150 膜较匀匀 22.5 6 8 0.105 0,08 痕不均匀 15 6 0,08 0,06 基本无膜 表2 正交实验结果（镀锌板为蓄板） Table 2 The results of cross test 合金化 小锌 花 锌板 试验 P,mg/dm2 Cr,mg/dm2 成膜情况 P,mg/dm2 Cr,mg/dm2成顾情况 1 0.225 0.210 魔较均匀 0.110 0.120 少量不均匀集 2 0.115 0.155 少量不均匀模 0,115 0.135 不均匀膜 0.230 0.215 膜较均】 0.105 0.110 少量不均匀跳 0.100 0.130 少量不均)镜 0.155 0.150 不均匀膜 0.205 0.205 膜较均匀 0.105 0.110 少址不均匀膜 分 0.155 0.180 膜较均) 0.210 0.180 膜不大均匀 0.135 0,165 腋不大均) 0,225 0.205 较均)膜 8 0.155 0.180 膜不大均 0.245 0.210 均匀慎 0.215 0.210 膜较均) 0.220 0,205 较均)硬 220

实 验 方 法 根据大 量实验 的 筛选 ， 选择预处 理液 的主 要成 分 为 ， ， ， 。 利用正交试验 ， 对 基板进行 预处 理 ， 实验 步骤 为 脱醋 水洗 一令 酸洗 反 用于冷轧 板 为基板 一 水洗 一令 化学 转 化 处 理 一 水洗 一 一 烘千 一今 分 析 用 比色 法分 析膜 中 、 的含量 ， 并结合成膜情况 及 顶处 理液 沉 淀情况 选择 最 佳工 艺条 件 。 通过 射线 衍射 相分 析确 定预处 理膜结 构 。 选 用上海涂料公 司生 产 的聚醋 底 ， 面漆进 行涂效试 验 ， 检验涂 层性能 。 实验材料选用鞍钢 产冷轧板及 合金化镀 锌板 ， 武 钢 产小 锌花 镀 锌板 。 实验结果 及 讨论 。 顶处理 液 配 方 及工 艺 裹 正 交实脸结果 及 水平 冷轧 板 为甚 板 试 验 号 ， ‘ ， 一 、 名 艺 。 。 试 骏 结 果 ， 皿 成膜 清况 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 塞本无 膜 膜 不均 匀 膜 较均 匀 膜 较均 匀 膜 不均 匀 膜 较均 匀 膜 较均 匀 膜 不均 匀 芯本无 膜 表 正 交实牲结 果 饭 锌板 为‘ 板 口 合 金 化 镀 锌 板 小 锌 花 进 锌 板 试 验 廿 合 金 化 镀 锌 板 小 锌 花 波 锌 板 ， ， 成 膜情况 ， 成膜 情况 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 膜 较均 匀 少 不均 匀膜 膜 较均 匀 少 段不均 匀膜 膜 较均 匀 膜 较 均 匀 月芝不大 均 匀 膜 不大均 匀 膜 较均 匀 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ， ， 。 。 。 。 。 。 。 污 。 。 少 且不均 匀膜 不均 匀膜 少 廷不均 匀膜 不均 匀摸 少 胜不均 匀膜 凡花不 大 均 匀 车交均 匀膜 均 匀 膜 较均 匀膜

表1和表2分别为以冷轧板和镀锌板为基板进行化学预处理的结果，综合考虑3种基 板，最后确定各组分的含量为： 冷轧板：HaPO,22.5ml/1 CrO3 2g/l Na2 Cr2O7 6g/l NaF 5g/I 镀锌板：H3P0,15ml/1 CrO3 6g/l Na2 Cr2O 6g'1 NaF 5g/l 按上述结果进行处理后，再进行涂敷试验，检验涂层性能（见表3）。 表了涂数试验结果 Table 3 The results of painting test 试验项目 冷 轧 板 合金化镀锌板 小锌花镀锌板 杯突(5mm) 通过 通 过 迫过 回圈（附着力） 】~1级 】级 1 级 弯 的 不 裂 不 裂 裂 冲击 正 方 裂 不 裂 作 裂 (490J)反 1级 3级 3毁 盐雾试验 500h以上 50eh以上 500h以上 2,2各组分对预处理膜的影响 (I)H,PO对预处理膜的影响由图1结果可见，增加H3PO的含量，膜中P含量增 加，但当HPO,超过25m1/1时P含量下降，由于HaPO,增加，溶液酸性稍有变化，但对模 中Cr含量影响不大。 2.0 4.0 1.5 7.0 20 3.0 .0 1.0 6.0 .0 3.0 0.5 5.0 1.0 2.0 2.0 4.06.0 8.u 10.0 0.0 10 15 2023 30 Amount of NaF,g/I Amount of H:PO,ml/1 图1磷酸用量的影响 图2氟化钠用量的影响 Fig.1 Effect of amount of H3PO Fig.2 Effct of amount of NaF (2)NaF对预处理膜的影响由图2可见，增加NaF含量有利于提高P、Cr的含量，但 从成膜情况及处理液沉淀情况看，当NaF超过5g1时基板表面出现沉淀且处理液变浑浊， 因此NaF应在5g/I左右，从扫描电镜结果得NaF有细化晶粒的作用。 (3)Na2Cr2O,对预处理膜的影响由图3结果可见，Na2Cr,O,主要是提供铬离子，增 加它的含量对膜中Cr影响不大，但有利于P含量的增加。 221

表 和 表 分别为 以冷轧 板和 镀 锌 板为基板 进 行化学 预处 理 的结 果 ， 综 合 考 虑 种 基 板 ， 最 后确定各组分 的含 量为 冷 轧板 镀 锌板 。 ‘ 按 上 述结 果进行处 理 后 ， 再进 行涂 敷试验 ， 检验 涂 层性能 见表 。 表 涂 敷 试 验 结 果 试 验 项 目 杯 突 画 圈 附着 力 弯 曲 冲 击 正 反 盐 雾 试 验 冷 轧 板 合 金 化 镶 锌 板 小 锌 花 镀 锌 板 通 过 通 过 通 过 皿级 级 圾 不 裂 不 裂 不 裂 不 裂 不 裂 下 裂 级 级 级 以 上 以 上 。 。 以 上 。 各 组分对 预处理 膜 的影晌 、 勺 对 预处理膜 的影响 由图 结 果 可 见 ， 增 加 、 的含 量 ， 膜 中 含量 增 加 ， 但 当 、 超过 时 含量 下降 ， 由于 。 ‘ 增加 ， 溶液酸 性稍有 变化 ， 但 对漠 中 含量影响不大 。 飞卫公加任 、…于 。 星 。 …述 奋 一－ 一 一一 一 卜 一 一 ， 八 图 磷酸 用 量 的 影 响 在二上兰上一土一习 。 ， 乍盗芍公任 幼州︺﹁、 图 氟化 钠 用量 的 影 响 对预处理 膜 的影响 由 图 可见 ， 增 加 含 量有 利于提高 、 的含量 ， 但 从 成膜情况 及 处理液 沉淀情况看 ， 当 超过 时基 板表面 出现沉淀且处理液 变浑 浊 ， 因此 应在 左 右 ， 从 扫描电镜结 果得 有 细化 晶粒 的 作 用 。 “ 对 预处理膜 的影响 由图 结 果可 见 ， 主 要是 提供铬离子 ， 增 加 它 的含量对 膜 中 影响 不大 ， 但有 利于 含量 的增 加

3.0f 2.5 6.5 6,50 2.0 5.5 2.0 .50 1.5 4.5 4.50 笔 置 3.5 1.0 3.50 a 0, 2.5 2.50 0.0 J1.5 15 3.04.5 6.0 7.5 0.0L 1.50 1.0 2.0 4.05.0 Amount of CrO3,g/l 3.0 Amotint of Na.('r:O:·g/八 图3重路酸钠用量的影响 图4三氧化铬的彭响 Fig.3 Effct of amount of Na2Cr2O7 Fig.4 Effct of amount of Cr203 (4)CO3对预处理膜的影响由图4结果可见，增加CrO,含量对膜中P和C的含量影 响不大，CrO上要是提供铬离子，当CrO,含量超过3.0g/1时，膜中P和Cr含量趋于稳定。 2.3预处理膜的组织及结构 (1)预处理膜的结构利用X射线衍射分析，对不同基体所形成的预处理膜结构进行分 析，结果如下， 冷轧板的预处理膜主要为Fe3(PO,)2·4H2O和FePO,·2HzO,而顶处理液中的Cr·+对 该层膜起封闭钝化作用，提高耐蚀性，因此，该配方简化了冷轧板预处理工艺，使磷化与钝 化同时进行。 以合金化镀锌板为基板时其基体主要为FeZn,预处理膜主要为ZnFe2O,ZnCr:O.及 FeH,P,O1。H2O,说明在合金化镀锌板表面既有铬酸盐膜又有磷酸盐膜，这样不仅提高了 涂敷性也提高了耐蚀性。 (2)预处理膜的组织形貌利用扫描电镜观察基板及预处理膜的表面形貌。 图5(a、b)为冷轧板预处理前后基板的表面形貌。由此可见，预处理前冷轧板表面有 明显的轧制条纹，表面无结品颗粒，预处理后，轧制条纹基本消失，表面形成结晶状薄膜。 图5(c、d)为合金化镀锌板预处理前后的表面形貌，预处理前表面为粗大的结晶颗粒， 预处理后形成了晶粒细小的结晶薄膜。 图5(、f)为小锌花镀锌板预处理前后的表面形貌，预处理前表面为不均匀的分散的结 品，预处理后形成了晶粒细小的分布均匀的结品薄膜。 3结 论 (1)本实验所研究确定的彩色涂层钢板预处理工艺对冷轧板、合金化镀锌板小锌花镀 锌板均可取得效果良好的预处理膜，且该工艺处理时间短、温度低，因此具有广泛的适应性。 (2)酸性的改变对预处理膜中C的含忙影响不人，添加NaF有利于提高膜中P、Cr的含 量并有细化晶粒的作，不宜过量（5g1),H,PO使处理液保持一定的酸度，以保证还 原反应顺利进行，另外可形成磷化膜，使转化反应迅速并改善膜的耐蚀性和涂敷性。 222

户 “、﹄巨切三‘ 一 ， 一 日卜、 习 了刊 厂 一 ’ 写 尸产 … …一 … … 声 之卜 、 、 宁尸，嘴拙 。 。 飞 。 习。三‘助 一助三 卜 ，耳任加三 ， 八 诬们 旧 ’ 下 · 图 重 铬 酸 钠 用 是的 影响 图 二氧 化铬 的 影响 。 「 对 预处理膜 的影响 由图 结 果 可见 ， 增 加 含量对 膜 中 和 的含量影 响 不大 ， 卜要是 提 供 铬离子 ， 当 含量 超过 。 时 ， 膜 中 和 含量 趋于稳 定 。 。 预 处 理 腆的 组织 及 结构 顶处理膜 的结 构 利 用 射线 衍射分 析 ， 对不同 基体所形 成 的预 处 理膜 结 构进 行分 析 ， 结 果如 下 冷 轧 板的预 处理膜 主要 为 · 和 ‘ · ， 而 预 处理液 中的 。 十 对 该层膜 起封闭钝化 作 用 ， 提 高耐 蚀性 ， 因此 ， 该配 方简化 了冷 轧 板预处 理工 艺 ， 使磷化 与钝 化 司时进行 。 以 合金化 镀 锌板 为基板时其 基体主 要 为 ， 预 处 理 膜主 要 为 ， ‘ 及 。 · ， 说 明在合金 化 镀锌 板表 面既 有 铬酸 盐膜又 有磷酸 盐 膜 ， 这样不 仅提高 了 涂欺性 也提 高了耐 蚀性 。 预 处 理 膜 的组 织 形 貌 利 用扫描电 镜 观 察基板及预 处 理 膜的表面 形 貌 。 图 、 为冷轧 板预 处理 前后基板的表 面 形 貌 。 由此可 见 ， 预 处理 前冷 轧 板 表 面有 明显 的 轧 制 条纹 ， 表面 无 结 晶 颗粒 ， 预 处 理 后 ， 轧制 条纹 基 本消失 ， 表 面 形 成结 晶状 薄膜 。 图 。 、 为 合金化 镀 锌 板预 处 理 前后 的 表 面形 貌 ， 预 处 理 前表面 为粗大 的结 晶颗粒 ， 预 处 理 后 形成 了晶 粒 细小 的结 晶 薄膜 。 图 、 为小 锌 花镀锌 板预 处理 前后 的表 面 形 貌 ， 预 处理 前表面 为 不 均 匀的分 散 的结 晶 ， 预 处 理 后 形 成 了晶粒 细小 的分 布均 匀的 结 晶 薄膜 。 结 论 本实验 所 研 究确定 的彩 色涂 层 钢 板 预处 理 工 艺 对冷轧 板 、 合金 化 镀锌 板 和小 锌 花镀 锌 板均 可取 得效 果 良好的 预处 理 膜 ， 且该工 艺处 理 时 间短 、 温 度低 ， 因此 具有 广泛 的适 应性 。 酸性 的 改 变 时预 处 理 膜 ，卜 的 含 代影响 不大 ， 添 加 有 利 于提 高膜 中 、 的 含 谈并 有 细 化 晶粒 的 作 川 ， 但 不宜过 从 厂 ， 一 使 处理液 保持 一 定 的酸 度 ， 以 保 证还 原 反 应 顺 利进 行 ， 另外 可形成 磷 化 膜 ， 使转 化反应 迅 速并 改 善膜 的耐 蚀性 和涂敷性

适 图5冷轧板(a,b),台金化镀伴板(c,d)和小锌花镀锌板(e,f)处理的后的表而形貌 Fig.5 The surface morphology of cold-reduced shect (a,b),alloying zinc-plating sheet (c,d)and little zinc flower zinc-plating sheet(e,f)before and after pre-treatment (3)由扫描电镜可见，预处理后基板表面形成一层晶粒细小均匀、覆盖完全的转化膜。 实验证明，该层膜晶粒越细小，膜越致密完整，其耐蚀性及涂敷性越好。 (4)该处理液中铬离子含量低，易于处理，有利于环境保护。 参考文献 1 Schrantz J.Industrial Finishing.1984;(5):16 2 Walter G W.Corros Science.1986;(1):27 3 Bemard Franklin.Product Finishing.1986;(1):60 223

图 冷 轧 板 ， ，啥金化镀 锌 板 ， 和小锌 花镀锌 板 一 ， 处 理前后 的表 而 形 貌 ， 一 ， 一 ， 一 由扫描电镜可见 ， 预处理后基板表面形 成一 层晶粒 细小 均 匀 、 覆盖完全 就转化 膜 。 实验 证明， 该层膜 晶粒 越细小 ， 膜越致密完整 ， 其耐蚀性及 涂敷性越好 。 该处理液 中铬离子 含量低 ， 易于处理 ， 有 利于环 境保护 。 参 考 文 献 ‘ 苦 夕 · ， ” ， “ 宕