專利名稱：一種環保的金屬表面處理劑及其使用方法
技術領域：
本發明屬于金屬表面處理劑及其使用方法，更具體是一種無磷無鉻的金屬表面處
理劑及其使用方法。
背景技術：
磷化作為涂裝前處理，已有100多年的歷史，1869年授予Ross的英國專利，是世界 上第一個關于磷化的專利。我國在上世紀80年代開始引進應用磷化技術，隨著我國家電、 汽車工業的快速發展，磷化液在我國大量使用，磷化液生產廠家也數不勝數；鉻鈍化也因有 自修復功能，表現出很強的耐蝕性，在表面處理行業得到廣泛應用。但磷化和鉻鈍化也帶來 嚴重的環境污染，磷化液中含有大量的無機磷，使用過程中隨著廢水的排放，引起河泊的富 養化污染，甚至給我國城鄉居民的飲用水安全造成了威脅；磷化液中還含有鋅、錳、鎳等危 害人類健康的重金屬，磷化過程中會產生大量的廢渣也會嚴重污染環境，即使使用廢水處 理系統，不僅會增加企業的運行成本，也不能完全消除對環境的影響；鉻鈍化產品的六價鉻 具有極強的毒性，世界各國都在嚴格限制使用。面對我國環境污染日趨嚴重的形勢，及我國 對世界減排的承諾，迫切需要研究出替代磷化、鉻鈍化的節能環保產品和工藝。
發明內容
本發明的目的在于提供一種節能、環保型無磷無鉻金屬表面處理劑，能較快地在 金屬表面形成一層致密的轉化膜，該轉化膜有極強的耐蝕性，和各種涂層結合力好。
本發明的技術方案 1)氟離子化合物 0.001-10%
2)鋯離子和/或鈦離子化合物 0.001-10%
3)硅烷偶聯劑 0.01-20%
4) 二氧化硅 0.001-10%
5)其余為自來水。 本發明的百分比濃度均為重量百分比濃度。 氟離子組成物沒有特別限制，為氟化鈉、氟硼酸鈉、氟硅酸鈉、氟鋯酸、氟鋯酸銨、 氟鈦酸、氟鈦酸銨、氟鈦酸鉀中的一種或兩種以上；含氟離子組成物的用量為0. 001-10%， 優選為0. 1_5%，低于0. 1%難以成膜，高于5%成膜變得不均勻且易返銹；
鋯離子組成物沒有特別限制，可以是碳酸鋯、碳酸氧基鋯銨、氟鋯酸、氟鋯酸銨中 的一種或兩種以上，鋯離子組成物的用量為0. 001_10%，優選為0. 1_5%，低于0. 1%不能 形成致密的鋯化膜，高于5%對成膜沒有任何好處，還會增加成本； 二氧化硅為納米二氧化硅、水分散性二氧化硅、或硅烷的水解縮合產物，二氧化硅 的用量為0. 001-10%，優選為0. 05-5%，低于0. 05%不能有效地和鋯離子形成致密的耐蝕 性強的轉化膜，高于5%對成膜不會增加作用，還會增加成本，造成膠體的不穩定性；
硅烷偶聯劑沒有特別限制，可為乙烯基甲氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3_縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅 烷、3_氨丙基三甲氧基硅烷中的一種或兩種以上，硅烷偶聯劑的用量為0. 01-20 % ，優選為 0. 5-10% ，低于0. 5% ，難以在金屬表面形成和涂層結合力好的轉化膜，高于10%形成的轉 化膜易開裂，且工作液變得不穩定。 為加快處理速度，還可在處理劑中加入促進劑，所述的促進劑為鉬酸鹽、稀土金屬 化合物、鈷鹽中的一種或兩種以上，其用量為0. 001-0. 1%。 為保證該發明處理劑的貯存穩定性，還可在處理劑中加入穩定劑，所述的穩定劑 為氯化鉀、氯化鈉、聚乙烯醇、丙三醇中一種，其用量為0. 001-0. 1%。
本發明的使用方法為
步驟一堿性無磷脫脂；
步驟二兩道水洗； 步驟三表面處理，工藝參數值4. 0_6. 0，總酸度2_10點，常溫處理，處理時間
