TWI628310B - High-strength lubricating galvanized steel sheet and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種高強度潤滑鍍鋅鋼板及其製造方法。該高強度潤滑鍍鋅鋼板包括一鋼底材、一鋅鍍層及一無鉻塗覆層。該鋼底材具有一表面。該鋅鍍層設置於該鋼底材之表面。該無鉻塗覆層設置於該鋅鍍層上。藉此，可使該高強度潤滑鍍鋅鋼板具有均勻外觀及具備良好之耐蝕性、耐鹼洗性、潤滑性及耐磨耗性。
Description
本發明係關於一種鋼板及其製造方法，且更特定言之，係關於一種高強度潤滑鍍鋅鋼板及其製造方法。
鍍鋅鋼板具有良好的耐腐蝕性、易成型及塗漆等優點，廣泛應用於家電、電子產品、機械及建築等產業。尤其是針對家電或傢俱製品的功能滑軌部件而言，更加要求底材本身的機械強度、外觀表面品質及產品特殊功能特性，例如耐腐蝕性、潤滑性及耐磨耗性等。
功能滑軌產品普遍使用含0.17~0.21%碳含量的高強度鋼種，而上述鋼種之碳含量接近包晶點，鋼胚凝固體積變化大，易產生微裂，造成鋼帶表面隨機分佈連點成線狀的缺陷，該等缺陷會導致膜層在塗覆過程中不均勻，進而影響產品外觀及功能性。
此外，習知使用之水性金屬表面處理劑因環保無鉻化趨勢，目前皆朝向使用水性無三價鉻及六價鉻組成之金屬表面處理劑，惟，經上述處理劑表面處理後之金屬材料（例如：鋼板）應用在家電及辦公傢俱功能滑軌部件（例如：冰箱拉門、桌櫃抽屜、推拉門板滑軌材料等）時，因不具備潤滑特性，容易造成使用者在操作滑軌拉門時之不順暢，而在滑軌料上塗覆潤滑油則不符現今高品質產品之需求。另外，使用一般含有機樹脂之耐指紋水性塗料於金屬材料上，雖可降低動摩擦係數及提升潤滑性，卻仍無法承受使用者長期抽拉之動作，以致仍會發生接觸面磨耗及潤滑性劣化之結果。
因此，有必要提供一創新且具進步性之高強度潤滑鍍鋅鋼板及其製造方法，以解決上述問題。
在一實施例中，一種高強度潤滑鍍鋅鋼板包括一鋼底材、一鋅鍍層及一無鉻塗覆層。該鋼底材具有一表面。該鋅鍍層設置於該鋼底材之表面。該無鉻塗覆層設置於該鋅鍍層上。
在一實施例中，一種高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法包括以下步驟：提供一鋼底材，該鋼底材具有一表面；形成一鋅鍍層於該鋼底材之表面；及形成一無鉻塗覆層於該鋅鍍層上，以製得高強度潤滑鍍鋅鋼板。
參閱圖1，其係顯示本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之結構示意圖。本發明之高強度潤滑鍍鋅鋼板10包括一鋼底材11、一鋅鍍層12及一無鉻塗覆層13。
該鋼底材11具有一表面11S。在本實施態樣中，該鋼底材11係為碳含量小於0.1%、鈮含量為0.01%至0.1%、錳含量為0.1%至1.0%、抗拉強度大於或等於400 MPa、降伏強度大於或等於295 MPa及伸長率大於或等於18%之高強度低合金鋼底材，如碳錳鋼、低碳鋼等。當鈮含量不足0.01%時，係無法降低煉鋼過程之表面缺陷及達到抗拉強度之目標下限；當鈮含量超過0.1%時，雖有助於提升抗拉強度及降伏強度，卻會降低伸長率。當錳含量不足0.1%時，係無法達到抗拉強度之目標下限；當錳含量超過1.0%時，係會造成熱浸鍍鋅過程鍍敷性不佳，影響外觀品質。
該鋅鍍層12設置於該鋼底材11之表面11S。在本實施態樣中，該鋅鍍層12具有一粗糙表面12S。
該無鉻塗覆層13設置於該鋅鍍層12上，在本實施態樣中，該無鉻塗覆層13係覆蓋該鋅鍍層12之該粗糙表面12S。此外，為增加該無鉻塗覆層13與該粗糙表面12S之密著性，該粗糙表面12S之平均粗糙度(Ra值)應控制在0.5微米至1.5微米。當平均粗糙度(Ra值)小於0.5微米時，雖有利於降低表面摩擦係數，但會減弱該無鉻塗覆層13與該鋅鍍層12的密著性；當平均粗糙度(Ra值)大於1.5微米時，係會導致該無鉻塗覆層13之披覆性不足，進而降低鋼板之耐蝕性及潤滑性。
在本實施態樣中，該無鉻塗覆層13之厚度應控制在0.05微米至2.0微米。當該無鉻塗覆層13之厚度小於0.05微米時，將使該無鉻塗覆層13的耐蝕性及潤滑性不佳；當該無鉻塗覆層13之厚度超過2.0微米時，雖可提昇耐蝕性及潤滑性，卻會造成鋼板表面外觀不佳，且會增加製作成本。
在本實施態樣中，該無鉻塗覆層13係由一潤滑型水性金屬表面處理劑塗覆於該鋅鍍層12上並經加熱乾燥後所形成。該潤滑型水性金屬表面處理劑包括水性無鉻組成物、水溶性或水分散性有機樹脂以及蠟添加物。
該水性無鉻組成物包括水溶性鋯化合物、矽化合物、含氟化合物及磷酸化合物。
該水溶性鋯化合物(A)係可選自硝酸鋯、硝酸氧鋯、硫酸鋯、醋酸鋯、氟鋯酸、碳酸鋯銨、碳酸鋯鈉、碳酸鋯鉀及其彼此組合中的其中一種
該矽化合物(B)係可選自水分散性微粒二氧化矽、矽烷偶合劑、表面改質具反應官能基之微粒二氧化矽及其彼此組合中的其中一種
在本實施態樣中，該水分散性微粒二氧化矽係為膠態二氧化矽或粉末二氧化矽，且二氧化矽粒子之平均粒徑小於100奈米。
該矽烷偶合劑係可選自γ-氨基丙基三甲氧基矽烷、γ-氨基丙基三乙氧基矽烷、γ-環氧丙烷基丙基三甲氧矽烷、γ-環氧丙烷基丙基三乙氧基矽烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二乙氧基矽烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基矽烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基矽烷、γ-環氧丙烷基丙基甲基二乙氧基矽烷及其彼此組合中的其中一種。在本實施態樣中，該矽烷偶合劑在水解縮合後，將形成二維或三維Si-O-Si交聯結構；同時，Si-O鍵亦與該鋅鍍層12形成化學鍵結，使該潤滑型水性金屬表面處理劑與該鋅鍍層12之間具有良好的附著性，且讓所形成之該無鉻塗覆層13的整體結構更為緻密。此外，若導入含低極性官能基團之矽烷偶合劑，更可增加該無鉻塗覆層13之滑順觸感。
該表面改質具反應官能基之微粒二氧化矽可藉由該水分散性微粒二氧化矽及該矽烷偶合劑交互反應而成。該具反應官能基之微粒二氧化矽除可提升該無鉻塗覆層13交聯緻密性外，亦可藉由微粒二氧化矽本身之硬度及表面斥水性提高該無鉻塗覆層13之耐磨耗性及潤滑性。
較佳地，該矽化合物(B)之含有量相對於該水溶性鋯化合物(A)的質量比(B/A)係介於0.2至1.2之間。當質量比(B/A)小於0.2時，雖然仍會於該鋅鍍層12上形成該無鉻塗覆層13，惟該無鉻塗覆層13之耐蝕性、耐鹼洗性及耐磨耗性並不佳；當質量比(B/A)大於1.2時，該潤滑型水性金屬表面處理劑的成本會提高，但該無鉻塗覆層13之性質並未有明顯改善，且該無鉻塗覆層13之乾燥性亦會變得不佳。
該含氟化合物(C)具有至少一個以上氟離子基團，在本實施態樣中，該含氟化合物係可選自氟化鋯銨、氟化鋯鉀、氟鋯酸、氟鈦酸銨、氟鈦酸、氟矽酸、氫氟酸及氟化氫銨中的其中一種。較佳地，該含氟化合物(C)之含有量相對於該水溶性鋯化合物(A)的質量比(C/A)係介於0.08至0.5之間。當質量比(C/A)小於0.08時，所形成之該無鉻塗覆層13的耐鹼洗性不佳；當質量比(C/A)大於0.5時，其所形成之該無鉻塗覆層13的性質並未有明顯改善，且其過量副產物亦不利該無鉻塗覆層13之乾燥性及耐蝕性。
該磷酸化合物(D)係可選自下列物質中的一種：磷酸；磷酸二氫鹽、磷酸一氫鹽、磷酸鹽；三聚磷酸；縮合磷酸鹽，如三聚磷酸鹽、偏磷酸鹽；1-羥基甲烷-1,1-二膦酸、1-羥基乙烷-1,1-二膦酸、1-羥基丙烷-1,1-二膦酸、氨基三亞甲基膦酸、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸；以及前述鹽類的組合。較佳地，該磷酸化合物(D)之含有量相對於該水溶性鋯化合物(A)的質量比(D/A)係介於0.1至0.5之間。當質量比(D/A)小於0.1時，將影響該無鉻塗覆層13與該鋅鍍層12之間的附著性；當質量比(D/A)大於0.5時，該無鉻塗覆層13之耐蝕性會變得不佳。
該水溶性或水分散性有機樹脂(R)為含有可使其單獨溶於水中或在水中分散的官能基之樹脂。在本實施態樣中，該水溶性或水分散性有機樹脂係可選自聚氨酯樹脂，其由聚酯多元醇、聚醚多元醇等多元醇與二異氰酸酯反應配製而成並在水中穩定地分散或溶解。或者，在另一實施例中，該水溶性或水分散性有機樹脂係可選自壓克力樹脂，其由丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等單體乳液聚合而成，該壓克力樹脂另包含壓克力接枝環氧樹脂共聚合體、壓克力接枝聚脲樹脂共聚合體、壓克力接枝聚烯烴樹脂共聚合體或其彼此組合，且該壓克力樹脂之平均分子量範圍係介於10,000至1,000,000之間，而其平均粒徑係介於0.1微米至2微米之間。
該水溶性或水分散性有機樹脂可選擇性添加於該潤滑型水性金屬表面處理劑中，且較佳地，該有機樹脂(R)固成份相對於整體固成份之比係介於0.01至0.9之間。當有機樹脂固成份佔整體固成份小於0.01時，所形成之該無鉻塗覆層13將無法進一步提升潤滑性；當有機樹脂(R)固成份佔整體固成份大於0.9時，係會造成該無鉻塗覆層13之乾燥性不足。
在該潤滑型水性金屬表面處理劑塗覆於該鋅鍍層12後，濕的潤滑型水性金屬表面處理劑的塗層在乾燥過程中，交聯劑會與上述水溶性或水分散性之有機樹脂反應而硬化塗層。交聯劑之材料可選用只要可藉由加熱等方式而與水溶性或水分散性之有機樹脂進行反應予以硬化的材料即可。在一或多個實施態樣中，交聯劑可選自於由多異氰酸酯化合物、親水改性多異氰酸酯化合物、親水改性封閉型多異氰酸酯化合物、三聚氰胺樹脂及其改性化合物、碳化二亞胺及其改性化合物、或其組合所組成之一族群。
較佳地，交聯劑之固成分相對於有機樹脂之固成分之比小於0.15。因為當交聯劑之固成分占有機樹脂之固成分大於0.15時，雖會促進塗層交聯緻密性、提高硬度及耐磨耗特性，但會造成水性金屬表面處理劑之黏度上升、不利塗裝控制及劣化塗層性能之疑慮。
該蠟添加物(E)係可選自聚乙烯蠟、聚四氟乙烯蠟及其彼此組合中的其中一種。在本實施態樣中，該蠟添加物之型態係可選自如下的其中一種：蠟粉及蠟乳液。
該蠟添加物包含複數個蠟微粒，較佳地，該等蠟微粒之平均粒徑係介於0.05微米至10微米之間。當平均粒徑小於0.05微米時，將使該無鉻塗覆層13之潤滑性改善效果不足；當平均粒徑大於10微米時，將使該等蠟微粒易沉降，造成塗料安定性及產線操作性不佳。
該蠟添加物(E)固成份相對於整體固成份之比係介於0.005至0.03之間。當蠟添加物固成份佔整體固成份小於0.005時，所形成之該無鉻塗覆層13將無法提供較低之動摩擦係數及合適潤滑性；當蠟添加物固成份佔整體固成份大於0.03時，則會造成該無鉻塗覆層13之耐蝕性劣化。
較佳地，該潤滑型水性金屬表面處理劑之pH值係介於6.0至11.0之間。當pH值低於6.0時，將使該潤滑型水性金屬表面處理劑較不穩定且容易形成沈澱物；而當pH值高於11.0時，該潤滑型水性金屬表面處理劑所形成之該無鉻塗覆層13的耐蝕性不佳，其會影響鋼板表面外觀。
該潤滑型水性金屬表面處理劑係可透過多種方式來調整pH值，例如可視需求利用酸液或鹼液來調整。此外，該潤滑型水性金屬表面處理劑亦可視需求添加表面調節助劑（例如：濕潤劑、流平劑）、分散劑及消泡劑等，以提升塗料安定性及鋼板表面外觀品質。
圖2顯示本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法之流程圖。圖3A顯示本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法中之一鋼底材之示意圖。配合參閱圖2之步驟S21及圖3A，提供一鋼底材11，該鋼底材11具有一表面11S。在本實施態樣中，該鋼底材11係為碳含量小於0.1%、鈮含量為0.01%至0.1%、錳含量為0.1%至1.0%、抗拉強度大於或等於400 MPa、降伏強度大於或等於295 MPa及伸長率大於或等於18%之高強度低合金鋼底材，如碳錳鋼、低碳鋼等。此外，該鋼底材11之製造工序包括將低碳鋼胚經熱軋、酸洗、冷軋製程後，在連續熱浸鍍鋅產線之退火爐升溫至750~850℃，持溫維持30~150秒後，冷卻至450~500℃溫度區間。
另外，在此步驟中，該鋼底材11可進行一清洗及脫脂步驟，以清潔該鋼底材11之表面11S。
圖3B顯示依據本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法形成一鋅鍍層於鋼底材之表面之示意圖。配合參閱圖2之步驟S22及圖3B，形成一鋅鍍層12於該鋼底材11之表面11S。在此步驟中，該鋼底材11係浸入一鋅浴中進行熱浸鍍鋅，以形成該鋅鍍層12於該鋼底材11之表面11S。較佳地，該鋅浴的溫度為450℃至480℃。
此外，在形成該鋅鍍層12後可進行一調質軋延處理，以使該鋅鍍層12形成一粗糙表面12S。在本實施態樣中，該調質軋延處理之伸長率為0.5%至2.0%，而軋延工輥之種類並無特別限定，如噴砂工輥、靜電加工工輥等皆可。此外，該粗糙表面12S之平均粗糙度(Ra值)控制在0.5微米至1.5微米為佳。
圖3C顯示依據本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法形成一無鉻塗覆層於鋅鍍層上之示意圖。配合參閱圖2之步驟S23及圖3C，形成一無鉻塗覆層13於該鋅鍍層12上，以製得高強度潤滑鍍鋅鋼板10。在此步驟中，該無鉻塗覆層13係覆蓋該鋅鍍層12之該粗糙表面12S。而形成該無鉻塗覆層13之步驟係包括：
將一潤滑型水性金屬表面處理劑塗覆於該鋅鍍層12上，該潤滑型水性金屬表面處理劑包括水性無鉻組成物、水溶性或水分散性有機樹脂以及蠟添加物；及
對該潤滑型水性金屬表面處理劑進行一加熱乾燥步驟，以形成該無鉻塗覆層13於該鋅鍍層12上。較佳地，該加熱乾燥步驟的溫度為50℃至250℃。
上述之水性無鉻組成物、水溶性或水分散性有機樹脂以及蠟添加物之細部說明同[0019]~[0034]之記載，在此不另贅述。
本發明係利用該潤滑型水性金屬表面處理劑來抑制陽極及陰極的氧化還原反應。其中，利用水溶性鋯化合物滲進矽化合物體結構間，經加熱乾燥後，矽醇鍵與鋯離子吸附(及/或交聯)形成該無鉻塗覆層13的骨架；藉由添加有機樹脂於該潤滑型水性金屬表面處理劑中，一旦乾燥，便與上述無機骨架形成不易溶解於水之有機-無機複合型無鉻塗覆層，提升屏障效果以抑制腐蝕進行。
同時，上述有機-無機複合型無鉻塗覆層因具較低表面能，故可提供滑順觸感，並避免指紋印或油漬污染產品外觀。再者，藉由無機組份中微粒二氧化矽之本身玻璃質特性，可進一步提升該無鉻塗覆層13之硬度、減緩長期摩擦作業中損耗該無鉻塗覆層13及刮傷材料表面。
該潤滑型水性金屬表面處理劑中之蠟添加物可提供該無鉻塗覆層13所需之潤滑性，主要貢獻來自：(1)塗層乾燥過程中軟化蠟微粒硬度，促使部分蠟分布於該無鉻塗覆層13上層並達到成形加工時潤滑之目的；及(2)高熔點蠟微粒不受乾燥過程影響，反因本身硬度高且粒徑略高於乾膜厚度，達到類似軸承潤滑之功效。
另外，藉由該無鉻塗覆層13形成於鋼板之表面，其成品不僅具潤滑功效可應用於滑軌用途上，其自潤滑特性亦有助於減少下游業者加工成形過程中潤滑油及切削油之用量，且亦可減少脫脂液用量而降低客戶作業及廢液處理成本。
本發明之高強度潤滑鍍鋅鋼板10具有優異機械強度及具備良好之外觀品質，且藉由該無鉻塗覆層13可有效阻隔腐蝕因子的入侵，同時讓鋼板表面具備均勻外觀、良好之耐蝕性、耐鹼洗性、潤滑性及耐磨耗性。此外，本發明使用之潤滑型水性金屬表面處理劑係為無鉻處理劑，因此，不會對環境造成污染，符合環保要求。
茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。
發明例
1~14(
以下標註為
E1~E14)
之共同製法：
1. 潤滑型水性金屬表面處理劑：
依據表1之組成種類及含量比例，分別將水溶性鋯化合物、矽化合物、含氟化合物、磷酸化合物、有機樹脂及蠟添加物加以混合，接著再加入水攪拌均勻，以分別製得發明例1~14之潤滑型水性金屬表面處理劑。
2. 經表面處理之金屬材料：
分別取一熱浸鍍鋅鋼板(GI)，其底材合金元素組份及Ra值如表1所示；將其表面進行鹼脫脂處理、水洗及乾燥，然後利用＃3棒塗覆器（RDS 3號），將上述所製得之潤滑型水性金屬表面處理劑塗佈於金屬本體之表面，再將經塗佈有潤滑型水性金屬表面處理劑之金屬本體放置於熱循環型烘箱中，以板溫100℃進行乾燥，待乾燥一段時間，即分別製得發明例1~14之經表面處理之金屬材料。
比較例
1~6(
以下標註為
C1~C6)
之共同製法：
1. 潤滑型水性金屬表面處理劑：
除了依據表1改變成分組成及用量之外，其餘製備過程皆與發明例1~14相同，最後分別製得比較例1~4之潤滑型水性金屬表面處理劑，比較例5~6則選自兩款商業用水性耐指紋塗料。
2. 經表面處理之金屬材料：
除了分別選用比較例1~6之潤滑型水性金屬表面處理劑外，其餘製備過程皆與發明例1~14相同，最後分別製得比較例1~6之經表面處理之金屬材料。 表1.發明例與比較例之潤滑型水性金屬表面處理劑的組成
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 底材 元素 </td><td> Ra </td><td> 鋯化合物(A) </td><td> 矽化合物(B) </td><td> 含氟化合物(C) </td><td> 磷酸化合物(D) </td><td> 有機樹脂(R) </td><td> 蠟添加物(E) </td></tr><tr><td> 鈮/錳(%) </td><td> 微米 </td><td> 種類 </td><td> 種類 </td><td> 質量比(B/A) </td><td> 種類 </td><td> 質量比(C/A) </td><td> 種類 </td><td> 質量比(D/A) </td><td> 佔整體固成份 </td><td> 佔整體固成份 </td></tr><tr><td> E1 </td><td> 0.01 / 0.2 </td><td> 0.5 </td><td> a1 </td><td> b1 </td><td> 0.2 </td><td> c1 </td><td> 0.2 </td><td> d1 </td><td> 0.1 </td><td> 0.2(r1) </td><td> 0.03 (e1) </td></tr><tr><td> E2 </td><td> 0.01 / 0.2 </td><td> 1.5 </td><td> a1 </td><td> b1 </td><td> 1.2 </td><td> c1 </td><td> 0.3 </td><td> d1 </td><td> 0.1 </td><td> 0.5(r1) </td><td> 0.01 (e1) </td></tr><tr><td> E3 </td><td> 0.01 / 0.5 </td><td> 0.5 </td><td> a2 </td><td> b1 </td><td> 0.2 </td><td> c2 </td><td> 0.08 </td><td> d1 </td><td> 0.1 </td><td> 0.3(r2) </td><td> 0.008 (e1) </td></tr><tr><td> E4 </td><td> 0.01 / 0.5 </td><td> 1.5 </td><td> a2 </td><td> b1 </td><td> 0.2 </td><td> c2 </td><td> 0.5 </td><td> d1 </td><td> 0.1 </td><td> 0.1(r2) </td><td> 0.01 (e2) </td></tr><tr><td> E5 </td><td> 0.01 / 0.9 </td><td> 0.5 </td><td> a1 </td><td> b2 </td><td> 0.5 </td><td> c2 </td><td> 0.2 </td><td> d1 </td><td> 0.1 </td><td> 0.4(r1) </td><td> 0.005 (e2) </td></tr><tr><td> E6 </td><td> 0.01 / 0.9 </td><td> 1.5 </td><td> a2 </td><td> b2+b3 </td><td> 1.2 </td><td> c1 </td><td> 0.3 </td><td> d2 </td><td> 0.5 </td><td> 0.8(r2) </td><td> 0.008 (e1+e2) </td></tr><tr><td> E7 </td><td> 0.03 / 0.7 </td><td> 0.5 </td><td> a1 </td><td> b1+b3 </td><td> 0.2 </td><td> c2 </td><td> 0.2 </td><td> d2 </td><td> 0.2 </td><td> 0.5(r1) </td><td> 0.01 (e1+e2) </td></tr><tr><td> E8 </td><td> 0.03 / 0.5 </td><td> 1.0 </td><td> a1 </td><td> b1+b3 </td><td> 1.2 </td><td> c2 </td><td> 0.2 </td><td> d2 </td><td> 0.2 </td><td> 0.7(r1) </td><td> 0.012 (e1+e2) </td></tr><tr><td> E9 </td><td> 0.09 / 0.2 </td><td> 0.5 </td><td> a1 </td><td> b4 </td><td> 0.2 </td><td> c1 </td><td> 0.2 </td><td> d2 </td><td> 0.1 </td><td> 0.8(r1) </td><td> 0.012 (e1+e2) </td></tr><tr><td> E10 </td><td> 0.09 / 0.2 </td><td> 1.5 </td><td> a1 </td><td> b1+b4 </td><td> 0.5 </td><td> c2 </td><td> 0.3 </td><td> d2 </td><td> 0.1 </td><td> 0.4(r1) </td><td> 0.014 (e1+e2) </td></tr><tr><td> E11 </td><td> 0.09 / 0.5 </td><td> 0.5 </td><td> a1 </td><td> b1+b3 </td><td> 0.2 </td><td> c2 </td><td> 0.2 </td><td> d2 </td><td> 0.2 </td><td> 0.5(r1) </td><td> 0.01 (e1+e2) </td></tr><tr><td> E12 </td><td> 0.09 / 0.5 </td><td> 1.5 </td><td> a1 </td><td> b1+b3 </td><td> 1.2 </td><td> c2 </td><td> 0.2 </td><td> d2 </td><td> 0.2 </td><td> 0.7(r1) </td><td> 0.012 (e1+e2) </td></tr><tr><td> E13 </td><td> 0.09 / 0.9 </td><td> 0.5 </td><td> a1 </td><td> b4 </td><td> 0.2 </td><td> c1 </td><td> 0.2 </td><td> d2 </td><td> 0.1 </td><td> 0.8(r1) </td><td> 0.012 (e1+e2) </td></tr><tr><td> E14 </td><td> 0.09 / 0.9 </td><td> 1.5 </td><td> a1 </td><td> b1+b4 </td><td> 0.5 </td><td> c2 </td><td> 0.3 </td><td> d2 </td><td> 0.1 </td><td> 0.4(r1) </td><td> 0.014 (e1+e2) </td></tr><tr><td> C1 </td><td> 0.05 / 0.5 </td><td> 0.5 </td><td> a1 </td><td> b1 </td><td> - </td><td> c1 </td><td> 0.3 </td><td> d1 </td><td> 0.1 </td><td> - </td><td> 0.01 (e1) </td></tr><tr><td> C2 </td><td> 0.05 / 0.5 </td><td> 2.0 </td><td> a2 </td><td> b1 </td><td> 2 </td><td> c2 </td><td> - </td><td> d1 </td><td> 0.14 </td><td> 0.5(r2) </td><td> - </td></tr><tr><td> C3 </td><td> 0.02 / 1.5 </td><td> 2.0 </td><td> a1 </td><td> b2 </td><td> 0.5 </td><td> c2 </td><td> 0.2 </td><td> d1 </td><td> - </td><td> 0.2(r1) </td><td> 0.03 (e1) </td></tr><tr><td> C4 </td><td> 0.03 / 1.5 </td><td> 0.5 </td><td> a2 </td><td> b2+b3 </td><td> 2 </td><td> c1 </td><td> 0.3 </td><td> d2 </td><td> 1 </td><td> 0.95(r1) </td><td> 0.03 (e2) </td></tr><tr><td> C5 </td><td> 0.04 /1.0 </td><td> 1.0 </td><td> 商用A無鉻塗料 </td></tr><tr><td> C6 </td><td> 0.05 / 0.5 </td><td> 0.5 </td><td> 商用B無鉻塗料 </td></tr><tr><td> 註：a1為碳酸鋯銨；a2為硝酸氧鋯；b1為Snowtex C(商品名，日產化學製)；b2為Snowtex N(商品名，日產化學製)；b3為甲基三甲氧矽烷；b4為表面改質含甲基之微粒二氧化矽；c1為氟鋯酸；c2為氟鈦酸；d1為磷酸二氫銨；d2為1-羥基甲烷-1,1-二膦酸；r1為聚氨酯樹脂；r2為壓克力樹脂；e1為聚乙烯蠟；e2為聚四氟乙烯蠟。 </td></tr><tr height="0"><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></TBODY></TABLE>
[
測試
]
將上述發明例1~14與比較例1~6所製得之鋼板（金屬材料）分別進行以下測試，所得結果分別如表2所示。 表2.發明例與比較例之測試結果
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 表面外觀 </td><td> 耐蝕性 </td><td> 耐鹼洗性 </td><td> 潤滑性 </td><td> 耐磨耗性 </td></tr><tr><td> E1 </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ○~△ </td></tr><tr><td> E2 </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ○~△ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> E3 </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> ○~△ </td></tr><tr><td> E4 </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> E5 </td><td> ○~△ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> ○~△ </td></tr><tr><td> E6 </td><td> ○~△ </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> E7 </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> E8 </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td></tr><tr><td> E9 </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> E10 </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> ◎ </td></tr><tr><td> E11 </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> E12 </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> ◎ </td></tr><tr><td> E13 </td><td> ○~△ </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ○ </td><td> ○~△ </td></tr><tr><td> E14 </td><td> △ </td><td> ○~△ </td><td> ○ </td><td> ○~△ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> C1 </td><td> △ </td><td> Í </td><td> Í </td><td> ○ </td><td> Í </td></tr><tr><td> C2 </td><td> ○ </td><td> Í </td><td> Í </td><td> Í </td><td> Í </td></tr><tr><td> C3 </td><td> Í </td><td> △ </td><td> Í </td><td> △ </td><td> △ </td></tr><tr><td> C4 </td><td> Í </td><td> △ </td><td> Í </td><td> ○ </td><td> ○ </td></tr><tr><td> C5 </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> Í </td></tr><tr><td> C6 </td><td> ○ </td><td> ◎ </td><td> ◎ </td><td> ○ </td><td> Í </td></tr></TBODY></TABLE>
1. 表面外觀：
對各樣品的表面外觀進行目視檢視及評價。若外觀良好、無點狀，標註為「○」；若外觀看到少量點狀分佈，標註為「△」；若外觀看到多量點狀或線狀分佈，標註為「Í」。
2. 耐蝕性：
