CN101063203B - 带镀层金属板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带镀层金属板的制造方法。在清洁干燥的金属板表面上，采用冷气动力喷涂技术喷镀金属镀层，然后经平整、冷轧或热轧得到表面平整的镀层金属板，可以再经退火、合金化处理、软熔等后处理形成最终带有镀层金属板。本发明技术适合于多种基板材料和镀层，镀层与基体的结合力强，设备及工艺简单，操作适应性强，效率高。是一种短流程金属板镀膜技术。

Description

带镀层金属板的制造方法

技术领域

本发明涉及带镀层金属板的制造方法，特别涉及采用冷气动力喷涂和轧制处理的带镀层金属板的制造方法。

背景技术

防腐、导电、提高硬度、增强耐磨性、增加美观性等特殊要求常常要求在金属板表面再镀一层特殊的金属薄膜。适用于大规模板材镀膜的工艺目前主要有电镀法、化学镀法和热浸镀法。而这三种方法均具有一定程度的局限性，例如电镀法和化学镀法都产生环境污染问题；并且每种基板必须开发一种全新的镀液和工艺，工艺复杂，生产效率低。热浸镀法容易形成板型变形，同时易于形成金属蒸气，对环境的污染较大。

另一种在金属板表面制备涂层的工艺为热喷涂技术，包括高速氧燃料喷涂、火焰喷涂、爆炸喷涂以及等离子喷涂等。热喷涂技术的原理是利用热能使被喷涂的金属颗粒表面发生熔化，或者金属颗粒全部熔化，再后粘接在金属基板的表面上形成涂层。这种工艺最大的缺点是工艺过程中采用的大量的热能，致使还原性、易氧化的金属不能喷涂；同时由于喷涂过程中大量热能的输入导致基体升温，许多情况下相当于对基体材料进行热处理，易于导致基体材料的变形，最终产品的尺寸难以满足要求。另外，由于工艺过程氧的引入，最终产品的化学成分比较难以控制，热量的输入也使涂层以及基体表面层的微观组织发生改变，影响最终产品的性能稳定性。

真空蒸镀和磁控溅射等工艺技术由于受到技术本身特点的限制，不适合于大平板材料，只能生产一些表面精度要求极高的小件产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、短流程、适应面广的带有镀层金属板的制造方法，该方法制造的带有镀层金属板的表面为镀层，表面层与中心层结合牢固。

为了达到以上的目的，本发明方法通过如下步骤实现：对金属基板进行清洁处理，得到新鲜干燥的表面，金属基板可以进行加热处理，然后采用冷气动力喷涂技术在金属基板的表面上制备一层金属镀层，再经过平整、冷轧或热轧处理得到带有镀层金属板。

优选的，该方法还包括如下步骤：再经退火、合金化处理或软熔处理形成最终带镀层金属板。

较佳的，在喷涂之前对金属板进行加热处理。

最佳的，所述冷气动力喷涂金属镀层使用金属或合金粉末，颗粒粒径为1μm～400μm，最佳颗粒粒径为10μm～50μm；采用高压压缩气体为工作气体，工作气体压力范围为：1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为：室温～650℃；工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气中一种或几种气体的混合气体。

另，所述金属或合金粉末包括铝及其合金、铜及其合金、锌及其合金、钛及其合金、铁及其合金、银及其合金、锡及其合金、镍及其合金、铬及其合金。

进一步，所述镀层可以为单一成分，也可以是多种成分多层的复合金属镀层，镀层还可以为多种合金成分逐渐过渡的梯度复合镀层。

还有，所述金属板包括铝及其合金、铜及其合金、锌及其合金、钛及其合金、铁及其合金。

本发明的要点如下：

1)对金属板表面进行清洁干燥处理。处理方法包括喷砂、酸洗、抛光等，使金属板表面暴露新鲜表面。

对金属板可以进行加热处理，也可以不进行加热处理。

本发明技术所用的金属板包括铝及其合金、铜及其合金、锌及其合金、钛及其合金、铁及其合金等。

2)采用冷气动力喷涂技术制备金属镀层。冷气动力喷涂技术在金属板表面喷镀金属镀层的原理在于：高压压缩气体携带被喷镀金属粉末颗粒，在低于材料熔点以下，以高速撞击金属板基体，被喷镀金属颗粒发生强烈塑性变形而粘接于金属板表面形成金属镀层。在喷涂过程中，气体可以进行加热，降低高速气流对金属板表面的降温作用，同时提高金属颗粒的变形能力，提高粘接强度。高速气流在金属板表面形成一个隔离区，防止空气中的氧进入喷涂区。高压压缩气体完全由惰性气体和还原性气体构成，不含氧，形成保护气层，防止了喷涂金属粉体与金属基板表面的氧化，同时还原性气体还可以还原部分金属基板上的氧化膜。提高粘接效果。

