[发明专利]用于金属冷加工的化学转化涂料溶液和复合涂层生成方法

说明书

本发明涉及金属表面处理化学组合物和生成涂层的方法，该组合物用于金属冷加工之前生成润滑涂层，以处理某些特殊的基底材料包括碳钢、低合金钢、不锈钢、锌基钢板、铁、铝等。

除小压下量冷加工的情况之外，在金属冷加工之前生成润滑涂层的处理中，通常先生成化学转化涂层以其作为待加工材料表面的底涂层，然后，用润滑剂生成润滑涂层覆盖在化学转化涂层之上。即，润滑处理过程包括化学转化处理和润滑处理。

金属冷加工时，通常要在待加工材料和工具间施加很高的压力(表面压力)。结果，当两者趋近晶格距离(晶格常数)时，两者最终结合并紧紧地相互粘附在一起。因此，当这部分要被撕开时，往往发生所谓的″卡住″现象。为防止这种现象发生，必须避免待加工材料和工具之间直接接触。为此，通常主要采用化学转化处理生成上述底涂层的方法。

目前，这种以转化涂层和适当的润滑剂组合为基础的润滑方法已广泛应用于金属冷加工领域。采用这种润滑方法生成涂层的润滑性能的品质主要取决于底涂层的性能，其决定性程度胜过上层润滑涂层的性能。

另一方面，由于近代加工工艺显著地日益发展，从机械角度的观察而言，即使在很苛刻的加工条件下也可以进行加工。然而，目前润滑工艺的水平还达不到相当于这种机械工艺的同样水准，以至于底涂层性能的极限水平已成为对润滑水平的限制。因此，必须着重对作为润滑化学试剂载体的底涂层性能加以改进。

以先有技术中有关作为润滑剂载体的底涂层性能改进为例，众所周知，其化学转化涂料溶液是以无机酸或包括草酸等低分子量的有机酸为基础的。日本专利公开(Laid-open)No.62-174386中包括了改进润滑性的实施例，它采用的是一种化学转化涂料溶液中含有高分子有机化合物的处理溶液。其意图是在草酸基的转化涂料化学试剂中引入水溶性高分子有机化合物，而不是引入蛋白，来提高涂层的粘合强度，从而改进润滑性能。日本专利公开(Laid-open)No.62-174386中列入了一些水溶性高分子有机化合物，并以具有非离子的和高亲水结构的化合物作为实例。在本发明人所进行的试验中，虽然观察到润滑性稍有改进的效果，但是，未获得明显的性能改进。从润滑性的本质考虑，含有高亲水结构物质的涂层可以减少工具和基底金属间的接触，但是，这种涂层的润滑特性不足以降低工具表面和涂层间的摩擦系数。

为了达到冷加工领域中由于先有技术的性能极限而提出的要求，本发明的目的旨在提供用以生成复合涂层应用于冷加工的金属表面处理化学组合物和生成复合涂层的方法，从而实现明显延长工具寿命、提高加工效率和加工速度。

由于对上述要求进行广泛研究的结果，本发明人已发现，利用含有高分子有机化合物或其盐的化学转化涂料溶液生成复合涂层能够获得高品质的润滑性，从而确立了本发明。

即，本发明提供了能生成复合涂层供冷加工应用的金属表面处理化学组合物，它包括含有阳离子高分子有机聚合物(含有至少一种阳离子性氮原子并具有分子量为1,000-1,000,000)或这种阳离子高分子有机化合物的盐的化学转化涂料溶液。

此外，本发明还提供了用于金属冷加工的复合涂层的生成方法，它包括用含有阳离子高分子有机化合物(至少含有一种阳离子性氮原子并具有分子量为1,000-1,000,000)或这种阳离子高分子有机化合物的盐的化学转化涂料溶液处理金属表面从而生成复合涂层。

根据本发明的复合涂层指的是在所述涂层中，由阳离子高分子有机化合物或其盐组成的树脂已渗透进无机晶体间的晶粒间界，并伴随生成无机晶体和树脂的组合物。

兹将本发明详细说明如下。

根据本发明，该金属表面处理溶液包括在碱性化学转化涂料溶液中的阳离子高分子有机化合物或其盐的溶液或稳定分散体。这种碱性化学转化涂料溶液选自己知的磷酸盐转化涂料溶液、草酸盐转化涂料溶液或含氟化物转化涂料溶液，这要根据待处理金属的种类适当地选择。例如，当待处理金属是碳钢、低合金钢、锌基钢板或铝时，可从常用的一些磷酸盐转化涂料溶液中任选。磷酸盐转化涂料溶液的种类包括磷酸锌、磷酸锌钙和磷酸镁溶液。此外，在处理不锈钢的情况下，可使用草酸盐转化涂料溶液。而处理铁和铝时，则使用含氟化物转化涂料溶液。这种含氟化物转化涂料溶液包括无机酸(包含硫酸和磷酸)和氟化物。