有机涂层钢板的基板及其处理

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有机涂层钢板的基板及其处理
王国栋刘相华
（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳􀀀􀀀


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随着社会经济的发展和人们生活水平的提
高，除了传统上对材料强度、刚性、韧性等性能
的要求之外，对钢材表面的要求也不断提高，如
漂亮的外观，与环境相协调的色彩，耐指纹等各
类抗腐蚀性能，等等。显然，不但裸板不能满足
上述要求，传统的镀锌、镀锡等金属涂镀层板也
难以胜任。因而有机涂层钢板应运而生，近年来
取得了令人瞩目的发展，成为涂镀层钢板家族中
的后起之秀。
目前我国已有宝钢、武钢等大型钢铁企业引
进了彩色有机涂层钢板生产线，国产有机涂层钢
板已经进入市场并受到用户的欢迎，展示了有机
涂层钢板良好的市场前景。为了促进我国有机涂
层钢板的生产和研究工作，现把相关的基础知识
和国外近年来有机涂层钢板的进展情况以技术讲
座的形式介绍给大家。本讲座分为%讲，主要内
容包括：有机涂层钢板的基板、涂复工艺与设
备、在各个领域中应用的特点以及性能评价等。
 有机涂层钢板的基板
 基板的种类和要求
由于有机涂层钢板是在基板的表面涂以有机
材料，所以基板的表面形状和状态是十分重要
的。有机涂层的粘结性能、表面外观的好坏、耐蚀
性等，均与钢板表面状态有关。所以，基板往往要
预先进行金属涂层、表面调整以及化学处理等各
种表面处理。表面涂层钢板的常用基板见表􀀀。
对基板的要求是：在使用环境下承受制品的
重量、外力作用，具有保持自身形状的刚度和强
度，并应具有易于成形加工的性能，以制成不同
形状的产品。一般板厚为
&􀀀􀀀  。
表 基材种类及其主要用途
基板主要用途
冷轧板家具，内部装修材料
热镀锌钢板外部装修材料，家电
合金化热镀锌钢板汽车，家电
热镀锌 铝钢板外部装修材料
热镀铝钢板耐热材料，排气系统
电镀锌钢板家电，内部装修材料
电镀锌 镍钢板汽车
电镀锌 铁钢板汽车
镀锡钢板容器
铬酸处理的无锡钢板容器
不锈钢内、外部装修材料
涂层钢板要经过一系列加工才能成为最终制
品，因此，涂层工艺又分为后涂层和预涂层&
种。对预涂层钢板的基板在加工成形性能方面有
严格要求，需考虑其屈服特性、形状保持特性、
成形性、刚性等。
（􀀀）屈服特性
屈服延伸是一种不均匀的变形现象，它会导
致出现“吕德斯带”，使钢板表面凹凸不平，必
须防止其发生。一般通过退火后的平整或矫直加
工消除屈服延伸现象。但是，如果加工后长时间
放置，屈服延伸现象又会重新发生，此称时效。
所以，如果金属基板长时间放置，则在成形之前
必须再经过平整加工。在为了进行有机涂层烤漆
而提高温度时，应注意时效现象会加剧。对严格
要求非时效性的场合，最好使用含碳量极低的无
间隙原子钢（’钢）。
（&）形状保持特性
在产品形状设计及加工方法的选择方面应考
虑弹性恢复问题。一般说来，材料的屈服应力
小、加工硬化指数􀀀 值大时，弹性恢复现象减
·)(·
轧钢
**
+

