CN101063204B - 镀锌钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种镀锌钢板的制造方法，首先对钢板表面进行清洁处理；然后采用冷气动力喷涂技术在钢板上制备锌镀层形成镀锌板；然后带有镀锌层的钢板经平整或冷轧得到镀锌层均匀致密，高表面质量镀锌钢板，再经合金化处理提高镀层与基板的结合力。本发明可制备普通及特殊成分、复合金属镀锌层、复合陶瓷与金属镀锌层以及镀锌层梯度过渡的镀锌钢板，且可以制备任意厚度镀锌钢板。制备技术对基材无热影响及腐蚀，生产效率高、流程短、无污染、镀层表面质量高。

Description

镀锌钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及镀锌钢板的制造方法，特别涉及冷喷涂制备镀锌钢板的制造方法。

背景技术

镀锌板带是汽车、家电、建筑、机械等行业的重要原材料。一般来说，目前镀锌钢板或钢带的制造主要有两种方法：第一种是热镀锌(或称热浸镀锌)方法，另一种方法是电镀锌或化学镀锌。其它方法均为以上两种方法的组合或是改良，其核心技术都是热镀锌技术和电镀锌技术。

热镀锌技术，或称热浸镀锌，是钢板经过盛有锌液的锌锅，锌液粘附于钢板表面形成镀锌层的技术。该技术的几个难点在于：沉没辊容易腐蚀，锌液成分的波动，锌液的氧化形成锌渣，表面质量较低，以及钢板出锌锅时的板型难以控制等。

因此，热镀锌钢板只适合生产一种成分的镀层，不能形成复合镀层，并且镀层成分不能形成梯度过渡；而且由于存在成分的不稳定性波动，局部区域易于形成γ相而形成粉化，降低镀层与钢板之间的结合力；另外，由于钢板浸入锌液时受热，钢板内部的应用变化导致难以控制钢板出锌锅时的板型。

电镀锌技术是钢板通过导辊经过电镀池，通过化学沉积或电沉积的方法在钢板的表面形成镀锌层的技术。该技术难点在于：电镀锌技术设备投资大，由于采用了化学镀液或电镀液容易形成污染，操作控制难度高。

需要说明的是，电镀锌钢板也只适合生产一种成分的镀层，镀层成分不能形成梯度过渡；该技术由于受到自身工艺制约，对于异型，或者长而厚的钢板不能进行连续化生产，生产作业率低，生产周期长；该技术还容易对基板造成腐蚀。

总之，热镀锌和电镀锌技术对厚钢板进行镀锌处理都具有非常大的难度，不适合连续化作业。也不适合制备特殊成分的镀锌层钢板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镀锌钢板的制造方法，用该方法所制造的镀锌钢板的镀锌层成分可以为普通及特殊成分、复合金属镀锌层、复合陶瓷与金属镀锌层以及镀锌层梯度过渡的单一镀层或复合镀层，且镀层的厚度为任意厚度；该方法对基材无热影响及腐蚀，而且生产效率高、流程短、无污染、镀层表面质量高。

为了达到上述目的，本发明技术是通过以下方法实现的：首先对钢板表面进行清洁处理，然后采用冷气动力喷涂技术在钢板上制备锌镀层形成镀锌板；经表面平整或冷轧处理得到预期的表面质量；然后再经或不经合金化处理最终形成镀锌板。

优选的，所述平整或冷轧处理可以是一道次，也可以是多道次。

较佳的，在所述步骤3)之后，再对镀锌板进行合金化处理。

最佳的，在所述冷气动力喷涂的步骤中，使用的所用金属或合金粉末的颗粒粒径为1μm～400μm；颗粒粒径优选为5μm～100μm；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、空气中一种或几种。

另，镀锌层为纯Zn和/或其合金，在镀锌层与基板之间可以存在其它金属过渡层；所述合金为Zn-Al、Zn-Fe、Zn-Mg、Zn-Al-Mg或Zn-Sn中的一种或多种；所述镀锌层还可以包含陶瓷；镀锌层可以为单一成分镀锌层，也可以是多种成分的多层的复合镀锌层。

本发明技术的工艺流程见图1。待镀的钢板1经清洁处理室2处理后，表面清洁干燥的钢板经喷枪3的喷涂制备各种镀锌层4，再经冷轧辊5冷轧后得到镀锌钢板6。冷喷涂镀锌层经冷轧或平整后得到均匀致密的镀层，镀层表面质量好。

以下是主要工序的关键点：

1)对钢板基体进行清洁预处理，得到清洁的钢板表面。预处理可以为酸洗加烘干，也可以为喷砂处理等方法，以除去氧化皮等表面污垢。钢板可以为任意成分钢板，可以为热轧板、普通冷轧板、IF钢板等；钢板厚度可以为任意厚度。

