专利名称：喷涂涂层的封孔剂与封孔处理方法
技术领域：
本发明关于封孔剂，且特别是关于喷涂涂层用封孔剂与封孔处理方法。
背景技术：
在热浸镀锌产线中，锌槽辊主要的功能是用以将钢片导入与导出熔融锌液中。由于锌槽辊是直接浸泡在460°C的熔融锌液的严苛环境中，因此锌槽辊需符合可抵抗熔融锌液的侵蚀、以及可耐得住钢片长期的磨耗而不影响其形状等两项要求。为了符合上述两项要求，目前的做法通常是在锌槽辊的表面上先喷涂一层耐磨耗的碳化钨-钴(WC-Co)涂层。然而，WC-Co喷涂涂层会有1% 2 的孔隙率。为了防止锌液直接由WC-Co喷涂涂层的表面的孔隙渗入WC-Co喷涂涂层底部，而侵蚀下方的铁材，进而使WC-Co喷涂涂层剥落，因此必须利用封孔剂来封闭WC-Co喷涂涂层的孔隙。 目前的技术是使用含固体颗粒，例如硼化物、硅化物、钛化物或氮化物，的无机浆状混合物为封孔剂。并将此浆状封孔剂涂布在WC-Co喷涂涂层的表面上。接着，进行高温烧结处理，而使WC-Co喷涂涂层在锌槽辊的表面上形成一层约5 μ m至20 μ m的致密薄膜。藉此薄膜可封闭WC-Co喷涂涂层的孔隙，因而可阻止锌液侵蚀WC-Co喷涂涂层，进而可延长锌槽辊的使用寿命。然而，这些固体颗粒的尺寸较大，不易渗入喷涂涂层的微孔隙中，因此封孔效果不佳。此外，由于以锌槽辊来导入与导出钢片时，锌槽辊的表面会与钢片接触摩擦，因而此时锌槽辊的最表层的封孔层会直接与钢片接触摩擦。如此一来，不仅会磨损封孔层，甚至会使部分的封孔层剥落，而导致封孔层的耐锌液侵蚀的能力降低。此外，剥落的封孔层碎片往往会残留在镀锌钢片的表面，而形成轧延的缺陷。因此，亟需可完全渗入喷涂涂层内的封孔剂，藉以完全封闭喷涂所产生的孔隙，避免封孔剂被钢带摩擦，而可解决封孔剂被磨损与剥落的缺点。
发明内容
因此，本发明的一个方面就是提供喷涂涂层的封孔剂，其可渗入并填满喷涂涂层的孔隙，且经高温烘烤处理后，可形成致密的陶瓷保护层。因而可完全封闭喷涂涂层的孔隙，不会有被钢片磨损的缺点，而且可有效保护喷涂工件，大幅增加喷涂工件的使用寿命。本发明的另一方面是提供一种喷涂涂层的封孔处理方法，其是利用渗入型的无铬封孔剂来直接封闭喷涂涂层的孔隙，因此不仅封孔效果极佳，可解决现有技术的封孔剂易被钢带磨损与剥落的问题，更因不含铬化物，而无毒性，进而可提高在线工作人员的安全性，亦满足环保趋势。根据本发明的上述目的，提出喷涂涂层的封孔剂。此封孔剂包含填充剂、胶黏剂、交联剂以及表面活性剂。前述的填充剂是氧化物胶体溶液。胶黏剂是磷酸盐化合物。交联剂则是金属氧化物。依据本发明的一个实施方案，上述氧化物胶体溶液可选自于由氧化硅胶体、氧化铝胶体、氧化钛胶体、氧化锆胶体、及前述胶体所组成的组。在一个例子中，氧化物胶体溶液的固含量的范围可为10%至50%。依据本发明的另一实施方案，上述的磷酸盐化合物可选自于由磷酸氢铝、磷酸二氢铝、正磷酸铝、磷酸氢镁、磷酸二氢镁、正磷酸镁、磷酸锆、前述化合物的水合物、及前述化合物的组合所组成的组。依据本发明的又一实施方案，上述的金属氧化物可选自于由氧化镁、氧化亚铁、氧化锰、氧化铜、氧化锌及前述金属氧化物的组合所组成的组。依据本发明的再一实施方案，上述的表面活性剂可选自于由阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及前述表面活性剂的组合所组成的组。在一些例子中，前述的阴离子表面活性剂可包含脂肪酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级烷基醚的硫酸酯盐、磺酸化烯烃、烷基磺酸盐、高级醇的磷酸酯盐、高级醇醚磺酸盐、高级脂肪酸酯磺酸盐、高级醇醚硫酸盐、高级脂肪酸酯硫酸盐、或烷苯磺酸盐。此外，前述的非离子表面活性剂可包含烷基苯酚聚氧乙基醇醚、高级脂肪酸聚氧乙基醇醚、高级醇聚氧乙基醇醚、聚丙烯聚氧乙基醇醚、或多元醇聚氧 乙基醇醚。