CN111455366A - 一种改性无磷无硼镀膜剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属拉拔镀膜技术领域，尤其是一种改性无磷无硼镀膜剂及其制备方法，经活化剂、催化剂和脂肪酸盐反应釜中反应，并在反应过程中加入硅烷偶联剂，恰当控制活化剂、脂肪酸盐、硅烷偶联剂和催化剂加入的量，结合活化剂中原料成分的相对含量调整，使得镀膜剂用于金属线材前处理成膜效果得到改善，提高了镀膜剂在金属线材表面的附着能力，改善了膜层强度，且使得在金属线材表面分布的均匀性能优异，降低了拉拔过程中拉丝粉的损耗，改善了拉拔效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属拉拔镀膜技术领域，尤其是一种改性无磷无硼镀膜剂及其制备方法。
背景技术
在金属拉拔制品制备过程中，是先将金属线材前处理，使得在金属线材表面形成膜层，再送入拉拔机中拉拔成型。该工艺已经被沿用了几十年，可是，在膜层形成过程中，大多数采用的是磷化处理工艺和硼化处理工艺。硼化处理工艺是采用硼砂为原料，但是，硼砂具有毒性，而且涂硼工艺处理，使得拉拔形成的金属丝、金属线表面极易吸潮生锈，难以满足高强度金属丝的拉拔要求。磷化处理工艺相比硼化处理工艺优异，可在磷化处理工艺中，需要采用酸对金属线材表面活化处理，导致废酸量较大，处理成本较高，且在磷化处理的线材，在后期拉拔过程中，金属线材表面与拉丝粉结合力较差，容易导致拉丝粉脱落，产生大量的粉尘，影响拉拔生产环境，降低了金属丝拉拔生产效率。
为此，有研究者开展了金属线材前处理用镀膜剂的研究，使得避免了硼、磷等成分使用，以达到解决上述技术问题的目的；但是，由于当前无磷、无硼镀膜剂的研究相对较少，研究的深度不够，致使镀膜剂用于金属线材前处理时，依然存在诸多缺陷，例如：①在金属线材表面，膜层附着力较强，但膜层与拉丝粉结合力较差；②在金属线材表面，膜层附着力较差，导致拉拔拉丝粉脱落严重，拉拔车间粉尘量大，影响了生产环境质量，甚至导致拉拔断头，降低了拉拔效率，导致拉拔成本较高。
鉴于此，本研究者在前期开展了无磷无硼镀膜剂的研究，例如：专利申请号为2019112806859中公开了采用活化剂和脂肪酸盐，在D001树脂催化剂作用下反应，在反应过程中加入硅烷偶联剂，制备成镀膜剂，使得镀膜剂对金属线材前处理时，能够在金属线材表面形成1μm以上厚度的膜层，且膜粘附在金属线材表面的强度达到了67kg以上，改善了镀膜剂在金属线材表面的附着能力及分布的均匀性，提高了拉拔性能。随着近期生产实践的应用，对配制镀膜剂产品应用效果跟踪监测，发现该镀膜剂效果依然不理想，故而在使用过程中，本研究者对镀膜剂进行了改进，提供了改性无磷无硼镀膜剂。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种改性无磷无硼镀膜剂及其制备方法。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
改性无磷无硼镀膜剂制备方法，将脂肪酸盐加入到反应釜中，加入催化剂和活化剂反应，在反应过程中加入硅烷偶联剂；反应釜中温度为60-90℃，反应过程以100-300r/min搅拌速度搅拌，反应时间为3-5h；其中，脂肪酸盐为脂肪酸钙和脂肪酸钠的混合物，催化剂为D001树脂催化剂，活化剂为十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺的混合物，脂肪酸盐质量百分比为9％，活化剂质量百分比为1.7％，催化剂质量百分比为0.02％，硅烷偶联剂质量百分比为8％，余量为水；脂肪酸钙和脂肪酸钠混合质量比为1:0.5-0.8；十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺混合质量比为0.5-1:1。