0. 5-10分種，處理方式浸泡、噴淋； 步驟四水洗； 步驟五烘干； 步驟六噴涂； 步驟七固化。 鋯(鈦)鹽轉化膜技術是利用過渡金屬復合鹽在基體金屬表面產生薄膜，這層薄
膜起到提高金屬的耐蝕性和與涂層附著力的能力。特別是鋯和氟的反應產物氟鋯酸，能在
鐵、鋅、鋁等金屬表面產生致密的膜層。同族的鈦鹽、鉿鹽類有同樣的成膜作用。 溶膠-凝膠成膜工藝是用適當的前驅體化合物經水解、聚合產生有機聚合物或金
屬氧化物(也可以兩者都有)，形成膠體液體，進一步反應發生凝膠化，可以在金屬表面形
成耐腐蝕的薄膜，隨著納米材料技術的發展，原先主要用于陶瓷材料改性的此項技術，現已
開始應用于各種材料表面處理領域，所以該技術也有稱為納米陶瓷轉化技術。 硅烷處理技術硅烷被稱為工業味精，應用十分廣泛。硅烷含有兩種不同化學官能
團，一端能與無機材料(如玻璃纖維、硅酸鹽、金屬及其氧化物)表面的羥基反應生成共價
鍵；另一端能與樹脂生成共價鍵，從而使兩種性質差別很大的材料緊密地結合起來。該技術
在表面處理方面的應用最環保，發展前景十分看好。但單一的硅烷處理劑在金屬表面前處
理方面的應用還研發階段。 本發明提供的無磷無鉻金屬表面處理劑是綜合應用鋯鹽處理技術、硅烷處理技術 和溶膠-凝膠成膜技術。 本發明中的氟離子首先微溶鋼鐵、鋅基體表面的同時，和鋯(鈦)離子在一定的酸 度條件下，在溶解的金屬表面形成致密的轉化膜層；膠體中的硅烷偶聯劑和分散的納米二 氧化硅協同作用，也在金屬表面形成有機_無機雜化膜，由于納米二所化硅有著極大的比 表面積，在30秒內即可形成完整的轉化膜。 經本發明處理的冷軋板、熱軋板、鍍鋅板零件涂裝后，附著力達0級，劃叉耐中性 鹽霧試驗冷板500小時、鍍鋅板1000小時剝離不超過lmm。 本發明與現有技術相比，在鋼、鋅金屬表面形成一層致密均勻、耐蝕性強、和涂層 附著力極好的轉化膜，其處理方法簡單，在常溫下操作，原有的磷化處理設備不需任何改動就可使用，處理劑不使用強酸強堿，生產安全無排放，是磷化處理工藝的最佳替代產品，也 是一種節能型環保產品。
具體實施例方式以下實施例對本發明的表面處理劑具體說明，但本發明的范圍不受此限制
本方明的表面處理劑制備方法和步驟如下 1、在反應釜中加入總量三分之二的去離水，再加入含氟離子、鋯離子和/或鈦離 子的化合物充分攪拌直至完全溶解成清澈的溶液。 2、在上述清澈的溶液中加入硅烷偶聯劑、分散劑充分攪拌2小時至清澈； 3、在上述液體中加入納米二氧化硅充分攪拌至清澈的膠體，加入穩定劑、促進劑
和剩余量的去離子水，充分攪拌成清澈的膠體即可。 實施例1 : 氟化鈉 2% 碳酸氧基鋯銨 5% 乙烯基乙氧基硅烷 8% 納米二氧化硅 4% 聚乙烯醇 0.3% 氯化鈉 0.3% 其余為自來水 處理的工件為馬鋼產冷軋板，其工序為 步驟一 堿性無磷脫脂； 步驟二 兩道水洗； 步驟三表面處理，工藝參數PH值5. 5，總酸度5點，常溫處理，處理時間5分鐘，
處理方式浸泡； 步驟四水洗； 步驟五烘干； 步驟六噴涂； 步驟七固化。 表面處理結果為百格法附著力0級，劃叉中性鹽霧試驗240h單邊剝離小于 0. 5mm。 實施例2 氟鋯酸(同時提供氟離子和鋯離子) 10% 3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷 10% 分散性納米二氧化硅 2% 氟鈦酸銨 0.5% 其余自來水 處理的工件為寶鋼產熱鍍鋅板，其工序為 步驟一堿性無磷脫脂； 步驟二 兩道水洗；
步驟三表面處理，工藝參數ra值4. 5，總酸度5點，常溫處理，處理時間1. 5分
鐘，處理方式噴淋； 步驟四水洗； 步驟五烘干； 步驟六噴涂； 步驟七固化。 表面處理結果為百格法附著力0級，劃叉中性鹽霧試驗500h單邊剝離小于 0. 5mm。 實施例3 : 氟鋯酸(同時提供氟離子和鋯離子) 8% 四氯化鈦 0.5% 3-氨丙基三乙氧基硅烷 10% 分散性二氧化硅 3% 鉬酸鈉 0.05% 其余自來水 處理的工件為寶鋼產熱鍍鋅板，其工序為 步驟一 堿性無磷脫脂； 步驟二 兩道水洗； 步驟三表面處理，工藝參數ra值4. 5，總酸度4點，常溫處理，處理時間2分鐘，
處理方式噴淋； 步驟四水洗； 步驟五烘干； 步驟六噴涂； 步驟七固化。 表面處理結果為百格法附著力0級，劃叉中性鹽霧試驗1000h單邊剝離小于 lmm。
權利要求
一種環保的金屬表面處理劑，其特征在于含有以下重量百分比濃度的物質1)氟離子化合物 0.001-10％2)鋯離子和/或鈦離子化合物0.001-10％3)硅烷偶聯劑 0.01-20％4)二氧化硅 0.001-10％5)其余為自來水。
2. 根據權利要求1所述的一種環保的金屬表面處理劑，其特征在于所述的氟離子組 成物為氟化鈉、氟硼酸鈉、氟硅酸鈉、氟鋯酸、氟鋯酸銨、氟鈦酸、氟鈦酸銨、氟鈦酸鉀中的一 種或兩種以上，其濃度為0. 1-5%。
3. 根據權利要求1所述的一種環保的金屬表面處理劑，其特征在于所述的鋯離子組 成物為碳酸鋯、碳酸氧基鋯銨、氟鋯酸、氟鋯酸銨中的一種或兩種以上，其濃度為0. 1-5%。
4. 根據權利要求1所述的一種環保的金屬表面處理劑，其特征在于所述的二氧化硅 為納米二氧化硅、水分散性二氧化硅、或硅烷的水解縮合產物，其濃度為0. 1-5%。
5. 根據權利要求1所述的一種環保的金屬表面處理劑，其特征在于所述的硅烷偶聯劑為乙烯基甲氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油氧基 丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一種 或兩種以上，其濃度為0. 5-10%。
6. 根據權利要求1所述的一種環保的金屬表面處理劑，其特征在于在處理劑中加 入促進劑，所述的促進劑為鉬酸鹽、稀土金屬化合物、鈷鹽中的一種或兩種以上，其用量為 0. 001-0. 1%。
7. 根據權利要求1所述的一種環保的金屬表面處理劑，其特征在于在處理劑中加入 穩定劑，所述的穩定劑為氯化鉀、氯化鈉、聚乙烯醇、丙三醇中一種，其用量為0. 001-0. 1%。
8. 權利要求1所述的一種環保的金屬表面處理劑的使用方法，包括以下步驟 步驟一 堿性無磷脫脂；步驟二 兩道水洗；步驟三表面處理工藝參數值4. 0_6. 0，總酸度2_10點，常溫處理，處理時間 0. 5-10分種，處理方式浸泡、噴淋； 步驟四水洗； 步驟五烘干； 步驟六噴涂； 步驟七固化。
全文摘要
本發明公開了一種環保的金屬表面處理劑及其使用方法，所述的處理劑的組成為氟化物、鋯鹽、硅烷、二氧化硅、促進劑、分散劑、穩定劑構成。本發明在鋼、鋅金屬表面形成一層致密均勻、耐蝕性強、和涂層附著力極好的轉化膜，其處理方法簡單，在常溫下操作，原有的磷化處理設備不需任何改動就可使用，處理劑不使用強酸強堿，生產安全無排放，是磷化處理工藝的最佳替代產品，也是一種節能型環保產品。
文檔編號C23C22/34GK101701336SQ20091018563
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者彭強, 褚維杰, 錢炳南 申請人:蕪湖市瑞杰環保材料科技有限公司