依据本发明的再一实施方案，上述的填充剂的含量可占封孔剂的总重量的I重量百分比至50重量百分比；胶黏剂的含量可占封孔剂的总重量的I重量百分比至40重量百分比；交联剂的含量可占封孔剂的总重量的O. I重量百分比至20重量百分比；以及表面活性剂的含量可占封孔剂的总重量的O. 001重量百分比至O. I重量百分比。依据本发明的再一实施方案，上述的封孔剂可呈溶液型态、乳液型态或悬浮液型态。根据本发明的上述目的，另提出喷涂涂层的封孔处理方法，包含下列步骤。提供基材，其中此基材的表面上设有喷涂涂层。涂布封孔剂于前述的喷涂涂层上。此封孔剂包含填充剂，其是氧化物胶体溶液；胶黏剂，其是磷酸盐化合物；交联剂，其是金属氧化物；以及表面活性剂。对此封孔剂进行烘干处理。依据本发明的一个实施方案，上述的填充剂的含量可占封孔剂的总重量的I重量百分比至50重量百分比；胶黏剂的含量可占封孔剂的总重量的I重量百分比至40重量百分比；交联剂的含量可占封孔剂的总重量的O. I重量百分比至20重量百分比；以及表面活性剂的含量可占封孔剂的总重量的O. 001重量百分比至O. I重量百分比。依据本发明的另一实施方案，上述的封孔剂可呈溶液型态、乳液型态或悬浮液型态。依据本发明的又一实施方案，上述涂布封孔剂的步骤可包含利用喷雾法、刷涂法、辊涂法或含浸法。依据本发明的再一实施方案，上述的喷涂涂层可使用金属粉末、瓷金粉末或陶瓷粉末喷涂而成。依据本发明的再一实施方案，上述的烘干处理的温度范围可从200°C至500°C。由于，本发明的封孔剂可渗入并填满喷涂涂层的孔隙，且经高温烘烤处理后，可形成致密的陶瓷保护层。因此，可完全封闭喷涂涂层的孔隙，不会有被钢片磨损的缺点，而可有效保护喷涂工件，大幅增加喷涂工件的使用寿命。此外，本发明的封孔剂不含铬化物，而无毒性，因此可提高在线工作人员的安全性，并可满足环保趋势。
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施方案能更明显易懂，附图的说明如下
图I示出了依照本发明的一种实施方案的喷涂涂层的封孔处理方法的流程图。
具体实施例方式请参照第I图，其绘示了依照本发明的一种实施方案的喷涂涂层的封孔处理方法的流程图。在本实施方案中，如同步骤102所述，喷涂涂层的 封孔处理方法100开始于提供基材。其中，此基材的表面上覆设有喷涂涂层。在一个例子中，基材与其表面覆设的喷涂涂层可做为热浸镀锌产线的锌槽辊。在一个实施方案中，此喷涂涂层可使用例如金属粉末、瓷金粉末或陶瓷粉末喷涂而成。由于喷涂涂层是以喷涂方式制成，因此喷涂涂层的表面并非平整，而是具有相当多的孔隙。接下来，如步骤104所述，提供封孔剂，并将封孔剂涂布于喷涂涂层上。在一个实施方案中，可利用例如喷雾法、刷涂法、辊涂法或含浸法，将封孔剂涂布在喷涂涂层上。本实施方案的封孔剂包含填充剂、胶黏剂、交联剂与表面活性剂。在一个实施方案中，填充剂可为氧化物胶体溶液，且胶黏剂可为磷酸盐化合物，而交联剂可为金属氧化物。在一些例子中，构成填充剂的氧化物胶体溶液可例如为氧化硅胶体、氧化铝胶体、氧化钛胶体、氧化锆胶体或前述胶体溶液的组合。在一个实施方案中，此氧化物胶体溶液中的固含量的范围可例如为10%至50%。构成胶黏剂的磷酸盐化合物可例如为磷酸氢铝、磷酸二氢铝、正磷酸铝、磷酸氢镁、磷酸二氢镁、正磷酸镁、磷酸锆、或这些磷酸盐化合物的水合物、及这些磷酸盐化合物的组合。而构成交联剂的金属氧化物可例如为氧化镁、氧化亚铁、氧化锰、氧化铜、氧化锌或前述金属氧化物的组合。此外，表面活性剂可例如为阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂或前述表面活性剂的组合。在一个例子中，前述的阴离子表面活性剂可例如包含脂肪酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级烷基醚的硫酸酯盐、磺酸化烯烃、烷基磺酸盐、高级醇的磷酸酯盐、高级醇醚磺酸盐、高级脂肪酸酯磺酸盐、高级醇醚硫酸盐、高级脂肪酸酯硫酸盐、或烷苯磺酸盐。