优选，所述的脂肪酸盐为脂肪酸钙和脂肪酸钠按照质量比为1:0.7混合而成的混合物。
优选，所述的活化剂为十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺按照质量比为0.8:1混合而成的混合物。
本发明创造的目的之二在于提供上述的改性无磷无硼镀膜剂制备方法制备的改性无磷无硼镀膜剂。
上述的改性无磷无硼镀膜剂用于金属线材拉拔时，对金属线材作前处理，促使金属线材表面形成膜层。
本发明创造的目的之三在于提供上述的改性无磷无硼镀膜剂应用于对金属线材前处理方法，将金属线材放线、扭转、挤压、钢丝刷涂刷，清除金属线材表面氧化皮层，使得金属线材穿过盛装有镀膜剂的盛装槽，穿过速度为4m/min，盛装槽长度使得镀膜剂与金属线材表面接触时间为1min。
与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：
经活化剂、催化剂和脂肪酸盐反应釜中反应，并在反应过程中加入硅烷偶联剂，恰当控制活化剂、脂肪酸盐、硅烷偶联剂和催化剂加入的量，结合活化剂中原料成分的相对含量调整，使得镀膜剂用于金属线材前处理成膜效果得到改善，提高了镀膜剂在金属线材表面的附着能力，改善了膜层强度，且使得在金属线材表面分布的均匀性能优异，降低了拉拔过程中拉丝粉的损耗，改善了拉拔效率。
经应用试验研究：得到了镀膜剂在77MnA钢材表面的成膜厚度达到了10μm，膜层附着力强度达到了79.8kg以上，且成膜均匀性较优，对拉丝粉附着能力得到了改善，改善了金属线材拉拔时的摩擦系数，降低了断头率，提高了金属线材拉拔成品率和合格率。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
试验：
试验时间：2019年12月-2020年03月15日。
试验地点：在贵州水钢同鑫晟金属制品有限公司车间内。
试验镀膜剂制备：
(1)活化剂和脂肪酸盐配制：
组A：活化剂为：十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺混合质量比为0.5:1；脂肪酸盐为：脂肪酸钙和脂肪酸钠混合质量比为1:0.5；
组B：活化剂为：十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺混合质量比为1:1；脂肪酸盐为：脂肪酸钙和脂肪酸钠混合质量比为1:0.8；
组C：活化剂为：十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺混合质量比为0.8:1；脂肪酸盐为：脂肪酸钙和脂肪酸钠混合质量比为1:0.7。
(2)原料反应：
将脂肪酸盐加入到带有水的反应釜中，加入活化剂和D001树脂催化剂，调整反应釜中温度维持在60-90℃之间，反应过程的搅拌速度维持在100-300r/min之间，并在搅拌过程中加入硅烷偶联剂，反应3-5h；其中，脂肪酸盐质量百分比为9％，活化剂质量百分比为1.7％，D001树脂催化剂质量百分比为0.02％，硅烷偶联剂质量百分比为8％，余量为水。
(3)镀膜剂应用：
取77MnA钢材，放线、扭转、挤压、钢丝刷涂刷，清除金属线材表面氧化皮层；将镀膜剂装入到镀膜剂盛装槽中，使得清除氧化皮层的金属线材穿过镀膜剂盛装槽，金属线材穿过的速度为4m/min，镀膜剂盛装槽的长度使得镀膜剂与金属线材表面接触时间为1min。
对照镀膜剂制备：
在试验镀膜剂制备的基础上，按照前期研究结果，将脂肪酸盐、活化剂、D001树脂催化剂、硅烷偶联剂质量百分含量调整为脂肪酸盐质量百分比为7％，活化剂质量百分比为0.5％，D001树脂催化剂质量百分比为0.02％，硅烷偶联剂质量百分比为7％，余量为水，其他均同实试验镀膜剂制备。
检测指标确定：
(1)对金属线材表面的膜厚度进行检测，检测方法参照GB6462-2005《金属的氧化覆盖层横断面厚度显微镜测量法》中的显微镜测量方法进行测定。
