二次冷轧原板电镀锡前处理中不同清洗剂的清洗效果

周庚瑞，唐杰，李建中

（1.上海宝山钢铁股份有限公司，上海 201900；2.华东理工大学，上海 200237；3.东北大学，辽宁 沈阳 200431）

二次冷轧原板电镀锡前处理中不同清洗剂的清洗效果

周庚瑞1,*，唐杰2，李建中3

（1.上海宝山钢铁股份有限公司，上海 201900；2.华东理工大学，上海 200237；3.东北大学，辽宁 沈阳 200431）

研究了清洗剂的组成及用量、温度和清洗时间对二次冷轧镀锡原板表面油污清洗效果的影响。结果表明，采用9号清洗剂(含氢氧化钾30%、葡萄糖酸钾4%、聚氧丙烯–聚氧乙烯嵌段共聚物13%、硫酸羟胺5%，余量为水)，其用量为3%、温度为65 °C、浸洗时间为3 s时，二次冷轧镀锡原板的油污清洗效率达99%以上。

二次冷轧镀锡板；原板；前处理；清洗剂

1 前言

镀锡板是在冷轧低碳薄钢板双面上镀覆纯锡，是一种生产工艺比较复杂、技术水平要求很高、制造难度很大而质量要求很高的产品[1]。它集钢的强度和成型性及锡的耐蚀性、焊接性和外观于一体，广泛应用于食品工业及各种制作容器、冲压制品、包装材料的非食品工业。目前，世界镀锡板年产量已超过2 250万t，我国年生产能力也超过200万t。

然而，镀锡板正面临着其他可替代材料(如铝材、塑料等)越来越激烈的竞争[2]。目前，镀锡板正向减薄的趋势发展。在镀锡原板减薄的同时，提高钢板强度的最好方法就是二次冷轧，其板厚减少至普通镀锡板的1/2 ～ 2/3(代替普通镀锡板的平整工序)，即一次轧制板厚为0.18 ～ 0.6 mm，二次轧制板厚为0.14 ～ 0.36 mm，甚至达到0.10 ～ 0.17 mm。但是，二次冷轧原板表面残油量多，引起镀锡工艺中碱洗工作槽中泡沫增多，严重影响了去油效果，从而导致镀锡走板速度减慢，生产效率低。另外，碱液中出现易吸附于带钢表面的碎沫状松散型胶体颗粒，严重影响镀锡板产品质量。因此，针对二次冷轧原板(简称 DR材原板)表面清洗的研究，对提高生产效率和产品质量，有着重要的实际意义。

本文研究了9种不同的清洗剂对镀锡原板的清洗效果，分析了镀锡原板处理前后的表面形貌，优化了工艺条件，以期提高镀锡板的成品质量和生产效率。

2 实验

2. 1 药品、试片及仪器

二次冷轧原板的尺寸为100 mm × 100 mm。9种清洗剂的组成列于表1。

表1 9种清洗剂的组成Table 1 Composition of nine types of detergents

实验仪器有上海方瑞 JA5003型电子天平和南京固琦GQ-300型金相显微镜。

2. 2 实验方法

以单因素实验为基础，确定各参数的实验范围后，通过正交试验优化工艺参数，以清洗效果为衡量指标。在实验过程中，每个实验都取3个平行试样。

清洗效果 = (处理前表面含油量 − 处理后表面含油量)÷ 处理前表面含油量。

含油量的测试方法：试验用钢板由取样人员从冷轧钢卷上剪下(要求表面不得有其他油液、油污、水滴和手印，四边平整)，将专用取样环扣在测量面上；然后在取样环中倒入一定量(30 ～ 40 mL)的四氯化碳，使钢板上的油溶解；接着用医用玻璃针筒吸取四氯化碳及被溶解的油，转移到100 mL容量瓶中。重复以上步骤2次，最终溶液不超过80 mL。将容量瓶中的溶液用红外光谱进行分子振动的吸光度分析，取红外光谱2 700 ～ 3 100 cm−1范围内的所有振动峰的全面积作为分析结果。根据峰面积求得油液质量，再除以试样钢板面积，即得钢板单位面积内的含油量。

3 结果与讨论

3. 1 工艺条件的单因素实验

恒定清洗液温度65 °C、清洗时间3 s，改变清洗剂的种类及其浓度，镀锡原板的油污清洗效果如图 1所示。

图1 清洗剂的浓度对油污清洗效果的影响Figure 1 Effect of the concentration of detergent on degreasing efficiency