採用JIS Z-2371標準方法之鹽水噴霧試驗，在試驗72小時後，以目視評估鋼板表面之白鏽發生面積，當白鏽發生面積越小時，表示耐蝕性越佳。若白鏽發生面積≧50%則判定耐蝕性不佳，標註為「Í」；若30%≦白鏽發生面積≦50%，則判定耐蝕性差，標註為「△」；若10%≦白鏽發生面積≦30%，則判定耐蝕性尚可，標註為「○」；若白鏽發生面積＜10%，則判定耐蝕性佳，標註為「◎」。
3. 耐鹼洗性：
將上述所製得之經表面處理之鋼板浸於日本巴卡萊公司製造的鹼洗脫脂劑Parclean 364S(20 g/L)，且調整65℃的脫脂劑水溶液2分鐘後水洗並冷風乾燥。後續採用JIS Z-2371標準方法之鹽水噴霧試驗，在試驗72小時後，以目視評估鋼板表面之白鏽發生面積，當白鏽發生面積越小時，表示鹼洗後耐鹼洗性越佳。若白鏽發生面積≧50%則判定耐鹼洗性不佳，標註為「Í」；若30%≦白鏽發生面積≦50%，則判定耐鹼洗性差，標註為「△」；若10%≦白鏽發生面積≦30%，則判定耐鹼洗性尚可，標註為「○」；若白鏽發生面積＜10%，則判定耐鹼洗性佳，標註為「◎」。
4. 潤滑性：
在發明例1~14與比較例1~6所分別製得未經塗油處理之鋼板表面上，以直徑5 mm不鏽鋼球作為探頭，並以荷重200克、移動速率300 mm/min，來回測試第4次及第20次之動摩擦係數(μ
k)。
◎：來回測試第4次及第20次之動摩擦係數(μ
k)≦0.10。
○：來回測試第4次及第20次之動摩擦係數(μ
k)；0.10＜μ
k≦0.15。
△：來回測試第4次及第20次之動摩擦係數(μ
k)；0.15＜μ
k≦0.25。
Í：來回測試第4次及第20次之動摩擦係數(μ
k)＞0.25。
5. 耐磨耗性：
在發明例1~14與比較例1~6所分別製得未經塗油處理之鋼板表面上，以直徑5 mm不鏽鋼球作為探頭，並以荷重200克、移動速率300 mm/min，來回測試第100次之動摩擦係數(μ
k)。
◎：來回測試第100次之動摩擦係數(μ
k)≦0.10。
○：來回測試第100次之動摩擦係數(μ
k)；0.10＜μ
k≦0.15。
△：來回測試第100次之動摩擦係數(μ
k)；0.15＜μ
k≦0.25。
Í：來回測試第100次之動摩擦係數(μ
k)＞0.25。
由表2之結果可知，發明例1~14所製得之鋼板皆同時具有良好外觀及具備良好的耐蝕性、耐鹼洗性、潤滑性及耐磨耗性；反觀比較例1~6所製得之鋼板，其具有任意一項以上較差之耐蝕性、耐鹼洗性、潤滑性及耐磨耗性。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧高強度潤滑鍍鋅鋼板
11‧‧‧鋼底材
11S‧‧‧表面
12‧‧‧鋅鍍層
12S‧‧‧粗糙表面
13‧‧‧無鉻塗覆層
S21~S23‧‧‧步驟
圖1顯示本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之結構示意圖。
圖2顯示本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法之流程圖。
圖3A顯示本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法中之一鋼底材之示意圖。
圖3B顯示依據本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法形成一鋅鍍層於鋼底材之表面之示意圖。
圖3C顯示依據本發明高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法形成一無鉻塗覆層於鋅鍍層上之示意圖。
Claims (30)
- 一種高強度潤滑鍍鋅鋼板，包括：一鋼底材，具有一表面；一鋅鍍層，設置於該鋼底材之表面；及一無鉻塗覆層，設置於該鋅鍍層上，該無鉻塗覆層係由一潤滑型水性金屬表面處理劑塗覆於該鋅鍍層上並經加熱乾燥後所形成，該潤滑型水性金屬表面處理劑包括水性無鉻組成物、水溶性或水分散性有機樹脂以及蠟添加物。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該鋼底材之碳含量小於0.1%。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該鋼底材之鈮含量為0.01%至0.1%。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該鋼底材之錳含量為0.1%至1.0%。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該鋼底材之抗拉強度大於或等於400MPa。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該鋼底材之降伏強度大於或 等於295MPa。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該鋼底材之伸長率大於或等於18%。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該鋅鍍層具有一粗糙表面，該無鉻塗覆層係覆蓋該粗糙表面。
