噴塗塗層的封孔劑與封孔處理方法
2023-05-27 11:20:01
專利名稱：噴塗塗層的封孔劑與封孔處理方法
技術領域：
本發明關於封孔劑，且特別是關於噴塗塗層用封孔劑與封孔處理方法。
背景技術：
在熱浸鍍鋅產線中，鋅槽輥主要的功能是用以將鋼片導入與導出熔融鋅液中。由於鋅槽輥是直接浸泡在460°C的熔融鋅液的嚴苛環境中，因此鋅槽輥需符合可抵抗熔融鋅液的侵蝕、以及可耐得住鋼片長期的磨耗而不影響其形狀等兩項要求。為了符合上述兩項要求，目前的做法通常是在鋅槽輥的表面上先噴塗一層耐磨耗的碳化鎢-鈷(WC-Co)塗層。然而，WC-Co噴塗塗層會有1% 2 的孔隙率。為了防止鋅液直接由WC-Co噴塗塗層的表面的孔隙滲入WC-Co噴塗塗層底部，而侵蝕下方的鐵材，進而使WC-Co噴塗塗層剝落，因此必須利用封孔劑來封閉WC-Co噴塗塗層的孔隙。 目前的技術是使用含固體顆粒，例如硼化物、矽化物、鈦化物或氮化物，的無機漿狀混合物為封孔劑。並將此漿狀封孔劑塗布在WC-Co噴塗塗層的表面上。接著，進行高溫燒結處理，而使WC-Co噴塗塗層在鋅槽輥的表面上形成一層約5 μ m至20 μ m的緻密薄膜。藉此薄膜可封閉WC-Co噴塗塗層的孔隙，因而可阻止鋅液侵蝕WC-Co噴塗塗層，進而可延長鋅槽輥的使用壽命。然而，這些固體顆粒的尺寸較大，不易滲入噴塗塗層的微孔隙中，因此封孔效果不佳。此外，由於以鋅槽輥來導入與導出鋼片時，鋅槽輥的表面會與鋼片接觸摩擦，因而此時鋅槽輥的最表層的封孔層會直接與鋼片接觸摩擦。如此一來，不僅會磨損封孔層，甚至會使部分的封孔層剝落，而導致封孔層的耐鋅液侵蝕的能力降低。此外，剝落的封孔層碎片往往會殘留在鍍鋅鋼片的表面，而形成軋延的缺陷。因此，亟需可完全滲入噴塗塗層內的封孔劑，藉以完全封閉噴塗所產生的孔隙，避免封孔劑被鋼帶摩擦，而可解決封孔劑被磨損與剝落的缺點。
發明內容
因此，本發明的一個方面就是提供噴塗塗層的封孔劑，其可滲入並填滿噴塗塗層的孔隙，且經高溫烘烤處理後，可形成緻密的陶瓷保護層。因而可完全封閉噴塗塗層的孔隙，不會有被鋼片磨損的缺點，而且可有效保護噴塗工件，大幅增加噴塗工件的使用壽命。本發明的另一方面是提供一種噴塗塗層的封孔處理方法，其是利用滲入型的無鉻封孔劑來直接封閉噴塗塗層的孔隙，因此不僅封孔效果極佳，可解決現有技術的封孔劑易被鋼帶磨損與剝落的問題，更因不含鉻化物，而無毒性，進而可提高在線工作人員的安全性，亦滿足環保趨勢。根據本發明的上述目的，提出噴塗塗層的封孔劑。此封孔劑包含填充劑、膠黏劑、交聯劑以及表面活性劑。前述的填充劑是氧化物膠體溶液。膠黏劑是磷酸鹽化合物。交聯劑則是金屬氧化物。依據本發明的一個實施方案，上述氧化物膠體溶液可選自於由氧化矽膠體、氧化鋁膠體、氧化鈦膠體、氧化鋯膠體、及前述膠體所組成的組。在一個例子中，氧化物膠體溶液的固含量的範圍可為10%至50%。依據本發明的另一實施方案，上述的磷酸鹽化合物可選自於由磷酸氫鋁、磷酸二氫鋁、正磷酸鋁、磷酸氫鎂、磷酸二氫鎂、正磷酸鎂、磷酸鋯、前述化合物的水合物、及前述化合物的組合所組成的組。依據本發明的又一實施方案，上述的金屬氧化物可選自於由氧化鎂、氧化亞鐵、氧化錳、氧化銅、氧化鋅及前述金屬氧化物的組合所組成的組。