2006年全国冷轧板带会论文

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1、环保型无铬表面处理技术的开发*袁江南*杨敏玮*森田良治**倪富荣*上海帕卡濑精有限公司**宝山钢铁股份有限公司冷轧厂摘要：随着人们对环境保护的不断关注，采用无公害特别是无铬表面处理剂越来越受到重视。本文介绍了无铬表面处理剂的发展思路，并重点介绍具有优良综合性能的无铬耐指纹镀锌钢板的开发；同时也对未来无铬表面处理剂的发展作了展望。关键词：无铬耐指纹钢板、耐碱性、耐溶剂性1.前言钢铁材料的腐蚀是每时每刻发生在我们周围的自然过程。每年约有10%的钢材因为腐蚀而被浪费。为了抗拒这种自然法则，延长钢铁材料的使用寿命，金属镀层、磷化、钝化等是最为常用的钢铁防蚀措施。但

2、是传统的钢铁表面处理方法及其生产过程存在着环境负荷较大和使用有害物质等问题。其中，钢铁表面处理过程中被大量使用的六价铬对人类健康会产生较大危害。欧盟委员会和欧洲议会颁布的电子电器设备废弃物的指令（WEEE）和电子电器设备中限制使用某些有害物质的指令（RoHS），明确规定了对包括六价铬使用的严格控制。因此，无铬化是钢铁表面处理技术的发展所面临的重大挑战。2.镀锌钢板的防蚀技术锌由于其较好的耐大气腐蚀性而作为镀层来保护钢铁材料。但镀锌层在湿度较高并含有Cl-、SO2等的偏酸性环境中，锌表面原有的碱式碳酸锌遭受破坏、锌的腐蚀加快，产生的腐蚀产物呈白色即通常所指的

3、白锈。白锈发展到一定程度不仅影响镀锌钢板的外观，同时也对后续的油漆附着力产生不良影响，为了抑制白锈的产生，目前采用的方法主要有磷化法和钝化法。钢板经磷化后，虽然具有良好的油漆附着力，但一般仍需要封闭处理来达到所需的耐蚀性。但这样增加了处理工艺及产生了磷化渣、废水的处理等问题。传统上铬酸盐处理是应用最为广泛的钝化法。这种方法具有优良的耐蚀性、低成本等优点。在家电行业应用方面，可添加具有不同功能的树脂等有机物，即可形成具有高耐蚀性，涂装性，耐指纹性，加工性及其他特殊功能的耐指纹或自润滑皮膜。帕卡集团的TOP-5241T和TOP-5248就是其中的代表。但是，上

4、述钝化药剂中都含有对人体有害的六价铬，上述欧盟相关指令严格限制六价铬的使用。因此，开发无含铬钝化／耐指纹药剂显得尤为重要。3.无铬化表面处理技术的发展3.1铬酸盐钝化机理开发无铬表面处理技术，应首先了解铬酸盐系钝化的机理。经铬酸盐钝化的金属表面结构如图1表示。可以看到，当含有六价铬的处理药剂与金属表面接触后，部分六价铬被还原并在金属表面形成一层由三价铬的水合氧化物的致密皮膜。这层膜可以很大程度上阻隔环境中水、氧分、盐分等腐蚀性物质侵入到金属表面。一旦皮膜受损，皮膜中未被还原的六价铬会自动氧化新裸露的金属表面，被还原形成的三价铬水合氧化物形成新的皮膜修复损伤

5、部位。因此由于这两种功能的相互配合，使得含铬皮膜具有较良好的耐腐蚀性能。图1金属表面钝化层示意图須田新，荻野陆雄，宮脇憲，前田重義；表面技術，44，77(1993)3.2无铬钝化技术的思路在寻找铬酸盐的替代物过程中，人们发现没有单一的无机或有机物具有与铬酸相近的成膜性和自我修复能力。帕卡集团在经历了多年的研究后认为，无铬表面处理药剂的开发，必须走复合组成型的技术路线。即由多种具有优良单一功能的有机／无机物复合形成在成膜性及自我修复能力上发挥极致的无铬药剂(见图2)图2金属表面无铬皮膜示意图由图2可见，帕卡集团的无铬表面处理药剂由成膜剂和缓蚀剂两大类复合而成

6、。成膜剂的主要成份由树脂、螯合剂等复合而成，这样使得成膜的致密性方面得到了最大程度的强化。同样，起到自我修复作用的缓蚀剂也是由多种金属化合物及有机螯合剂所复合成。这样做主要是为了发挥不同缓蚀剂的各自特长，使得总体缓蚀效果达到或接近六价铬水平。无铬钝化/无铬耐指纹钢板用途十分广泛，几乎被使用于家电的各个领域。由于在家电制造过程中，镀锌钢板可能会经历冲压、脱脂、磷化、涂装、烘烤等工艺，因此，我们在药剂的设计开发时，对无铬皮膜的加工性、耐碱/酸/溶剂性、耐热性、涂装附着性等同样也加以最大程度地考虑。由于各家电生产商有不同性能的要求，我们对药剂主要成份有针对性地加

7、以调整或添加有特殊功能的添加剂，形成了具有优良综合性能的钝化、耐指纹、自润滑等无铬系列表面处理药剂。3.3宝钢镀锌机组生产无铬耐指纹钢板的实践宝钢镀锌机组无铬耐指纹的生产工艺为：开卷→脱脂→水洗→干燥→镀锌→耐指纹涂敷→烘烤→冷却→收卷注：所用脱脂剂和无铬耐指纹药剂均为帕卡集团产品经上述工艺处理后得到的无铬耐指纹钢板膜厚大约1mm。将上述钢板分别进行耐碱性、耐溶剂性、耐蚀性、涂膜附着性、耐指纹性和耐黑变性等性能确认，确认结果如表1所示。从表中可以看出，宝钢镀锌机组生产的无铬耐指纹钢板在具有优良耐蚀性、耐指纹性、耐黑变性和良好涂膜附着性的同时，还具有优异的耐

8、溶剂性和耐碱性。表1宝钢镀锌机组无铬耐指纹钢板性能评价性能评价方法