本发明涉及一种用于钢厂高速连续镀锌生产线，在钢板表面快速形成钝化膜的多功能性三价铬钝化剂及其制备方法和应用。
背景技术：
随着我国经济实力增长，其汽车工业，家电行业及建筑行业等对钢板需求量不断增加，对板材质量，环保要求也不断增高。镀锌板材在这些行业中的应用量每年都是成倍增长，对镀锌板的防腐防锈要求也越来越高。由于锌以还原电位低、价格低廉等优点常被用作钢铁的保护层，但是由于其化学性质活泼而容易被腐蚀，因此通常需要对镀锌层进行钝化处理。六价铬钝化剂操作简单、成本低廉、控制简便，并且所得到的钝化膜有耐蚀性能好、外观漂亮，并有自修复能力等优点，但是，六价铬是一种剧毒物质，具有致癌致畸作用，不能满足欧盟rohs标准对镉、汞、铅、六价铬等重金属的要求。三价铬钝化在许多方面具有与六价铬钝化类似的性质，毒性却只有六价铬的百分之一。现阶段大量的三价铬钝化剂应用于钢厂镀锌连续生产线，经过辊涂机涂覆在钢板表面快速均匀地形成钝化膜，但功能比较单一，只有防腐防锈功能。而现在的客户对于功能性要求越来越多、性能要求越来越高、成本要求越来越低，而多功能高性能三价铬钝化剂的研制，也是随着市场发展的必须品。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种三价铬盐、液体气相二氧化硅或硅烷偶联剂、无机酸、蜡乳液和添加剂的合理配制所获得的一种具有一定自修复能力的三价铬钝化剂，用该药剂可以连续快速地处理钢板，所形成的转化膜均匀致密，具有优异的耐腐蚀性和润滑性，并且通过添加一些原料组分，可使该钝化膜具有一定的自修复能力，大大提高了钝化膜的盐雾性能、耐湿热性、耐水性、涂装性、耐高温性、耐溶剂性和钢板表面的疏水功能等性能，该三价铬钝化剂产品稳定性好，保质期长，低气味性，现场操作方便，满足欧盟rohs标准要求。
本发明采用的技术方案是：一种可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂，由以下原料按重量百分比制成：
优选的，所述的三价铬化合物为硫酸铬、硝酸铬、磷酸铬或磷酸二氢铬中的一种或二种。
优选的，所述的硅烷偶联剂是氨基硅烷偶联剂和/或环氧基硅烷偶联剂。
优选的，所述的络合剂为柠檬酸、醋酸、乳酸或草酸中的一种或二种。
优选的，所述的无机酸为磷酸、硝酸或氢氟酸中的一种、二种或三种。
优选的，所述的成膜助剂为硝酸钴、硝酸钠、硝酸钾、氟化铵、氟化氢铵、磷酸二氢钠或磷酸二氢铵中的二种、三种或四种。
优选的，所述的蜡乳液为非离子氧化聚乙烯蜡。
优选的，所述的润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
一种可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的制备方法，包括如下步骤：按上述的配比备料，于水中，在搅拌下，依次加入络合剂搅拌10-20min；加入无机酸搅拌15-30min；加入液体气相二氧化硅和/或硅烷偶联剂搅拌10-60min，使液体气相二氧化硅和/或硅烷偶联剂完全水解；加入成膜助剂搅拌20-40min；加入蜡乳液搅拌3-7min；加入三价铬化合物搅拌10-20min；加入润湿剂搅拌5-10min。
一种可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂在钢板表面形成钝化膜中的应用。方法如下：用辊涂机将上述多功能性三价铬钝化剂连续快速地涂敷到镀锌板上下表面上，涂敷时间2-5秒，然后于60-80℃，烘干10-15秒，在钢板表面形成薄薄一层钝化膜。
本发明的有益效果是：
1、本发明的钝化剂，可以通过连续快速地辊涂处理使金属表面钝化，在较短的处理时间内通过较低的烘烤温度形成均匀致密、性能优异的钝化膜，具有非常重要的应用价值。