而前述的非离子表面活性剂可例如包含烷基苯酚聚氧乙基醇醚、高级脂肪酸聚氧乙基醇醚、高级醇聚氧乙基醇醚、聚丙烯聚氧乙基醇醚、或多元醇聚氧乙基醇醚。在一个示范实施方案中，填充剂的含量可占封孔剂的总重量的I重量百分比(wt%)至50wt%,胶黏剂的含量可占封孔剂的总重量的lwt%至40wt%,交联剂的含量可占封孔剂的总重量的O. ^^%至2(^丨％，而表面活性剂的含量可占封孔剂的总重量的O. 00^^%至O. lwt%。在封孔剂中，填充剂的量、胶黏剂的量、交联剂的量、表面活性剂的量和水的量占封孔剂的总重量的100wt%。本发明的封孔剂呈溶液型态、乳液型态或悬浮液型态。因此，在一个实施方案中，主要是使含有纳米颗粒的氧化物胶体溶液渗入喷涂涂层的微孔隙后，再利用胶黏剂将孔隙内的纳米颗粒予以紧密黏结，最后利用交联剂来与胶黏剂的磷酸根发生横向和纵向的交联桥接反应，而形成网状高分子结构，以使封孔剂经高温烧结后，可形成致密的陶瓷层完全封闭喷涂涂层的孔隙，来抵抗例如锌液的侵蚀。以下详细说明本实施方案的封孔剂的各成分的功能。填充剂的功能是填入喷涂涂层的孔隙中。因此，为确保填充剂可以顺利渗入喷涂涂层的微孔隙中，较佳是选用含有粒径小于IOOnm的颗粒的氧化物胶体溶液。在一个例子中，氧化物胶体溶液中的固含量的范围可例如为10%至50%。此外，当填充剂的含量高于50wt%时，封孔剂的黏度会太高，而导致封孔剂不易渗入喷涂涂层的孔隙中。另一方面，当填充剂的含量低于lwt%时，则填充剂无法完全填满喷涂涂层的孔隙，如此将会降低封孔剂的强度。因此，填充剂的含量的范围较佳可从lwt%至50wt%,更佳可从5wt%至40wt%。胶黏剂的功能是用以将喷涂涂层的孔隙中的纳米颗粒予以紧密黏结，以使封孔剂经高温烧结后可形成致密的保护层。当胶黏剂的含量高于40被％时，封孔剂的黏度会太高，而导致封孔剂不易渗入喷涂涂层的孔隙中。另一方面，当胶黏剂的含量低于1#%时，则胶黏剂无法完全交联所有的填充剂，而会降低封孔剂的致密性。因此，胶黏剂的含量的范围较佳可从lwt%至40wt%,更佳可从5wt%至40wt%。
交联剂的功能是与胶黏剂的磷酸根发生横向和纵向的交联桥接反应，而使封孔剂的组成形成网状高分子结构，进而可增加封孔剂的强度。同时，由于胶黏剂与交联剂为真溶液，因此分子比氧化物胶体更小，而可完全渗入并填满喷涂涂层的小微孔隙。如此一来，封孔剂经高温处理后所形成的网状高分子结构可完全将喷涂涂层的孔隙封闭住。当交联剂的含量高于10wt%时，则使得封孔剂的固化早已经完全，因此过量的交联剂对于固化反应并无贡献，反而会降低胶接的强度。另一方面，当交联剂的含量低于
O.1 〖％时，则因交联桥接的反应不完全，而会降低封孔剂的强度。因此，交联剂的含量的范围较佳可从O. lwt%至20wt%,更佳可从O. 5wt%至10wt%。表面活性剂的功能为降低封孔剂的表面张力，而有利于封孔剂渗入喷涂涂层的孔隙中。当表面活性剂的含量高于O. 1被％时，已不再对降低表面张力值有贡献。另一方面，当表面活性剂的含量低于O. 001wt%时，则表面张力值下降有限。因此，表面活性剂的含量的范围较佳可从O. 001wt%至O. lwt%,更佳可从O. 005wt%至O. 05wt%。请再次参照第I图，将封孔剂涂布于喷涂涂层上之后，可在例如一个大气压下，以温度范围例如从200°C至500°C的高温下，对封孔剂进行烘干处理，而完成喷涂涂层的封孔处理方法100。在一个实施方案中，经烘干处理后，封孔剂可被烧结成完全封闭住喷涂涂层的孔隙的致密陶瓷层。下列以数个实施例与比较例来进一步说明本发明。然而，值得注意的一点是，这些实施例仅是用以举例说明本发明，而并非用以将本发明的范围限制于此。在这些实施例与比较例中，是以100微米厚的WC_12%Co瓷金喷涂涂层包覆直径为19公厘、长为145公厘的不锈钢圆棒，来做为耐锌液侵蚀的试棒。比较例I为没有涂设封孔剂的空白组试棒。比较例2为表面涂设有日本KISCO株式会社所提供的TYR-MR100封孔剂的试棒。比较例3 6与实施例I 7为将调配好的封孔剂喷涂在前述的不锈钢圆棒的表面上，经干燥后，再置于一大气压下，以200°C 500°C的高温烧成。耐锌液侵蚀时间的测试方法为将比较例与实施例的试棒置于460°C熔融锌铝合金(铝含量为O. 1% O. 5%)液槽中。并定期将这些试棒取出，且待试棒冷却后，观察试棒上的涂层是否有遭受破坏。若试棒表面的涂层完整，则可轻易地将试棒表面上的薄锌层剥落，而此时，再将试棒放回锌液槽继续测试。另一方面，若无法剥除试棒表面的薄锌层，则用10%的稀磷酸去除薄锌层，即可观察到涂层被锌液腐蚀的大小坑洞，并记录测试时间。表I