冷气动力喷涂使用金属粉末，包括铝及其合金、铜及其合金、锌及其合金、钛及其合金、铁及其合金、银及其合金、锡及其合金、镍及其合金、铬及其合金等。金属粉末的颗粒粒径为1μm～400μm。最佳颗粒粒径为10μm～50μm。

根据本发明的冷气动力喷涂采用高压压缩气体为工作气体，工作气体压力范围为：1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为：室温～650℃。工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气中一种或几种气体的混合气体；最佳气体为含有少量氢气的混合气体。

本发明的冷气动力喷涂可以在金属板的两面制备镀层，也可以只在金属板的一面制备镀层，还可以实现在金属板的局部制备镀层。

3)经过冷喷涂后的带有镀层金属板再经平整、连续热轧精轧或冷轧形成表面质量平整的镀层金属板。热轧过程中，金属涂层与基板之间具有充分的时间进行扩散，形成冶金结合。热轧过程中，金属涂层材料与基板材料在高温下进行相互扩散，形成如焊接一样的冶金结合；冷轧工艺可以在冷态下将涂层与基体同时变薄，提高生产薄板的效率，同时保持涂层材料与设计成分完全相同；平整的目的是消除喷涂造成的钢板表面粗糙，提高表面质量，更适合于基体为薄板的工艺要求。冷轧和热轧也可以消除喷涂造成的钢板表面粗糙，更适合于基体为厚板的工艺要求。

4)表面质量平整的镀层金属板可以直接成为终产品，也可以再经过合金化处理、软熔、退火等提高镀层与基体之间的结合强度，形成高等级金属板。合金化处理温度选择涂层与基体发生反应的温度区域，软熔处理选择涂层材料的熔点温度，退火根据涂层的组织要求选择获得最佳组织温度。合金化处理在一定的温度下促进涂层材料与基体材料的反应，提高了涂层与基体的结合强度，同时生成相也可以提高涂层的硬度，从而提高涂层的性能；软熔的机理是将涂层材料在基体表面形成液相流动，消除机械磨痕，得到类似于镜面的表面质量，同时涂层的液相也增加涂层与基体的浸润，提高结合强度和结合均匀性；退火的目的是调整涂层的组织状态，提高涂层的性能。

本发明制造技术与现有技术相比的优势在于：本发明制造技术不需要额外的生产线，不需要对现有设备进行大规模结构改造。工艺操作简单，流程短，可进行连续大规模镀膜生产。

附图说明

图1为本发明镀铜铝板组织SEM图；

图2为本发明锡镍复合镀层铜板组织SEM图。

具体实施方式

实施例1

采用铝金属基板，喷涂粉末为铜锡合金，铜锡合金粉末的粒径为5-22μm。

铝基板经机械抛光处理，

冷喷涂工艺为：驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为2.0MPa，气体温度为室温，喷镀厚度为80μm。

喷镀后经3％压下量的平整处理，得到镀铜的铝板，如图1所示。可见涂层均匀粘附于基体表面，涂层致密。

实施例2

采用纯铜金属基板，喷涂粉末为锡和镍的复合镀层。

铜基板经机械抛光处理，锡粉末的粒径为100-400μm，镍粉末的粒径为10-22μm。

冷喷涂工艺为：

镀锡层的喷涂采用的驱动气体为氮气和氩气混合气体，压力为1.0MPa，气体温度为室温，喷镀厚度为100μm。

镀镍层的喷涂采用的驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为3.0MPa，气体温度为150℃，喷镀厚度为100μm。

