一种用于高强钢可磷化性能改善的环保水基处理剂的制作方法

本发明涉及金属材料表面处理，尤其涉及一种高强卷钢表面用环保水基处理剂，该处理剂可以使高强钢板表面具备优良的可磷化性能，主要应用于高强钢表面改性处理。

背景技术：

1、磷化工艺起源于20世纪初期，目前广泛应用于汽车/家电涂装前处理工序，其历经百年的技术发展在磷化液配方，成膜机理和作用机制方面给已经形成非常成熟的技术体系。磷化处理主要磷化液与钢板表面接触，通过酸蚀侵蚀和促进剂氧化作用使得界面区域氢离子含量快速下降，促使磷酸根逐步离解并于金属离子形成磷酸盐沉积的过程。均匀细腻完全覆盖金属表面的磷化层可以有效提升涂层附着和膜下腐蚀性能。常规车身用普通冷轧，镀锌材料和磷化处理匹配效果优良且稳定。目前，新型表面特性的汽车用材磷化应用问题较为突出，也是行业的研究热点。

2、近年来，随着钢铁材料技术的进步超高强钢应用越来越广泛，尤其汽车高强钢鉴于其在安全环保、轻量化方面的显著作用，超高强钢材料技术进入快速发展和推广应用阶段。而超高强钢需要更多合金元素的添加应用，这直接改变了材料的表面特性。研究表明mn、si、cr等元素通过选择性氧化的方式，形成的组合物富集于钢板表面在磷化过程经常出现结晶粗大、覆盖不良等问题，其磷化性能显著下降，无法满足涂装应用需求。对此国内外主要钢材供应商开展了很多优化高强钢表面可磷化性能的技术研究工作。其中大多聚焦在钢板极表面mn、si、cr等元素选择性氧化控制方面(如cn102834531，cn102482728、cn102534359、cn108368590)。该类专利技术需要在控制表面选择性氧化析出物保障的同时有效兼顾内氧化程度和极表面氧化状态，工艺窗口窄、难度大且无法兼容不同成分体系材料需要针对性的工艺设计。

3、在高强钢表面良磷化改性处理技术方面专利主要包括表面电解酸洗去除氧化富集层和表面闪镀处理覆盖氧化富集层两方面技术。公开号为cn104136644，cn103124799，cn104508155，cn103305749提出通过冷轧板表面电解酸洗工艺去除高强钢表面影响可磷化性能的氧化富集层的方法。该类技术操作性强，可兼容不同成分体系材料但同样存在能耗大、不环保的问题，需要增加酸洗工序不适用于常规高强钢制造产线。

4、公开号为cn104471115提出一种通过闪镀的方式在钢板表面进行覆盖率60％以上镀锌处理，来优化表面磷化性能和耐粘模性能。同时公开文献中也报道了通过闪镀镍、闪镀铁方式制造良磷化性高强钢的技术。该类技术可通过镀层处理赋予高强钢材料表面全新稳定特性，但能耗过大，不环保且需要增加电镀工序不适用于常规高强钢制造产线。

5、开发一种可以实现高强钢表面磷化性能优化控制的环保水基处理剂，对汽车高强钢技术的高效应用推广具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可应用于高强钢表面可磷化性能优化改性的环保水基处理剂。

2、本发明经过理论分析、大量的实验室科学研究和实践验证最终确定了良磷化表面纳米改性用环保水基处理剂的技术路线。结合典型高强钢表面特性，形成含氟化合物、金属离子化合物、有机酸化合物、表面活性剂中一种或多种成分的水基处理剂。该处理剂可满足高强度卷钢的高速连续生产过程和加工件制造过程应用，具体处理方式可以通过浸渍、喷淋、辊涂等方式在钢板表面形成湿膜，通过吹扫或烘干的方式可使处理剂在钢板表面快速形成若干纳米厚度的表面改性层。该改性处理层可在钢板表面形成与磷化结晶取向相同的外延形活性晶核点，进而显著提升高合金元素(如mn、si、cr，mo等)高强度钢板表面的磷化性能。同时不影响成型，连接等加工性能。

3、本发明的技术方案：

4、一种应用于高强钢产品的良磷化环保表面改性水基处理剂，该表面处理剂通过组合物在水性介质中的溶解或分散制成，表面处理剂的具体构成：

5、e.一种选自含有氟离子的化合物；

6、f.一种选自含有cu、zn、mn、ni、fe的金属离子化合物；

7、g.一种选自有机酸的化合物；

8、h.一种选自表面活性剂的化合物；

9、本发明涉及表面处理剂应用过程可以按照1份处理剂加0～20份水进行稀释后应用。可以不加水直接应用。

10、本发明涉及的金属离子，不局限于特定价态。

11、本发明水性处理剂中选自含氟离子的化合物包括：氟钛酸铵、氟锆酸铵，氟钛酸钾、氟锆酸钾等。在溶液中f元素的摩尔浓度含量计为0.3-1.8mol/l，优选为0.6-1.1mol/l。该添加剂一方面起到表面刻蚀均匀化的作用，另一方面钛或锆可以点状沉积到材料表面，形成有助于磷化形核活性点。当f元素含量低于0.3mol/l时，表面处理剂的成膜性能变差，影响改性处理效果；当f元素含量高于1.8mol/l时表面处理剂的稳定性有显著下降倾向。

12、本发明水性处理剂中选自一种或多种含有cu、zn、mn、ni、fe的金属离子化合物包括：含有铜离子的硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐，含有zn离子的硫酸盐，磷酸盐、甲酸盐，乙酸盐，含有mn离子的磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐，含有fe离子的硝酸盐，草酸盐，含有ni离子的硫酸盐，硝酸盐，碳酸盐。在溶液中金属离子化合物的摩尔浓度含量计为0.05-0.6mol/l，优选为0.1-0.25mol/l。该添加剂主要所用是进一步补充磷化结晶的类质同晶形核点。当含量低于0.05mol/l时无法达到有效补充磷化形核点的效果，如果含量高于0.6mol/l则改性膜层厚度过大会形成均匀钝化效果，直接影响处理表面的可涂装性能。

13、本发明水性处理剂中选自有机酸化合物包括：柠檬酸、草酸、鞣酸、乳酸、酒石酸、水杨酸等具有络合、螯合功能的有机酸化合物。在溶液中有机酸化合物的摩尔浓度含量计为0.03-0.4mol/l，优选为0.05-0.2mol/l。该化合物对钢板表面具有一定的清洗作用，同时形成的反应物部分附着于钢板表面可以促进磷化膜的快速形核生长。当含量低于0.03mol/l时表面清洗作用明显下降，如果含量高于0.4mol/l则显著影响处理剂体系的稳定性。

14、本发明表面处理剂中选自表面活性剂的化合物主要包括：十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十八胺、三乙醇胺等，在溶液中表面活性剂的化合物的摩尔浓度含量计为0.002-0.015mol/l，优选为0.003-0.0|mol/l.该添加剂的主要作用是增强处理剂的成膜性能，同时降低成膜后表面张力，优化涂装前处理过程钢板表面与磷化处理剂的快速浸润效果，实现提升可磷化性能的目的。当其含量小于0.002mol/l时，处理剂成膜性能优化不明显；当含量大于0.015mol/l时影响处理剂成膜质量受到明显影响，成膜后磷化性能优化效果下降。

15、在本发明所述的一种高强钢可磷化性能改善的环保水基处理剂可以应用于酸洗高强钢和冷轧高强钢连续制造产线，通过浸渍、喷淋、辊涂等方式在钢板表面形成湿膜，通过吹扫或烘干的方式可使处理剂在钢板表面快速形成纳米级表面改性层。实现高强钢表面磷化性能显著优化的效果。

16、本发明有益的技术效果：

17、本发明提供的一种用于高强钢可磷化性能改善的环保水基处理剂，使高强钢板表面具备优良的可磷化性能。本发明所述水基处理剂可满足高强度卷钢的高速连续生产过程和加工件制造过程应用；同时不影响成型，连接等加工性能，也是一种环保水基处理剂。