用于包装应用的涂覆基材及用于制备所述涂覆基材的方法技术

本发明专利技术涉及用于包装应用的涂覆基材，其包括再结晶退火的一次冷轧钢基材或在第一和第二冷轧处理之间经受再结晶退火的二次冷轧钢基材，其中用铁-锡合金层涂覆该基材的一侧或两侧，该铁-锡合金层包含至少80重量％(wt.％)的FeSn(50原子％铁和50原子％锡)，并且其中该一个或多个铁-锡合金层提供有通过三价铬电镀法制备的铬金属-铬氧化物涂覆层，并且其中铬金属-铬氧化物涂覆层的厚度对应于至少20mg Cr/m2，并且还涉及用于制备所述涂覆基材的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于包装应用的涂覆基材及用于制备所述涂覆基材的方法。镀锡轧机(tin mill)产品包括镀锡薄钢板、电解镀铬钢(ECCS，也称为无锡钢或TFS)、和黑钢板、未涂覆钢。包装钢通常以镀锡薄钢板或以ECCS提供，在其上可施加有机涂层。在镀锡薄钢板的情况下该有机涂层通常为漆，而在ECCS的情况下(例如在的情况下)越来越多地使用聚合物涂层例如PET或PP。通常以厚度为0.13－0.49mm的一次或二次冷轧镀锡轧机产品提供包装钢。一次冷轧(SR)镀锡轧机产品是直接冷轧至最终规格然后进行再结晶退火。通过将冷轧材料连续退火或分批退火带来再结晶。在退火后，通常通过施加1－2％的厚度压下量通常将该材料平整轧制，以改进材料的性质。二次冷轧(DR)镀锡轧机产品是给予第一次冷轧以达到中间规格、再结晶退火然后给予另一次冷轧至最终规格。所得的DR产品比SR更有刚性、更坚硬并且更强，这允许消费者在它们的应用中利用更轻规格的钢。将这些未涂覆的、冷轧的、再结晶退火和任选平整轧制的SR和DR包装钢称为黑钢板。可以在通常包含多个(通常4或5个)轧制台的冷轧串联轧机中以冷轧压缩的形式给出第一次和第二次冷轧。镀锡薄钢板的特征在于其优异的耐腐蚀性和可焊接性。在一定范围的涂层重量内(通常为1.0－11.2g/m2)供应镀锡薄钢板，该涂层重量通常通过电解沉积来施加。目前，使用浸渍或电解辅助的施加方法用含有六价铬Cr(VI)的流体后处理大多数镀锡薄钢板。该后处理的目的是钝化锡表面以停止/减少锡氧化物的生长(因为太厚的氧化物层可最终导致关于有机涂层如漆的附着力的问题)。重要的是钝化处理应该不仅阻止/消除锡氧化物生长而且应该还能够保持/改进有机涂层附着力水平。镀锡薄钢板的钝化外表面是非常薄的(小于1微米厚)并且由锡和铬氧化物的混合物组成。ECCS由涂覆有金属铬层的黑钢板产品组成，该金属铬层覆盖有氧化铬膜，金属铬层和氧化铬膜均通过电解沉积进行施加。ECCS通常在超过锡的熔点(232℃)的温度下对有机涂层的附着力和涂层整体性的保持方面突出。这对于制备涂覆聚合物的ECCS是重要的，因为在热塑性涂层施加过程期间将钢基材加热至超过232℃的温度，所使用的实际最大温度值取决于所施加的热塑性涂层的类型。为了使热塑性材料与基材的初始热合/粘结(预热处理)成为可能，需要该加热周期并且其经常接着后热处理以改变聚合物的性质。据认为铬氧化物层导致热塑性涂层例如聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙酯(PET)与ECCS的优异附着力性质。对于金属和铬氧化物涂层两者还可在一定范围的涂层重量内供应ECCS，通常分别为20－110和2－20mg/m2。对于钢带材的两侧ECCS可提供有相等的涂层规格，或每侧提供有不同的涂层重量，后者称为差厚镀层带材。ECCS的制备目前涉及使用基于六价铬(Cr(VI))的溶液。