由图 1可知，随着清洗剂浓度的增大，镀锡原板的油污清洗效果明显提高，当质量分数超过3%时，清洗效果都提高得较为缓慢。此外，不同清洗剂的清洗效果也有所差异，清洗剂9的清洗效果最佳。这是由于碱性除油主要是通过皂化反应来实现，即有足够的碱和具有使油污表面更新的条件，就可以将可皂化油完全清洗干净。清洗剂浓度低时，碱的浓度不足，影响了皂化反应；而清洗剂浓度高时，肥皂的溶解度下降，且油污表面更新速度有限。所以，清洗剂浓度过高，不利于皂化反应。而不同清洗剂的清洗效果主要取决于添加剂(表面活性剂和乳化剂)，从而改变油污表面的更新速度。

图2为清洗时间3 s、清洗剂浓度3%时，清洗液温度对油污清洗效果的影响。

图2 清洗液温度对油污清洗效果的影响Figure 2 Effect of the temperature of cleaning solution on degreasing efficiency

由图 2可知，温度越高，油污清洗效果越好。这是由于温度越高，钢板表面黏附的油脂与清洗剂的物理化学反应速度越快[3]，同时，油污的黏度随着温度的提高而降低，故除油越容易。但从成本考虑，温度不宜过高。清洗剂含有一定的表面活性剂和乳化剂，会影响油污的黏度，因此可以有效降低清洗液的温度。

图3为清洗剂浓度3%、清洗液温度65 °C时，清洗时间对油污清洗效果的影响。

图3 清洗时间对油污清洗效果的影响Figure 3 Effect of rinsing time on degreasing efficiency

由图 3可知，随着清洗时间延长，油污清洗效果越来越好。这是由于时间的延长可以使皂化反应和油污表面更新更加充分，但时间过长会影响镀锡板的生产效率。

3. 2 工艺条件的优化

根据单因素实验，选择清洗剂 9进行正交试验，考察清洗剂的质量分数、温度及清洗时间3个因素对清洗效果的影响。按三水平四因素的正交表L9(34)进行试验：因素A为清洗剂的质量分数，取2%、3%和4%；因素B为温度，取55、65和75 °C；因素C为清洗时间，取1、2和3 s；因素D为空。以清洗效果为衡量指标，得优化的工艺条件如下：清洗剂 9的质量分数为3%，温度65 °C，清洗时间2 s。对上述工艺条件进行了验证，清洗效果达到99%以上。

3. 3 镀锡原板清洗前后的表面形貌

图4a为镀锡原板清洗前的表面形貌，镀锡原板表面发亮，且局部存在黏附物。

图4 镀锡原板清洗前后的表面形貌Figure 4 Surface morphologies of black plate before and after cleaning for tin electroplating

采用清洗剂 9在上述最优工艺条件下对镀锡原板进行处理后，所获得的表面状态如图4b所示。由图4b可知，镀锡原板表面黏附物少，且没有光亮的油污。这也说明了清洗剂 9对二次冷轧原板的表面清洗效果良好。

4 结论

确定了对二次冷轧镀锡原板有优良清洗效果的清洗剂(由含氢氧化钾30%、葡萄糖酸钾4%、聚氧丙烯–聚氧乙烯嵌段共聚物13%、硫酸羟胺5%及水组成)，其最优工艺条件为：质量分数3%，温度65 °C，浸洗时间3 s。此条件下清洗后，二次冷轧镀锡原板表面状态良好，清洗效果达99%以上。

[1] 安茂忠. 电镀理论与技术[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2004.

[2] 刘相华, 王国栋, 杜林秀, 等. 普碳钢产品升级换代的现状与发展前景[C] // 中国金属学会第7届轧钢年会论文集. 北京: 冶金工业出版社, 2002: 415-420.

[3] 陈洁. 油脂化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.

Cleaning effectiveness of different detergents in pretreatment of double cold-rolled black plates for tin electroplating //

ZHOU Geng-rui*, TANG Jie, LI Jian-zhong

The effects of the composition and concentration of detergent, temperature and rinsing time on cleanout efficiency for double cold-rolled black tinplates were studied. The results showed that the degreasing efficiency is above 99% by rinsing with 3% detergent No.9 (composed of potassium hydroxide 30%, potassium gluconate 4%, polyoxypropylene–polyoxyethylene block copolymer 13%, hydroxylamine sulfate 5%, and the balance water) at 65 °C for 3 s.

double cold-rolled tinplate; black plate; pretreatment; detergent

Steel Sheet Cold Rolling Plant, Baosteel Branch, Shanghai 200431, China

TG178; TQ153.13

A

1004 – 227X (2011) 02 – 0009 – 03

2010–09–07

2010–10–14

周庚瑞（1977–），男，江西萍乡人，硕士，工程师，从事金属包装材电镀工艺研究。

作者联系方式：(E-mail) zgr393@163.com。

[ 编辑：温靖邦 ]