依據本發明的再一實施方案，上述的表面活性劑可選自於由陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑及前述表面活性劑的組合所組成的組。在一些例子中，前述的陰離子表面活性劑可包含脂肪酸鹽、高級醇硫酸酯鹽、高級烷基醚的硫酸酯鹽、磺酸化烯烴、烷基磺酸鹽、高級醇的磷酸酯鹽、高級醇醚磺酸鹽、高級脂肪酸酯磺酸鹽、高級醇醚硫酸鹽、高級脂肪酸酯硫酸鹽、或烷苯磺酸鹽。此外，前述的非離子表面活性劑可包含烷基苯酚聚氧乙基醇醚、高級脂肪酸聚氧乙基醇醚、高級醇聚氧乙基醇醚、聚丙烯聚氧乙基醇醚、或多元醇聚氧 乙基醇醚。依據本發明的再一實施方案，上述的填充劑的含量可佔封孔劑的總重量的I重量百分比至50重量百分比；膠黏劑的含量可佔封孔劑的總重量的I重量百分比至40重量百分比；交聯劑的含量可佔封孔劑的總重量的O. I重量百分比至20重量百分比；以及表面活性劑的含量可佔封孔劑的總重量的O. 001重量百分比至O. I重量百分比。依據本發明的再一實施方案，上述的封孔劑可呈溶液型態、乳液型態或懸浮液型態。根據本發明的上述目的，另提出噴塗塗層的封孔處理方法，包含下列步驟。提供基材，其中此基材的表面上設有噴塗塗層。塗布封孔劑於前述的噴塗塗層上。此封孔劑包含填充劑，其是氧化物膠體溶液；膠黏劑，其是磷酸鹽化合物；交聯劑，其是金屬氧化物；以及表面活性劑。對此封孔劑進行烘乾處理。依據本發明的一個實施方案，上述的填充劑的含量可佔封孔劑的總重量的I重量百分比至50重量百分比；膠黏劑的含量可佔封孔劑的總重量的I重量百分比至40重量百分比；交聯劑的含量可佔封孔劑的總重量的O. I重量百分比至20重量百分比；以及表面活性劑的含量可佔封孔劑的總重量的O. 001重量百分比至O. I重量百分比。依據本發明的另一實施方案，上述的封孔劑可呈溶液型態、乳液型態或懸浮液型態。依據本發明的又一實施方案，上述塗布封孔劑的步驟可包含利用噴霧法、刷塗法、輥塗法或含浸法。依據本發明的再一實施方案，上述的噴塗塗層可使用金屬粉末、瓷金粉末或陶瓷粉末噴塗而成。依據本發明的再一實施方案，上述的烘乾處理的溫度範圍可從200°C至500°C。由於，本發明的封孔劑可滲入並填滿噴塗塗層的孔隙，且經高溫烘烤處理後，可形成緻密的陶瓷保護層。因此，可完全封閉噴塗塗層的孔隙，不會有被鋼片磨損的缺點，而可有效保護噴塗工件，大幅增加噴塗工件的使用壽命。此外，本發明的封孔劑不含鉻化物，而無毒性，因此可提高在線工作人員的安全性，並可滿足環保趨勢。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵、優點與實施方案能更明顯易懂，附圖的說明如下
圖I示出了依照本發明的一種實施方案的噴塗塗層的封孔處理方法的流程圖。
具體實施例方式請參照第I圖，其繪示了依照本發明的一種實施方案的噴塗塗層的封孔處理方法的流程圖。在本實施方案中，如同步驟102所述，噴塗塗層的 封孔處理方法100開始於提供基材。其中，此基材的表面上覆設有噴塗塗層。在一個例子中，基材與其表面覆設的噴塗塗層可做為熱浸鍍鋅產線的鋅槽輥。在一個實施方案中，此噴塗塗層可使用例如金屬粉末、瓷金粉末或陶瓷粉末噴塗而成。由於噴塗塗層是以噴塗方式製成，因此噴塗塗層的表面並非平整，而是具有相當多的孔隙。接下來，如步驟104所述，提供封孔劑，並將封孔劑塗布於噴塗塗層上。在一個實施方案中，可利用例如噴霧法、刷塗法、輥塗法或含浸法，將封孔劑塗布在噴塗塗層上。本實施方案的封孔劑包含填充劑、膠黏劑、交聯劑與表面活性劑。在一個實施方案中，填充劑可為氧化物膠體溶液，且膠黏劑可為磷酸鹽化合物，而交聯劑可為金屬氧化物。在一些例子中，構成填充劑的氧化物膠體溶液可例如為氧化矽膠體、氧化鋁膠體、氧化鈦膠體、氧化鋯膠體或前述膠體溶液的組合。在一個實施方案中，此氧化物膠體溶液中的固含量的範圍可例如為10%至50%。構成膠黏劑的磷酸鹽化合物可例如為磷酸氫鋁、磷酸二氫鋁、正磷酸鋁、磷酸氫鎂、磷酸二氫鎂、正磷酸鎂、磷酸鋯、或這些磷酸鹽化合物的水合物、及這些磷酸鹽化合物的組合。而構成交聯劑的金屬氧化物可例如為氧化鎂、氧化亞鐵、氧化錳、氧化銅、氧化鋅或前述金屬氧化物的組合。此外，表面活性劑可例如為陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑或前述表面活性劑的組合。在一個例子中，前述的陰離子表面活性劑可例如包含脂肪酸鹽、高級醇硫酸酯鹽、高級烷基醚的硫酸酯鹽、磺酸化烯烴、烷基磺酸鹽、高級醇的磷酸酯鹽、高級醇醚磺酸鹽、高級脂肪酸酯磺酸鹽、高級醇醚硫酸鹽、高級脂肪酸酯硫酸鹽、或烷苯磺酸鹽。而前述的非離子表面活性劑可例如包含烷基苯酚聚氧乙基醇醚、高級脂肪酸聚氧乙基醇醚、高級醇聚氧乙基醇醚、聚丙烯聚氧乙基醇醚、或多元醇聚氧乙基醇醚。在一個示範實施方案中，填充劑的含量可佔封孔劑的總重量的I重量百分比(wt%)至50wt%,膠黏劑的含量可佔封孔劑的總重量的lwt%至40wt%,交聯劑的含量可佔封孔劑的總重量的O. ^^%至2(^丨％，而表面活性劑的含量可佔封孔劑的總重量的O. 00^^%至O. lwt%。在封孔劑中，填充劑的量、膠黏劑的量、交聯劑的量、表面活性劑的量和水的量佔封孔劑的總重量的100wt%。本發明的封孔劑呈溶液型態、乳液型態或懸浮液型態。因此，在一個實施方案中，主要是使含有納米顆粒的氧化物膠體溶液滲入噴塗塗層的微孔隙後，再利用膠黏劑將孔隙內的納米顆粒予以緊密黏結，最後利用交聯劑來與膠黏劑的磷酸根發生橫向和縱向的交聯橋接反應，而形成網狀高分子結構，以使封孔劑經高溫燒結後，可形成緻密的陶瓷層完全封閉噴塗塗層的孔隙，來抵抗例如鋅液的侵蝕。以下詳細說明本實施方案的封孔劑的各成分的功能。填充劑的功能是填入噴塗塗層的孔隙中。因此，為確保填充劑可以順利滲入噴塗塗層的微孔隙中，較佳是選用含有粒徑小於IOOnm的顆粒的氧化物膠體溶液。在一個例子中，氧化物膠體溶液中的固含量的範圍可例如為10%至50%。此外，當填充劑的含量高於50wt%時，封孔劑的黏度會太高，而導致封孔劑不易滲入噴塗塗層的孔隙中。另一方面，當填充劑的含量低於lwt%時，則填充劑無法完全填滿噴塗塗層的孔隙，如此將會降低封孔劑的強度。因此，填充劑的含量的範圍較佳可從lwt%至50wt%,更佳可從5wt%至40wt%。膠黏劑的功能是用以將噴塗塗層的孔隙中的納米顆粒予以緊密黏結，以使封孔劑經高溫燒結後可形成緻密的保護層。當膠黏劑的含量高於40被％時，封孔劑的黏度會太高，而導致封孔劑不易滲入噴塗塗層的孔隙中。另一方面，當膠黏劑的含量低於1#%時，則膠黏劑無法完全交聯所有的填充劑，而會降低封孔劑的緻密性。因此，膠黏劑的含量的範圍較佳可從lwt%至40wt%,更佳可從5wt%至40wt%。
交聯劑的功能是與膠黏劑的磷酸根發生橫向和縱向的交聯橋接反應，而使封孔劑的組成形成網狀高分子結構，進而可增加封孔劑的強度。同時，由於膠黏劑與交聯劑為真溶液，因此分子比氧化物膠體更小，而可完全滲入並填滿噴塗塗層的小微孔隙。如此一來，封孔劑經高溫處理後所形成的網狀高分子結構可完全將噴塗塗層的孔隙封閉住。當交聯劑的含量高於10wt%時，則使得封孔劑的固化早已經完全，因此過量的交聯劑對於固化反應並無貢獻，反而會降低膠接的強度。另一方面，當交聯劑的含量低於
O.1 〖％時，則因交聯橋接的反應不完全，而會降低封孔劑的強度。因此，交聯劑的含量的範圍較佳可從O. lwt%至20wt%,更佳可從O. 5wt%至10wt%。表面活性劑的功能為降低封孔劑的表面張力，而有利於封孔劑滲入噴塗塗層的孔隙中。當表面活性劑的含量高於O. 1被％時，已不再對降低表面張力值有貢獻。另一方面，當表面活性劑的含量低於O. 001wt%時，則表面張力值下降有限。因此，表面活性劑的含量的範圍較佳可從O. 001wt%至O. lwt%,更佳可從O. 005wt%至O. 05wt%。請再次參照第I圖，將封孔劑塗布於噴塗塗層上之後，可在例如一個大氣壓下，以溫度範圍例如從200°C至500°C的高溫下，對封孔劑進行烘乾處理，而完成噴塗塗層的封孔處理方法100。在一個實施方案中，經烘乾處理後，封孔劑可被燒結成完全封閉住噴塗塗層的孔隙的緻密陶瓷層。下列以數個實施例與比較例來進一步說明本發明。然而，值得注意的一點是，這些實施例僅是用以舉例說明本發明，而並非用以將本發明的範圍限制於此。在這些實施例與比較例中，是以100微米厚的WC_12%Co瓷金噴塗塗層包覆直徑為19公釐、長為145公釐的不鏽鋼圓棒，來做為耐鋅液侵蝕的試棒。比較例I為沒有塗設封孔劑的空白組試棒。比較例2為表面塗設有日本KISCO株式會社所提供的TYR-MR100封孔劑的試棒。比較例3 6與實施例I 7為將調配好的封孔劑噴塗在前述的不鏽鋼圓棒的表面上，經乾燥後，再置於一大氣壓下，以200°C 500°C的高溫燒成。耐鋅液侵蝕時間的測試方法為將比較例與實施例的試棒置於460°C熔融鋅鋁合金(鋁含量為O. 1% O. 5%)液槽中。並定期將這些試棒取出，且待試棒冷卻後，觀察試棒上的塗層是否有遭受破壞。若試棒表面的塗層完整，則可輕易地將試棒表面上的薄鋅層剝落，而此時，再將試棒放回鋅液槽繼續測試。另一方面，若無法剝除試棒表面的薄鋅層，則用10%的稀磷酸去除薄鋅層，即可觀察到塗層被鋅液腐蝕的大小坑洞，並記錄測試時間。表I
I填充劑ι膠黏劑 ι交聯劑 ι表面活性劑ι水 ι塗層耐蝕程度
比較例了一二二—— X_
比較例 2 —_________ο_
比較例孓氧化矽膠體40克~ Ti苯烷硫酸鈉O. 01克 j^99克Λ
比較例I氧化鋁膠體40克~ Ti苯烷硫酸鈉0.01克 j^99克Λ
比較例—Waig 50克氧花銅5克 Ti苯烷硫酸鈉O. 01克 II 99克Λ 比較例孓氧化矽膠體20克10克= Ti苯烷硫酸鈉O. Ol克克Λ
實施例T氧化矽膠體5克雨面銀20克氧花銅1克 Ti苯烷硫酸鈉O. Ol克 7199克
實施例孓氧化矽膠體10克雨面銀20克M花鋅3克 Ti苯烷硫酸鈉O. Ol克 ^99克
實施例孓氧化矽膠體20克雨面鎂3克 WL銅0.5克Ti苯烷硫酸鈉0.01克 7^49克