如今认为六价铬为有害物质，其对于环境是潜在有害的并且就工作人员安全而言构成危险。因此，存在开发替代性金属涂层的动机，该替代性金属涂层能够替代常规镀锡薄钢板和ECCS而不需要在制造期间依靠六价铬的使用，并且出于经济原因最小化或消除锡的使用。本专利技术的一个目的是提供ECCS和镀锡薄钢板的替代物，该替代物在制造期间不依赖于六价铬的使用，其仅需要少量的锡并且非常适合用于用漆和热塑性材料涂覆。本专利技术的一个目的是提供ECCS的替代物，该替代物在制造期间不依赖于六价铬的使用，其仅需要少量的锡并且提供对热塑性材料相似的涂层附着力水平。本专利技术的一个目的是提供ECCS的替代物，该替代物在制造期间不依赖于六价铬的使用，其仅需要少量的锡并且其提供良好的可焊性。本专利技术的一个目的是提供镀锡薄钢板的替代物，该替代物在制造期间不依赖于六价铬的使用，其仅需要适中量的锡并且结合良好的耐腐蚀性与改进的光学性质。本专利技术的一个目的是提供镀锡薄钢板的替代物，该替代物在制造期间不依赖于六价铬的使用，其仅需要适中量的锡并且其结合优异的耐腐蚀性与优化的光学性质。通过用于包装应用的涂覆基材达到这些目的中的一个或多个，该涂覆基材包括－再结晶退火的一次冷轧钢基材或－在第一和第二冷轧处理之间经受再结晶退火的二次冷轧钢基材，其中用铁-锡合金层涂覆该基材的一侧或两侧，该铁-锡合金层包含至少80重量％(wt.％)的FeSn(50原子％铁和50原子％锡)，并且其中该一个或多个铁-锡合金层提供有通过三价铬电镀法制备的铬金属-铬氧化物涂覆层，并且其中铬金属-铬氧化物涂覆层的厚度对应于至少20mg Cr/m2。FeSn合金层向下面的钢基材提供防腐。这部分是通过屏蔽基材来实现，因为FeSn合金层是非常致密的并且具有非常低的孔隙率。其还是完全覆盖基材的封闭层。此外，FeSn合金自身本性上是非常耐腐蚀的。潜在的缺点是FeSn合金相对于氢形成也是电催化活性的，这意味着涂覆FeSn的基材变得对点蚀敏感。该电催化活性可通过在裸露的FeSn表面上施加额外的(金属)涂层来进行抑制，这防止FeSn合金表面与腐蚀性介质接触。对应于至少20mg Cr/m2的铬金属-铬氧化物涂覆层的厚度等同于使用Cr的比重为7150kg/m3的至少2.8nm的涂覆层厚度(20mg/m2≡2·10-2g/m2≡2·10-5kg/m22·10-5kg/m2/7150kg/m3＝2.8·10-9m＝2.8nm)。因此对应于至少20mg Cr/m2的铬金属-铬氧化物涂覆层的厚度等同于至少2.8nm的铬金属-铬氧化物涂覆层的厚度。发现由基于三价铬的电镀法制备的Cr-CrOx涂层在FeSn合金涂层上提供优异的屏蔽层。不仅是下面的FeSn合金层的电催化活性得到有效地抑制，而且Cr-CrOx涂覆层还提供对有机涂层优异的附着力。在该方面，与通过六价铬电沉积法制备的常规ECCS相比，由三价铬电沉积法制备的铬金属-铬氧化物(Cr-CrOx)涂层具有非常相似的附着力性质。然而，正是通过FeSn合金涂覆层提供的防腐与通过Cr-CrOx涂覆层提供的屏蔽和附着力性质的结合产生了具有优异的总体产品性能特性的涂覆产品。对于相同的应用，根据本专利技术的材料可用于直接替代ECCS，因为它们具有相似的产品特征(对有机物优异的附着力、在超过锡的熔点的温度下涂层整体性的保持)。此外，发现根据本专利技术的材料是可焊接的，而ECCS是不可焊接的。其可与热塑性涂层结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于包装应用的涂覆基材，其包括－再结晶退火的一次冷轧钢基材或－在第一和第二冷轧处理之间经受再结晶退火的二次冷轧钢基材，其中用铁‑锡合金层涂覆该基材的一侧或两侧，该铁‑锡合金层包含至少80重量％(wt.