喷镀后经二道次冷轧处理，压下量分别为15％和10％。得到复合镀层的铜板，如图2所示。可见涂层均匀粘附于基体表面，涂层致密。

实施例3

采用锌金属基板，喷涂粉末为镁，镁粉末的粒径为45-75μm。

锌基板经机械抛光处理，

冷喷涂工艺为：驱动气体为氦气，压力为2.5MPa，气体温度为室温，喷镀厚度为150μm。

喷镀后经3％压下量的平整处理，得到镀镁的锌板。镁是一种非常难镀的金属，采用本技术实现了镁镀层，且板材镀层均匀，表面光洁。

实施例4

采用钛金属基板，喷涂粉末为银，银粉末的粒径为10-45μm。

钛基板经机械抛光处理，

冷喷涂工艺为：驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为4.0MPa，气体温度为300℃，喷镀厚度为80μm。

喷镀后经5％压下量的平整，

再经450℃退火处理0.5h，得到镀银的钛板。镀层均匀，与基体结合牢固，板材料表面光洁。

实施例5

采用低碳钢金属基板，喷涂粉末为铝，铝粉末的粒径为10-45μm。

低碳钢基板经酸洗、干燥和毛化处理，

冷喷涂工艺为：驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为3.0MPa，气体温度为260℃，喷镀厚度为180μm。

喷镀后经6％压下量的平整，

再经500℃退火处理0.5h，得到镀铝的低碳钢板。镀层均匀，与基体结合牢固，板材料表面光洁，无基体外露。

实施例6

采用碳钢热轧金属基板，喷涂粉末为镍，镍粉末的粒径为5-22μm。

碳钢基板经酸洗、干燥和毛化处理，

喷涂前钢板加热到800℃，

冷喷涂工艺为：驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为3.0MPa，气体温度为550℃，喷镀厚度为180μm。

喷镀后经一道次800℃，20％压下量的热轧处理，得到镀镍的碳钢板。镀层均匀，与基体结合牢固，板材料表面光洁。

实施例7

采用碳钢热轧金属基板，喷涂粉末为镍、镍铬合金和铬，形成镍逐渐过渡到铬的复合镀层，金属粉末的粒径均为5-22μm。

碳钢基板经酸洗、干燥和毛化处理，

喷涂前钢板加热到1100℃，

冷喷涂工艺为：

喷镀镍采用驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为3.0MPa，气体温度为550℃，喷镀厚度为80μm。

喷镀镍铬合金采用驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为4.0MPa，气体温度为550℃，喷镀厚度为180μm。

喷镀铬采用驱动气体为氦气，压力为4.5MPa，气体温度为650℃，喷镀厚度为100μm。

喷镀后经二道次800℃，15％压下量的热轧处理，得到带有镍逐渐过渡到铬的复合镀层镀镍的碳钢板。镀层均匀，与基体形成冶金结合，板材料表面光洁。

Claims (9)

1.一种带镀层金属板的制造方法，该方法是在清洁干燥后的金属板表面上，采用冷气动力喷涂技术喷涂金属镀层，所述冷气动力喷涂金属镀层使用金属或合金粉末，颗粒粒径为1μm～400μm；采用高压压缩气体为工作气体，工作气体压力范围为：1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为：室温～650℃；工作气体为氦气、氮气、氩气中一种或几种气体和氢气的混合气体；然后经平整、冷轧或热轧得到表面平整的镀层金属板。

2.根据权利要求1所述的带镀层金属板的制造方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：再经退火、合金化处理或软熔处理以提高镀层与金属板之间的结合强度。

3.根据权利要求1所述的带镀层金属板的制造方法，其特征在于，在喷涂之前对金属板进行加热处理。

4.根据权利要求1所述的带镀层金属板的制造方法，其特征在于，所述颗粒粒径为10μm～50μm。

5.根据权利要求1所述的带镀层金属板的制造方法，其特征在于，所述金属或合金粉末包括铝或其合金、铜或其合金、锌或其合金、钛或其合金、铁或其合金、银或其合金、锡或其合金、镍或其合金或者铬或其合金。

6.根据权利要求1所述的带镀层金属板的制造方法，其特征在于，所述镀层为单一成分的镀层。

7.根据权利要求1所述的带镀层金属板的制造方法，其特征在于，所述镀层为多种成分多层的复合金属镀层。

8.根据权利要求1所述的带镀层金属板的制造方法，其特征在于，所述镀层为多种合金成分逐渐过渡的梯度复合镀层。

9.根据权利要求1所述的带镀层金属板的制造方法，其特征在于，所述金属板包括铝或其合金、铜或其合金、锌或其合金、钛或其合金或者铁或其合金。

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