實施例I氧化矽膠體20克雨面銀10克氧花鎂1克 Ti苯烷硫酸鈉O. Ol克 ^99克
實施例孓氧化矽膠體30克薇^鎂10克氧花銅3克 Ti苯烷硫酸鈉O. Ol克 ~^99克
實施例f氧化矽膠體30克磷酸鋁15克氧化銅3克 1^萊烷硫酸鈉0.01克 51.99瓦
實施例7|氧化桂膠體30克I磷酸鎂20克I氧化銅5克丨12苯院硫酸鈉O. Ol克丨44.99克I
上表I列出各比較例與實施例的封孔劑配方與耐鋅液腐蝕測試的結果。其中，「X」表示塗層耐鋅液侵蝕的時間為5天以下；「Λ」表示塗層耐鋅液侵蝕的時間為6 15天；「〇」表示塗層耐鋅液侵蝕的時間為16 25天；而「◎」表示塗層耐鋅液侵蝕的時間為25天以上。因此，由上表I可知，表面塗布有本發明的實施例的封孔劑的試棒，塗層耐鋅液侵蝕的時間均超過25天以上。相較於非塗布本發明的實施例的封孔劑的比較例，塗布有實施例的封孔劑的試棒的塗層耐蝕能力明顯較佳。由上述本發明的實施方案可知，本發明的一個優點就是因為本發明的噴塗塗層的封孔劑可滲入並填滿噴塗塗層的孔隙，且經高溫烘烤處理後，可形成緻密的陶瓷保護層。因此，可完全封閉噴塗塗層的孔隙，不會有被鋼片磨損的缺點，而可有效保護噴塗工件，大幅增加噴塗工件的使用壽命。由上述本發明的實施方案可知，本發明的另一優點就是因為本發明的噴塗塗層的封孔處理方法是利用滲入型的無鉻封孔劑來直接封閉噴塗塗層的孔隙，因此不僅封孔效果極佳，可解決現有技術的封孔劑易被鋼帶磨損與剝落的問題，更因不含鉻化物，而無毒性，進而可提高在線工作人員的安全性，亦滿足環保趨勢。雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。主要組件符號說明
100 :封孔處理方法102 :步驟
104 :步驟106 :步驟
權利要求
1.用於噴塗塗層的封孔劑，包含 填充劑，其是氧化物膠體溶液； 膠黏劑，其是磷酸鹽化合物； 交聯劑，其是金屬氧化物；以及 表面活性劑。
2.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該氧化物膠體溶液是選自於由氧化矽膠體、氧化鋁膠體、氧化鈦膠體、氧化鋯膠體及其組合所組成的組。
3.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該氧化物膠體溶液的固含量的範圍為10%至50%O
4.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該磷酸鹽化合物是選自於由磷酸氫鋁、磷酸二氫鋁、正磷酸鋁、磷酸氫鎂、磷酸二氫鎂、正磷酸鎂、磷酸鋯、其水合物、及其組合所組成的組。
5.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該金屬氧化物是選自於由氧化鎂、氧化亞鐵、氧化錳、氧化銅、氧化鋅及其組合所組成的組。
6.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該表面活性劑是選自於由陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑及其組合所組成的組。