％)的FeSn(50原子％铁和50原子％锡)，并且其中该一个或多个铁‑锡合金层提供有通过三价铬电镀法制备的铬金属‑铬氧化物涂覆层，并且其中铬金属‑铬氧化物涂覆层的厚度对应于至少20mg Cr/m2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 EP 12162415.91.用于包装应用的涂覆基材，其包括
－再结晶退火的一次冷轧钢基材或
－在第一和第二冷轧处理之间经受再结晶退火的二次冷轧钢
基材，
其中用铁-锡合金层涂覆该基材的一侧或两侧，该铁-锡合金层包
含至少80重量％(wt.％)的FeSn(50原子％铁和50原子％锡)，并
且其中该一个或多个铁-锡合金层提供有通过三价铬电镀法制备的铬
金属-铬氧化物涂覆层，并且其中铬金属-铬氧化物涂覆层的厚度对应
于至少20mg Cr/m2。
2.根据权利要求1的用于包装应用的涂覆基材，其中铁-锡合金
层包含至少85wt.％的FeSn，优选至少90wt.％，更优选至少95wt.％。
3.根据权利要求1－2中任一项的用于包装应用的涂覆基材，其
中在施加铬金属-铬氧化物涂覆层之前该铁-锡扩散层提供有锡层，任
选其中随后在施加铬金属-铬氧化物涂覆层之前软熔该锡层。
4.根据前述权利要求中任一项的用于包装应用的涂覆基材，其中：
a.在退火以形成铁-锡合金层之前初始锡涂层重量为至多1000
mg/m2，优选至少100和/或至多600mg/m2的基材，和/或
b.其中铬金属-铬氧化物层包含优选20－140mg/m2、更优选
40－90mg/m2并且最优选60－80mg/m2的总铬含量。
5.根据前述权利要求中任一项的用于包装应用的涂覆基材，其中
该涂覆基材还提供有有机涂层，该有机涂层由热固性有机涂层、或热
塑性单层涂层或热塑性多层聚合物涂层组成，优选其中热塑性聚合物
涂层为包含一个或多个层的聚合物涂层体系，其包括热塑性树脂例如

\t聚酯或聚烯烃、丙烯酸树脂、聚酰胺、聚氯乙烯、氟碳树脂、聚碳酸
酯、苯乙烯型树脂、ABS树脂、氯化聚醚、离聚物、氨基甲酸乙酯树
脂和功能化聚合物；和/或其共聚物；和或其混合物。
6.根据前述权利要求中任一项的涂覆基材，其中在扩散退火之
后的任何时刻使该基材经受拉伸操作以改进钢基材的整体机械性质和
/或改进带材形状和/或改进表面结构，优选其中拉伸操作通过以下步
骤实现：
a.使该材料通过平整轧机并施加0－3％、优选至少0.2％的
厚度压下量；或通过
b.使该材料通过拉伸矫直机。
7.制备用于包装应用的涂覆钢基材的方法，该方法包括以下步
骤：
●提供
－再结晶退火的一次冷轧钢基材或
－在第一和第二冷轧处理之间经受再结晶退火的二次冷轧
钢基材；
●在第一电镀步骤中在钢基材的一侧或两侧上提供第一锡层，
优选其中锡涂层重量为至多1000mg/m2，优选至少100和/
或至多600mg/m2的基材表面；
●在还原性气体气氛中将提供有所述锡层的黑钢板基材扩散
退火到至少513℃的退火温度Ta持续足以将第一锡层转化
为一个或多个铁-锡合金层的时间ta，从而获得一个或多个
铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·O·J·维詹伯格，I·博泰吉斯茨瓦特，
申请(专利权)人：塔塔钢铁艾默伊登有限责任公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL