具有优异表面耐磨损性、耐蚀性和耐酸碱性的镀锌钢板及水性表面处理剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体设及一种具有优异表面耐磨损性、 耐蚀性和耐酸碱性的锻锋钢板及水性表面处理剂。
【背景技术】
[0002] 锻锋钢板被广泛应用于汽车、家电和建筑等各个领域，多作为汽车、家用电器、0A 制品等零部件使用。但在锻锋钢板仓储运输和加工使用过程中，有多个关键问题需要关注， 比如，为防止锻锋钢板在运输和储存过程中发生诱蚀产生白诱，生产钢板时要涂防诱油；为 减小在冲压成型过程中模具与板材间的摩擦，防止板材开裂和表面锋层擦伤，零件冲压成 型时要向模具加润滑油，成型后再进行脱脂清洗，脱脂剂可分为溶剂型脱脂剂和碱性脱脂 剂。
[0003] 在锻锋钢板整个储运、冲压过程中，防诱油、润滑油W及脱脂剂的使用对环境和生 产成本都是不利的。为了改善耐蚀性及加工成型性，过去的方法主要是对锻锋钢板进行铭 酸纯化表面处理，运种方法能够提高钢板耐蚀性，但对其加工成型性和其他抗性改善有限； 或者在铭酸盐纯化的基础上再涂覆含固体润滑助剂（通常为低表面能聚合物，如聚締控和 聚四氣乙締）的有机树脂，W兼顾耐蚀和润滑效果，满足钢板耐蚀和成型的要求，但是，运 种采用该类方法所生产的表面处理钢板均含有铭元素，在使用过程中铭元素析出会对人体 及环境造成危害。
[0004] 表面处理锻锋钢板在0A制品或售货机行业作为内部裸用件时，会与纸张、饮料瓶 或食品外包装袋反复接触摩擦，为防止钢板表面在与外界物质多次接触过程中被磨损掉， 出现钢板后续耐蚀性显著下降的问题。同时，表面处理锻锋钢板作为外部壳体在电器柜及 机箱等行业使用时，在壳体运输过程中也常发生相互摩擦，导致表面发黑影响外观。W上情 况都要求锻锋钢板表面具有良好的耐磨损性。 阳〇化]为提高锻锋钢板表面耐磨损性，通常是采用两步法的生产工艺，在钢板表面进行 铭酸盐纯化，起到增强涂层附着力的作用。然后再涂覆较厚（大于5微米）的聚合物皮膜， 起到强化表面耐磨损性的作用。但通常聚合物皮膜的软化溫度较低，在连续冲压过程中模 具发热容易导致皮膜软化破损。同时，随着环保指令的出台，含铭处理的锻锋钢板也逐渐被 环保型产品所取代。
[0006] 其次，在锻锋钢板使用过程中切口防诱是重点关注的问题。脱脂后憐化处理是很 多行业目前采用的一种常用切口防诱护理方法，具体如下：在冲压加工后对冲压零件先进 行短时间碱性脱脂然后再进行憐化处理，使零件切口位置生成一层憐化膜，该憐化膜对切 口起到保护作用，但是，在该处理过程中的碱（碱性脱脂剂溶液，抑值一般9-11)和酸（憐 化液，抑值一般3-4)都会对表面处理锻锋钢板的表面皮膜起到破坏作用，从而影响皮膜的 耐磨损性和后续耐蚀性能，因此该类应用领域对表面处理锻锋钢板的耐酸碱性要求极高。
[0007] 中国专利CN104449154A提供了一种用于锻锋钢板的水性无铭耐指纹涂料，经过 该涂料处理后的钢板具有优异耐蚀性和耐碱性脱脂性。但该专利中未提及经过该涂料处理 后的锻锋钢板的表面耐磨损性、加工成型性和耐酸性。然而，在0A制品或售货机行业中，钢 板表面会与纸张、饮料瓶或食品外包装袋反复接触摩擦，该表面处理钢板的表面皮膜可能 容易在与外界物质多次摩擦过程中被磨损掉，出现钢板耐蚀性显著下降的问题。
[0008] 中国专利CN102272253A提供了一种含有石墨締的钢板表面处理用树脂组合物及 利用该组合物经过表面处理的钢板。该树脂组合物由基料树脂、石墨締和溶剂组成，利用该 树脂组合物处理过的钢板具有良好的导电性、耐蚀性、附着性和加工性。
[0009] 石墨締是一种有碳原子构成的二维单层片状结构的新材料，可W层层叠加覆盖在 基体表面形成致密涂层，起到优异的物理隔绝作用。均匀分散在涂层中石墨締片层可W增 大腐蚀介质渗透至基材的渗透路径，从而能够长时间阻止腐蚀介质对基材的破坏，有效提 高涂层的耐腐蚀性能。同时，石墨締各原子间均为碳-碳共价键连接，片层与片层间为范德 华力，因此片层间容易相互滑动，具有优异的机械性能和自润滑性能，因此石墨締又能够起 到增强耐磨损性的作用，但是，由于石墨締片层与片层间范德华力较强，在石墨締在使用过 程中单片石墨締片层间容易发生片层团聚，并在水性体系中形成较大团聚体，并在水性体 系中快速析出沉淀，从而起不到增加体系机械强度和耐磨损性的目的。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种具有优异表面耐磨损性、耐蚀性和耐酸碱性的锻锋钢 板，满足多个领域用户对锻锋钢板的环保、表面耐磨损、冲压加工性和脱脂憐化的要求，该 表面处理锻锋钢板还具有对各类化学介质的良好抗性如耐溶剂性等。