(2)对金属线材表面成膜均匀性测试，测试方法是参照GB 9792-2003《金属材料上的转化膜单位面积上膜层质量的测定》测定膜重方法进行测定同一根金属线材上，不同段内的膜重量进行测定；其中，不同段是将金属线材处理之后的每段20cm，段与段之间间距为5cm，每组测定的段数为5段。
(3)在金属线材表面成膜的附着力强度测试，采用国产MQ-800型四球磨损试验机，按照SY-2665-77标准中介绍的测试方法测试镀膜剂在金属线材表面的附着力强度。
(4)对拉丝粉附着力强度测试，将金属线材穿过盛装有镀膜剂的镀膜剂盛装槽，再使得穿过镀膜剂的金属线材继续穿过盛装有拉丝粉的拉丝粉槽中，使得拉丝粉被粘附在有膜层的金属线材表面，截取粘附拉丝粉的金属线材1m长，在保证截取的金属线材不变形前提下，将截取的金属线材振动处理，振动频率为40次/min，振动20s，称量粘附拉丝粉的金属线材在振动前和震动后的重量变化率，即就是：变化率＝[(振动前重量-振动后重量)/振动前重量]×100％。
试验结果：
将镀膜剂在金属线材表面的成膜厚度、成膜均匀性、成膜附着力强度以及膜层对拉丝粉附着力强度进行检测，其结果统计到下表1中。
表1
由表1的数据显示可见，本发明创造经过对活化剂、硅烷偶联剂、D001树脂催化剂、脂肪酸盐质量百分比控制在脂肪酸盐质量百分比为9％，活化剂质量百分比为1.7％，D001树脂催化剂质量百分比为0.02％，硅烷偶联剂质量百分比为8％，余量为水时，其成膜效果较佳，能够使得膜厚达到10μm，且成膜均匀性较优，膜层附着力强度达到了79kg以上，对拉丝粉附着力强度也得到了大幅度的改善，极大程度提高了金属线材拉拔效率，降低了拉拔成本。
并且，结合对活化剂、脂肪酸盐中各有效成分的相对含量进行控制，能够进一步优化镀膜剂的性能，提高镀膜剂在77MnA钢材表面的成膜效果。
本发明创造其他未尽事宜参照现有技术、公知常识以及常规技术手段进行操作即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种改性无磷无硼镀膜剂制备方法，将脂肪酸盐加入到反应釜中，加入催化剂和活化剂反应，在反应过程中加入硅烷偶联剂；反应釜中温度为60-90℃，反应过程以100-300r/min搅拌速度搅拌，反应时间为3-5h；其中，脂肪酸盐为脂肪酸钙和脂肪酸钠的混合物，催化剂为D001树脂催化剂，活化剂为十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺的混合物，其特征在于，脂肪酸盐质量百分比为9％，活化剂质量百分比为1.7％，催化剂质量百分比为0.02％，硅烷偶联剂质量百分比为8％，余量为水；脂肪酸钙和脂肪酸钠混合质量比为1:0.5-0.8；十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺混合质量比为0.5-1:1。
2.如权利要求1所述的改性无磷无硼镀膜剂制备方法，其特征在于，所述的脂肪酸盐为脂肪酸钙和脂肪酸钠按照质量比为1:0.7混合而成的混合物。
3.如权利要求1所述的改性无磷无硼镀膜剂制备方法，其特征在于，所述的活化剂为十二烷基酚氧乙烯醚和N,N-双羟乙基烷基酰胺按照质量比为0.8:1混合而成的混合物。
4.如权利要求1-3任一项所述的改性无磷无硼镀膜剂制备方法制备的改性无磷无硼镀膜剂。
5.如权利要求4所述的改性无磷无硼镀膜剂用于金属线材拉拔时，对金属线材作前处理，促使金属线材表面形成膜层。
6.如权利要求4所述的改性无磷无硼镀膜剂应用于对金属线材前处理方法，其特征在于，将金属线材放线、扭转、挤压、钢丝刷涂刷，清除金属线材表面氧化皮层，使得金属线材穿过盛装有镀膜剂的盛装槽，穿过速度为4m/min，盛装槽长度使得镀膜剂与金属线材表面接触时间为1min。
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