2、本发明的钝化剂，通过添加一些原料组分，使得在钢板表面形成的钝化膜具有一定的自修复能力、优异的耐腐蚀性、润滑性、耐湿热性、耐水性、涂装性、耐高温性、耐溶剂性和钢板表面的疏水功能等性能。
3、本发明的钝化剂，产品稳定性好，保质期长，低气味性，现场操作方便。
4、本发明的钝化剂，在带钢连续生产时，特别是在钢厂高速连续镀锌生产线上，采用辊涂机涂覆方法在钢板表面快速形成钝化膜，使钢板表面具有高耐蚀性和润滑性，提高钢板在冲压变形时的润滑性和加工性，可省略静电喷涂压延油的工序，从而减少成本。
5、本发明的钝化剂，具有高耐蚀性、耐湿热性、耐水性、耐高温性、润滑性、耐碱性、耐溶剂性、涂装性、并有一定的自修复能力，可在钢板表面连续快速地形成均匀致密的纳米级氧化物转化膜。通过加入液体气相二氧化硅后，在钢板表面具有了疏水性；加入蜡乳液后，可提高钢板在冲压变形时的润滑性和加工性，解决了冲压后钝化膜发黑现象，并且省略了静电喷涂压延油的工序，从而降低成本。
6、本发明的钝化剂，成膜时间短，适用于带钢高速生产的辊涂机连续涂覆生产线。
具体实施方式
实施例1
(一)可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的组成
(二)制备方法
于纯水中，在500r/min中速搅拌下，依次加入乳酸搅拌10min；加入磷酸搅拌10min；加入氢氟酸搅拌10min；加入硝酸搅拌10min；加入氨基硅烷偶联剂搅拌30min使硅烷偶联剂完全水解；加入液体气相二氧化硅搅拌10min；加入氟化铵搅拌10min；加入硝酸钴搅拌10min；加入非离子氧化聚乙烯蜡搅拌5min；加入硝酸铬搅拌10min；加入脂肪醇聚氧乙烯醚搅拌7min，搅拌均匀，即得目标产物。
实施例2
(一)可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的组成
(二)制备方法
于纯水中，在500r/min中速搅拌下，依次加入醋酸搅拌10min；加入柠檬酸搅拌10min；加入磷酸搅拌10min；加入硝酸搅拌10min；加入环氧基硅烷偶联剂搅拌30min使硅烷偶联剂完全水解；加入液体气相二氧化硅搅拌10min；加入硝酸钾搅拌10min；加入磷酸二氢钠搅拌10min；加入氟化铵搅拌10min；加入硝酸钴搅拌10min；加入非离子氧化聚乙烯蜡搅拌5min；加入硫酸铬搅拌10min；加入磷酸铬搅拌10min；加入脂肪醇聚氧乙烯醚搅拌7min，搅拌均匀，即得目标产物。
实施例3
(一)可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的组成
(二)制备方法
于纯水中，在500r/min中速搅拌下，依次加入醋酸搅拌10min；加入草酸搅拌10min；加入硝酸搅拌10min；加入氢氟酸搅拌10min；加入氨基硅烷偶联剂搅拌30min，加入环氧基硅烷偶联剂搅拌30min使硅烷完全水解；加入硝酸钠搅拌10min；加入硝酸钴搅拌10min；加入非离子氧化聚乙烯蜡搅拌5min；加入磷酸二氢铬搅拌10min；加入脂肪醇聚氧乙烯醚搅拌7min，搅拌均匀，即得目标产物。
实施例4
(一)可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的组成
(二)制备方法
于纯水中，在500r/min中速搅拌下，依次加入醋酸搅拌10min；加入乳酸搅拌10min；加入磷酸搅拌10min；加入硝酸搅拌10min；加入氢氟酸搅拌10min；加入氨基硅烷偶联剂搅拌30min使硅烷偶联剂完全水解；加入硝酸钴搅拌10min；加入磷酸二氢钠搅拌10min；加入氟化氢铵搅拌10min；加入非离子氧化聚乙烯蜡搅拌5min；加入硝酸铬搅拌10min；加入磷酸二氢铬搅拌10min；加入脂肪醇聚氧乙烯醚7min，搅拌均匀，即得目标产物。