I填充剂ι胶黏剂 ι交联剂 ι表面活性剂ι水 ι涂层耐蚀程度
比较例了一二二—— X_
比较例 2 —_________ο_
比较例孓氧化硅胶体40克~ Ti苯烷硫酸钠O. 01克 j^99克Λ
比较例I氧化铝胶体40克~ Ti苯烷硫酸钠0.01克 j^99克Λ
比较例—Waig 50克氧花铜5克 Ti苯烷硫酸钠O. 01克 II 99克Λ 比较例孓氧化硅胶体20克10克= Ti苯烷硫酸钠O. Ol克克Λ
实施例T氧化硅胶体5克雨面银20克氧花铜1克 Ti苯烷硫酸钠O. Ol克 7199克
实施例孓氧化硅胶体10克雨面银20克M花锌3克 Ti苯烷硫酸钠O. Ol克 ^99克
实施例孓氧化硅胶体20克雨面镁3克 WL铜0.5克Ti苯烷硫酸钠0.01克 7^49克
实施例I氧化硅胶体20克雨面银10克氧花镁1克 Ti苯烷硫酸钠O. Ol克 ^99克
实施例孓氧化硅胶体30克薇^镁10克氧花铜3克 Ti苯烷硫酸钠O. Ol克 ~^99克
实施例f氧化硅胶体30克磷酸铝15克氧化铜3克 1^莱烷硫酸钠0.01克 51.99瓦
实施例7|氧化桂胶体30克I磷酸镁20克I氧化铜5克丨12苯院硫酸钠O. Ol克丨44.99克I
上表I列出各比较例与实施例的封孔剂配方与耐锌液腐蚀测试的结果。其中，「X」表示涂层耐锌液侵蚀的时间为5天以下；「Λ」表示涂层耐锌液侵蚀的时间为6 15天；「〇」表示涂层耐锌液侵蚀的时间为16 25天；而「◎」表示涂层耐锌液侵蚀的时间为25天以上。因此，由上表I可知，表面涂布有本发明的实施例的封孔剂的试棒，涂层耐锌液侵蚀的时间均超过25天以上。相较于非涂布本发明的实施例的封孔剂的比较例，涂布有实施例的封孔剂的试棒的涂层耐蚀能力明显较佳。由上述本发明的实施方案可知，本发明的一个优点就是因为本发明的喷涂涂层的封孔剂可渗入并填满喷涂涂层的孔隙，且经高温烘烤处理后，可形成致密的陶瓷保护层。因此，可完全封闭喷涂涂层的孔隙，不会有被钢片磨损的缺点，而可有效保护喷涂工件，大幅增加喷涂工件的使用寿命。由上述本发明的实施方案可知，本发明的另一优点就是因为本发明的喷涂涂层的封孔处理方法是利用渗入型的无铬封孔剂来直接封闭喷涂涂层的孔隙，因此不仅封孔效果极佳，可解决现有技术的封孔剂易被钢带磨损与剥落的问题，更因不含铬化物，而无毒性，进而可提高在线工作人员的安全性，亦满足环保趋势。虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。主要组件符号说明
100 :封孔处理方法102 :步骤
104 :步骤106 :步骤
权利要求
1.用于喷涂涂层的封孔剂，包含 填充剂，其是氧化物胶体溶液； 胶黏剂，其是磷酸盐化合物； 交联剂，其是金属氧化物；以及 表面活性剂。
2.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该氧化物胶体溶液是选自于由氧化硅胶体、氧化铝胶体、氧化钛胶体、氧化锆胶体及其组合所组成的组。
3.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该氧化物胶体溶液的固含量的范围为10%至50%O
4.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该磷酸盐化合物是选自于由磷酸氢铝、磷酸二氢铝、正磷酸铝、磷酸氢镁、磷酸二氢镁、正磷酸镁、磷酸锆、其水合物、及其组合所组成的组。