7.如權利要求6所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該陰離子表面活性劑包含脂肪酸鹽、高級醇硫酸酯鹽、高級烷基醚的硫酸酯鹽、磺酸化烯烴、烷基磺酸鹽、高級醇的磷酸酯鹽、高級醇醚磺酸鹽、高級脂肪酸酯磺酸鹽、高級醇醚硫酸鹽、高級脂肪酸酯硫酸鹽、或烷苯磺酸鹽。
8.如權利要求6所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該非離子表面活性劑包含烷基苯酚聚氧乙基醇醚、高級脂肪酸聚氧乙基醇醚、高級醇聚氧乙基醇醚、聚丙烯聚氧乙基醇醚、或多元醇聚氧乙基醇醚。
9.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該填充劑的含量佔該封孔劑的總重量的I重量百分比至50重量百分比。
10.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該膠黏劑的含量佔該封孔劑的總重量的I重量百分比至40重量百分比。
11.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該交聯劑的含量佔該封孔劑的總重量的O. I重量百分比至20重量百分比。
12.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該表面活性劑的含量佔該封孔劑的總重量的O. 001重量百分比至O. I重量百分比。
13.如權利要求I所述的用於噴塗塗層的封孔劑，其中該封孔劑是呈溶液型態、乳液型態或懸浮液型態。
14.噴塗塗層的封孔處理方法，包含 提供基材，其中該基材的表面上設有該噴塗塗層； 塗布封孔劑於該噴塗塗層上，其中該封孔劑包含 填充劑，其是氧化物膠體溶液； 膠黏劑，其是磷酸鹽化合物； 交聯劑，其是金屬氧化物；以及表面活性劑；以及 對該封孔劑進行烘乾處理。
15.如權利要求14所述的噴塗塗層的封孔處理方法，其中 該填充劑的含量佔該封孔劑的總重量的I重量百分比至50重量百分比； 該膠黏劑的含量佔該封孔劑的總重量的I重量百分比至40重量百分比； 該交聯劑的含量佔該封孔劑的總重量的O. I重量百分比至20重量百分比；以及 該表面活性劑的含量佔該封孔劑的總重量的O. 001重量百分比至O. I重量百分比。
16.如權利要求14所述的噴塗塗層的封孔處理方法，其中該封孔劑是呈溶液型態、乳液型態或懸浮液型態。
17.如權利要求14所述的噴塗塗層的封孔處理方法，其中塗布該封孔劑的步驟包含利用噴霧法、刷塗法、輥塗法或含浸法。
18.如權利要求14所述的噴塗塗層的封孔處理方法，其中該噴塗塗層是使用金屬粉末、瓷金粉末或陶瓷粉末噴塗而成。
19.如權利要求14所述的噴塗塗層的封孔處理方法，其中該烘乾處理的溫度範圍從200。。至 500。。。
全文摘要
噴塗塗層的封孔劑與封孔處理方法。此封孔劑包含填充劑、膠黏劑、交聯劑以及表面活性劑。前述的填充劑是氧化物膠體溶液。膠黏劑是磷酸鹽化合物。交聯劑則是金屬氧化物。
文檔編號C23C4/18GK102816990SQ201110153520
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者黃朝寬 申請人:中國鋼鐵股份有限公司