实施例5
(一)可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的组成
(二)制备方法
于纯水中，在500r/min中速搅拌下，依次加入乳酸搅拌10min；加入草酸搅拌10min；加入磷酸搅拌10min；加入氢氟酸搅拌10min；加入液体气相二氧化硅搅拌10min；加入磷酸二氢钠搅拌10min；加入氟化铵搅拌10min；加入非离子氧化聚乙烯蜡搅拌5min；加入硫酸铬搅拌10min；加入硝酸铬搅拌10min；加入脂肪醇聚氧乙烯醚7min，搅拌均匀，即得目标产物。
实施例6
(一)可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的组成
(二)制备方法
于纯水中，在500r/min中速搅拌下，依次加入柠檬酸搅拌10min；加入磷酸搅拌10min；加入硝酸搅拌10min；加入氨基硅烷偶联剂搅拌30min；加入液体气相二氧化硅搅拌10min；加入磷酸二氢钠搅拌10min；加入硝酸钾搅拌10min；加入非离子氧化聚乙烯蜡搅拌5min；加入磷酸铬搅拌10min；加入脂肪醇聚氧乙烯醚搅拌7min，搅拌均匀，即得目标产物。
实施例7
(一)可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的组成
(二)制备方法
于纯水中，在500r/min中速搅拌下，依次加入醋酸搅拌10min；加入磷酸搅拌10min；加入硝酸搅拌10min；加入氢氟酸搅拌10min；加入环氧基硅烷偶联剂搅拌30min；加入氟化氢铵搅拌10min；加入磷酸二氢铵搅拌10min；加入非离子氧化聚乙烯蜡搅拌5min；加入磷酸二氢铬搅拌10min；加入硫酸铬搅拌10min；加入脂肪醇聚氧乙烯醚7min，搅拌均匀，即得目标产物。
实施例8
(一)可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的组成
(二)制备方法
于纯水中，在500r/min中速搅拌下，依次加入醋酸搅拌10min；加入乳酸搅拌10min；加入磷酸搅拌10min；加入硝酸搅拌10min；加入氢氟酸搅拌10min；加入氨基硅烷偶联剂搅拌30min；加入环氧基硅烷偶联剂搅拌30min完全水解；加入磷酸二氢钠搅拌10min；加入硝酸钴搅拌10min；加入非离子氧化聚乙烯蜡搅拌5min；加入硝酸铬搅拌10min；加入磷酸铬搅拌10min；加入脂肪醇聚氧乙烯醚搅拌7min，搅拌均匀，即得目标产物。
实施例9可连续快速处理带钢表面的多功能性三价铬钝化剂的应用
方法如下：将本发明实施例1-8所制得的多功能性三价铬钝化剂，采用辊涂机涂覆方法在镀锌带钢表面快速形成钝化膜。具体步骤为：将镀锌钢板进行脱脂、水洗、烘干处理后，将实施例1-8制备的药剂用辊涂机进行涂覆实验，涂敷时间2-5秒，于60-80℃，烘干10-15秒，在镀锌钢板表面形成薄薄一层钝化膜。
结果：耐湿热性⊿e＜2.8，耐高温性⊿e＜1.2(行业标准：耐湿热⊿e＜5，耐高温⊿e＜3)；较好的耐水性，耐碱性，耐溶剂性，⊿e均＜0.8(行业标准：耐水性⊿e＜3，耐碱性⊿e＜3，耐溶剂性⊿e＜3)，和优异的涂装性。通过加入纳米二氧化硅和硅烷偶联剂后大大提高了耐腐蚀性，平面中性盐雾试验能达到240h以上，腐蚀面积＜5％(行业标准：72h中性盐雾，板面腐蚀面积＜5％)，划叉盐雾试验能达到200h以上，有较好的自修复能力。通过加入非离子氧化聚乙烯蜡，钢板表面有较好的润滑性，表面动摩擦系数＜0.15(普通的三价铬钝化板表面没有润滑性，动摩擦系数均＞0.4)，在钢板冲压变形时可以很好地保护基板，解决了冲压后钝化膜发黑现象，同时省掉静电喷涂压延油的工艺和费用。