[0011] 具体来讲，表面耐磨损性包括钢板表面润滑性、冲压加工后外观和高低溫下钢球 多次摩擦后的外观；耐蚀性包括平板耐蚀性、成型后耐蚀性和脱脂憐化后的耐蚀性；耐酸 碱性包括耐酸性、耐碱性和耐脱脂憐化性。
[0012] 经过艰苦研究，发现通过在锻锋钢板表面涂覆固化含有水性阳离子聚氨醋复合树 月旨、包含双有机硅烷偶联剂和单有机硅烷偶联剂的复配型有机硅烷偶联剂、包含聚四氣乙 締-表面改性高密度聚乙締粒子的复合润滑粒子、氧化石墨締、水溶性含氣化合物、水溶性 含憐化合物和水溶性稀±盐类化合物等成份的表面处理剂形成的表面处理锻锋钢板，可W 达到上述目的，从而完成本发明。
[0013] 同时，本发明还提供一种能稳定制造上述表面处理锻锋钢板的环保型水性表面处 理剂。
[0014] 本发明的技术方案如下：
[0015] 一种具有优异表面耐磨损性、耐蚀性和耐酸碱性的锻锋钢板，其表面覆盖有有 机-无机复合皮膜，该皮膜含有：
[0016] A)水性阳离子聚氨醋复合树脂，在皮膜中的重量份为30-50份；
[0017] 所述水性阳离子聚氨醋复合树脂由聚四氨巧喃酸、聚丙締酸醋或聚全氣烷基丙締 酸醋中的一种或多种与聚氨醋预聚体共聚而成，相对分子量为80000-150000 ;
[0018] B)复配型有机硅烷偶联剂，在皮膜中的重量份为20-45份；
[0019] 所述复配型有机硅烷偶联为至少一种双有机硅烷偶联剂和至少一种单有机硅烷 偶联剂的混合物；所述双有机硅烷偶联剂含架桥结构，所述双有机硅烷偶联剂和单有机娃 烧偶联剂的重量比为0.3-2;
[0020] C)复合润滑粒子，在皮膜中的重量份为15-25份；所述复合润滑粒子包括聚四氣 乙締粒子与表面改性高密度聚乙締粒子；
[0021] D)氧化石墨締水溶液，其中氧化石墨締在皮膜中的重量份为0. 1-0. 5份；所述的 氧化石墨締水溶液中，氧化石墨締的质量分数为1-5% ;
[0022]巧水溶性含氣化合物，其中氣元素在皮膜中的重量份为0. 5-1. 5份；
[0023] 巧水溶性含憐化合物，其中憐元素在皮膜中的重量份为1-2份；
[0024] G)水溶性稀±盐类化合物，其中稀±元素在皮膜中的重量份为0. 1-1. 5份。 阳0巧]上述具有优异表面耐磨损性、耐蚀性和耐酸碱性的锻锋钢板中：
[00%] 所述有机-无机复合保护膜为单层结构，其膜厚范围为2-4微米。
[0027]进一步，所述的水性阳离子聚氨醋复合树脂（A)是由选自聚四氨巧喃酸、聚丙締 酸醋或聚全氣烷基丙締酸醋中的至少一种与聚氨醋预聚体共聚而成，其中，所述的聚氨醋 预聚体是由聚四氨巧喃二醇、聚氧化乙締二醇或聚己内醋二醇等不含有醋基的聚醇化合物 与脂肪族异氯酸醋或芳香族异氯酸醋化合物反应获得，所述的水性阳离子聚氨醋复合树脂 的相对分子量在80000-150000,在皮膜中的重量份为30-50份，优选35-45份。
[0028] 所述复配型有机硅烷偶联剂度）中，所述的双有机硅烷偶联剂的架桥结构由2-4 个亚甲基、氨基或琉基组成，所述的单有机硅烷偶联剂的分子中至少含有一个具有反应性 的基团，所述具有反应性的基团为氨基、环氧基或乙締基，所述的复配型有机硅烷偶联剂 度）和水性阳离子聚氨醋复合树脂（A)的重量比为0.5-1. 5。
[0029] 所述复合润滑粒子（C)中聚四氣乙締粒子与表面改性高密度聚乙締粒子的重量 比为1-3,所述的聚四氣乙締粒子直径（中数直径）为0. 3-0. 8微米，所述的表面改性高密 度聚乙締粒子直径（中数直径）为3-5微米，所述的表面改性高密度聚乙締粒子表面接枝 有反应性基团，所述的反应性基团为氨基、径基、簇基、环氧基或氨基甲酸醋基中的一种或 多种。
[0030] 所述氧化石墨締水溶液值）中，所述的氧化石墨締是单层或者多层，当氧化石墨 締为多层时，片层数量为5层W下。
[0031] 进一步，所述氧化石墨締水溶液（D)为表面功能化氧化石墨締水溶液，所述的表 面功能化氧化石墨締是指在氧化石墨締表面接枝有亲水性反应基团，所述亲水性反应基团