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年&月·第􀀀,卷·第􀀀期
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-􀀀, 􀀀
万方数据
轻。板面成形时，由于在成形面内弹塑性应力应
变不均匀，会发生不均匀的弹性恢复，这可以从
成形后的面板反射光线的映象中看出。通常屈强
比（􀀀􀀀／􀀀
）小的材料对形状保持性有利。
（）成形性
薄板冲压过程根据工具和模具的形状可分为
拉伸成形和深冲成形，如图所示。而实际成形
过程多为两者的组合。这里成形性是指板不出现
破坏时的成形极限，它既与材料和模具的形状有
关，也与材料本身的特性有关。
图􀀀 拉伸成形与深冲成形
）拉伸成形
）深冲成形
冲头；防皱压板；模具
拉伸成形时将板的周边压住，从中间向下
压，板的变形部分各方向均受拉，板厚减小。屈
服应力小、延伸率大的材料拉伸成形性好。另
外，􀀀值高有利于延伸均匀，拉伸成形性好。
深冲成形时用防皱板将被成形的板压住，用
冲头冲下。模具与防皱板之间的板边将发生金属
流动，其半径方向产生拉应力，圆周方向产生压
应力，通常压应力大于拉应力，导致板边厚度增
加。而冲头角部处的金属受拉，导致板厚减小。
拉应力过大时，易出现破坏。与深冲性关系最为密
切的是塑性应变比
值，
值越高，深冲性越好。
（）刚性
这里刚性是指在成形后的板面垂直方向作用
压力时的刚性。曲率小且形状平坦的面板易出现
凹陷、鼓肚等问题。因而选择材料时应考虑曲
率，确定合理的厚度。
􀀀
 涂复前对基板表面的处理
在有机涂层连续生产线上，通常在涂复前对
原板进行预处理，包括化学处理和电化学处理，
以在原板表面附着一层稳定的氧化膜或其他化合
物，形成耐蚀性及致密性俱佳的金属表面复膜。
典型的处理方法有：磷酸盐处理、镀锌板的铬酸
盐处理、磷酸锌处理等等。
（）磷酸盐处理
处理所用溶液的基本组成是磷酸二氢锌盐的
磷酸酸性溶液，主要由游离磷酸［
］、磷酸
二氢锌［（
）］、镍离子、腐蚀催化剂（氧
化剂）及其他添加剂（有机物）构成。
磷酸锌化合物在镀锌原板上析出反应式如下：
（
）
􀀀
（
）


典型的浸渍型磷酸锌处理液参数见表。预
先用氢氧化钠水溶液提高处理溶液的值，调
整到不出现沉淀为止。此时全酸度
，游
表 浸渍型磷酸锌处理液的典型参数
项目浓度／
一般管理范
围／
复膜形成要素
离子 


离子 



 离子 

腐蚀催化剂

 离子 

氟化物离子 

复膜量抑制剂磷酸变性剂 

反应蓄积离子
 离子 

管理项目全酸度 

游离酸度
酸比 

处理温度／  

处理时间／􀀀  

离酸度
，酸比为
。根据处理时间
内所要求的复膜量来确定全酸度和酸比的最佳
值，对处理液进行管理。
因为预涂层金属需经弯曲等多种加工，故要
求复膜致密均匀，复膜量约为
／。
典型的磷酸锌复膜量与耐划痕性、抗折曲附着性、
防锈性等性能的关系如图所示。通常，复膜量
多附着性差，复膜量少耐划痕性、防锈性差。
（）铬酸盐处理
铬酸盐处理可分为反应型和涂刷型种。铬
酸盐处理的主要作用是抑制金属的阳极反应，提
高润湿附着性。
反应型铬酸盐处理的复膜有种类型：磷酸
铬和铬酸铬。磷酸铬是价铬的化合物，一般为
无色或淡黄色，有时呈现为浅绿色的非晶复膜，
致密性好。铬酸铬是价和价铬的化合物
（
·
· 
），一般为金黄色或茶褐色
非晶复膜，这种复膜具有自修复作用，耐蚀性好。
第卷·第期王国栋等：有机涂层钢板的基板及其处理··
万方数据
图􀀀 磷酸锌复膜量与复膜性能的关系
􀀀
耐划痕性；
抗折曲附着性；

盐水喷雾实验􀀀后平面部位白锈评价
涂刷型铬酸盐处理是用涂刷辊把胶状的药剂
涂在基板上，干燥后形成复膜。处理过程中没有
化学反应（但从涂刷到干燥过程中镀锌层与

  离子有反应）。药剂中含有与铬酸铬
（
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）类似的成分。为了确保
复膜的强度和致密性，在涂刷液中加入树脂和二
氧化硅粒子作为粘度调节剂。涂刷型铬酸盐处理
的要点有：铬的附着量、复膜中价铬与价铬
的比例、干燥条件（温度）、二氧化硅粒子（种
类、粒度、数量）、有机树脂（种类、数量）。
涂刷型铬酸盐处理的特点是：不需要水洗，
没有含大量价铬的废水，不用反应容器，生产
线构成简单，可以进行高速涂刷，涂刷液管理简
单，设备维修容易，可用于镀锌板、不锈钢、铝
板等各种金属材料。
由于涂刷型铬酸盐处理在减少污染、节约劳
动力、降低成本等方面的突出优点，已有取代反
应型铬酸盐处理的趋势。
参考文献
〔􀀀〕日本表面技术协会金属のポリマ
コ
ト木真书店，
􀀀
〔〕三代泽良明表面技术􀀀， ：􀀀􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀
（未完待续）
·· 轧钢