- 如請求項8之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該粗糙表面之平均粗糙度為0.5微米至1.5微米。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該無鉻塗覆層之厚度為0.05微米至2.0微米。
- 如請求項1之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該水性無鉻組成物包括：水溶性鋯化合物；矽化合物，該矽化合物之含有量相對於該水溶性鋯化合物的質量比係介於0.2至1.2之間；含氟化合物，具有至少一個以上氟離子基團，該含氟化合物之含有量相對於該水溶性鋯化合物的質量比係介於0.08至0.5之間；及磷酸化合物，該磷酸化合物之含有量相對於該水溶性鋯化合物的質量比係介於0.1至0.5之間。
- 如請求項11之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該水溶性或水分散性有機樹脂之固成份相對於整體固成份之比係介於0.01至0.9之間。
- 如請求項11之高強度潤滑鍍鋅鋼板，其中該蠟添加物之固成份相對於整體固成份之比係介於0.005至0.03之間。
- 一種高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，包括以下步驟：(a)提供一鋼底材，該鋼底材具有一表面；(b)形成一鋅鍍層於該鋼底材之表面；及(c)形成一無鉻塗覆層於該鋅鍍層上，以製得高強度潤滑鍍鋅鋼板，步驟(c)包括：(c1)將一潤滑型水性金屬表面處理劑塗覆於該鋅鍍層上，該潤滑型水性金屬表面處理劑包括水性無鉻組成物、水溶性或水分散性有機樹脂以及蠟添加物；及(c2)對該潤滑型水性金屬表面處理劑進行一加熱乾燥步驟，以形成該無鉻塗覆層於該鋅鍍層上。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(a)之該鋼底材之碳含量小於0.1%。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(a)之該鋼底材之鈮含量為0.01%至0.1%。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(a)之該鋼底材之錳含量為0.1%至1.0%。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(a)之該鋼底材之抗拉強度大於或等於400MPa。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(a)之該鋼底材之降伏強度大於或等於295MPa。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(a)之該鋼底材之伸長率大於或等於18%。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(b)包括將該鋼底材浸入一鋅浴中進行熱浸鍍鋅，以形成該鋅鍍層於該鋼底材之表面。
- 如請求項21之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中該鋅浴的溫度為450℃至480℃。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(b)在形成該鋅鍍層後另包括進行一調質軋延處理，以使該鋅鍍層形成一粗糙表面。
- 如請求項23之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中該粗糙表面之 平均粗糙度為0.5微米至1.5微米。
- 如請求項23之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(c)之該無鉻塗覆層係覆蓋該粗糙表面。
- 如請求項23之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中該調質軋延處理之伸長率為0.5%至2.0%。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(c1)之該水性無鉻組成物包括：水溶性鋯化合物；矽化合物，該矽化合物之含有量相對於該水溶性鋯化合物的質量比係介於0.2至1.2之間；含氟化合物，具有至少一個以上氟離子基團，該含氟化合物之含有量相對於該水溶性鋯化合物的質量比係介於0.08至0.5之間；及磷酸化合物，該磷酸化合物之含有量相對於該水溶性鋯化合物的質量比係介於0.1至0.5之間。
- 如請求項27之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(c1)之該水溶性或水分散性有機樹脂之固成份相對於整體固成份之比係介於0.01至0.9之間。
- 如請求項27之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(c1)之該蠟 添加物之固成份相對於整體固成份之比係介於0.005至0.03之間。
- 如請求項14之高強度潤滑鍍鋅鋼板之製造方法，其中步驟(c2)之該加熱乾燥步驟的溫度為50℃至250℃。
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