5.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该金属氧化物是选自于由氧化镁、氧化亚铁、氧化锰、氧化铜、氧化锌及其组合所组成的组。
6.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该表面活性剂是选自于由阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及其组合所组成的组。
7.如权利要求6所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该阴离子表面活性剂包含脂肪酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级烷基醚的硫酸酯盐、磺酸化烯烃、烷基磺酸盐、高级醇的磷酸酯盐、高级醇醚磺酸盐、高级脂肪酸酯磺酸盐、高级醇醚硫酸盐、高级脂肪酸酯硫酸盐、或烷苯磺酸盐。
8.如权利要求6所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该非离子表面活性剂包含烷基苯酚聚氧乙基醇醚、高级脂肪酸聚氧乙基醇醚、高级醇聚氧乙基醇醚、聚丙烯聚氧乙基醇醚、或多元醇聚氧乙基醇醚。
9.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该填充剂的含量占该封孔剂的总重量的I重量百分比至50重量百分比。
10.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该胶黏剂的含量占该封孔剂的总重量的I重量百分比至40重量百分比。
11.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该交联剂的含量占该封孔剂的总重量的O. I重量百分比至20重量百分比。
12.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该表面活性剂的含量占该封孔剂的总重量的O. 001重量百分比至O. I重量百分比。
13.如权利要求I所述的用于喷涂涂层的封孔剂，其中该封孔剂是呈溶液型态、乳液型态或悬浮液型态。
14.喷涂涂层的封孔处理方法，包含 提供基材，其中该基材的表面上设有该喷涂涂层； 涂布封孔剂于该喷涂涂层上，其中该封孔剂包含 填充剂，其是氧化物胶体溶液； 胶黏剂，其是磷酸盐化合物； 交联剂，其是金属氧化物；以及表面活性剂；以及 对该封孔剂进行烘干处理。
15.如权利要求14所述的喷涂涂层的封孔处理方法，其中 该填充剂的含量占该封孔剂的总重量的I重量百分比至50重量百分比； 该胶黏剂的含量占该封孔剂的总重量的I重量百分比至40重量百分比； 该交联剂的含量占该封孔剂的总重量的O. I重量百分比至20重量百分比；以及 该表面活性剂的含量占该封孔剂的总重量的O. 001重量百分比至O. I重量百分比。
16.如权利要求14所述的喷涂涂层的封孔处理方法，其中该封孔剂是呈溶液型态、乳液型态或悬浮液型态。
17.如权利要求14所述的喷涂涂层的封孔处理方法，其中涂布该封孔剂的步骤包含利用喷雾法、刷涂法、辊涂法或含浸法。
18.如权利要求14所述的喷涂涂层的封孔处理方法，其中该喷涂涂层是使用金属粉末、瓷金粉末或陶瓷粉末喷涂而成。
19.如权利要求14所述的喷涂涂层的封孔处理方法，其中该烘干处理的温度范围从200。。至 500。。。
全文摘要
喷涂涂层的封孔剂与封孔处理方法。此封孔剂包含填充剂、胶黏剂、交联剂以及表面活性剂。前述的填充剂是氧化物胶体溶液。胶黏剂是磷酸盐化合物。交联剂则是金属氧化物。
文档编号C23C4/18GK102816990SQ201110153520
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者黄朝宽 申请人:中国钢铁股份有限公司