2)镀锌层的成分可以任意调节。镀锌层可以为纯Zn及其合金，包含Zn、Zn-Al、Zn-Fe、Zn-Mg、Zn-Al-Mg或Zn-Sn合金等的一种或多种，也可以混合陶瓷。而且，镀锌层可以为以上成分的单一镀锌层，也可以是以上成分的多层的复合镀锌层。镀锌层所要求的冷喷涂粒子的成分可以是由以上成分的多种纯金属颗粒混合而成，也可以是单一金属或合金熔融制备的颗粒。复合涂层可以采用不同比例成分的合金粉，也可以是成分比例不同的合金粉或纯金属粉混合而达到的合金成分。

镀锌层还可以是以上合金的成分逐渐过渡的梯度复合镀锌层。可以是单一的纯Zn镀层；也可以是上述合金镀层从钢基板开始Zn的含量从某一特定的成分(包括0％)开始逐渐过渡到另一个特定的成分(包括100％)。

在镀锌板镀锌层与钢板之间还可以镀其它镀层，例如镀一层纯Al或纯Sn。

3)以上镀锌层均采用冷气动力喷涂技术制备。冷气动力喷涂所用的上述金属或合金粉末的颗粒粒径为1μm～400μm。最佳的颗粒粒径为5μm～100μm。金属或合金粉末的颗粒为单一金属或合金熔融制备的颗粒。也可以是对原始粒度为0.001～1μm单一金属或合金熔融制备颗粒进行造粒，形成的粒径为1μm～400μm造粒粉。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：室温至650℃；工作气体流量范围为：30～120scfm。冷气动力喷涂所用工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气、空气中一种或几种气体的混合气体。

冷气动力喷涂可以在钢板的两面制备镀层，也可以只在钢板的一面制备镀层。钢板的两面制备镀层的成分、梯度过渡以及镀层的厚度可以相同，也可以不同。

冷气动力喷涂技术原理在于：高压压缩气体携带锌或合金粉末颗粒，在低于锌或合金熔点以下，以高速撞击钢板基体，金属颗粒发生强烈塑性变形而粘接于钢板表面形成镀锌层。在喷涂过程中，气体可以进行加热，当气体通过喷嘴后温度急剧下降，金属颗粒的温度低于熔点，不会对钢板表面输入热量，不影响钢板表面的质量、不影响钢板的组织及性能。

4)冷喷涂制备镀锌层后，镀锌板经平整或冷轧处理形成镀锌薄钢板。镀锌板的冷轧可以是一道次，也可以是多道次。镀锌板经冷轧后表面质量好。冷轧的目的是将钢板变薄，适用于厚板涂层，同时达到表面平整的目的，而平整的目的只是将表面平整，使镀层厚度均匀，表面粗糙度均匀一致；适用于薄板。

5)镀锌板可以进行合金化处理。合金化处理的作用是提高镀锌层与钢板之间的结合力以及提高镀锌板的硬度。

本发明镀锌钢板的制造方法具有如下有益效果：

1)本发明方法为一种短流程技术。镀锌板表面形貌易于传递和控制。无环境污染。镀锌层均匀致密、表面质量好；

2)本发明的镀镀钢板制造方法不受基体钢板厚度的限制，不受钢板表面质量的制约，可以制备小锌花或无锌花的镀锌板、可以任意调节合金成分及成分梯度，可以进行单面或双面镀锌、也可以制备差厚镀锌板。不对钢板表面输入热量。而热镀锌和电镀锌方法都只能适合生产一种成分的镀层；

3)生产效率高，其他的镀锌方法都是在最终的钢板或钢带上进行镀锌作业，镀锌后钢板或钢带的长度不变，而本方法在镀锌后钢板或钢带可以进行轧制，钢板或钢带的长度变大，因此镀锌效率高，锌层与基体结合力大。可以精确控制成分含量，得到精确的组织相。镀锌板的涂装性能良好。

附图说明

图1为本发明镀锌钢板制造工艺流程图；

图2为本发明镀锌钢板断口组织SEM图；

图3为本发明镀锌钢板冷喷涂后组织SEM图；

图4为本发明镀锌钢板冷轧后组织SEM图；

图5为本发明镀锌钢板合金化处理后表面锌层SEM图。

具体实施方式

实施例1

制备纯锌镀层钢板。基板为IF酸洗烘干钢板，厚度为10mm

冷喷涂工艺为：驱动气体为氮气，压力为3.0MPa，粉末为粒径为80-100μm的纯锌粉末，温度为室温，涂层厚度为100μm。

冷轧精轧工艺为：三道次轧制，总压下量为75％。

合金化处理温度为：550℃。

检测结果表明，镀锌层与基板结合良好，镀锌层厚度为1.5μm，非常致密。镀锌钢板断口组织SEM图见图2，从该图中可以看出涂层致密均匀。

实施例2

制备Al-Zn合金镀层钢板。基板为低碳低合金热轧酸洗烘干钢板，厚度10mm。

冷喷涂工艺为：

第一层镀层：驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为4.0MPa，粉末为粒径为5-20μm的锌铝合金(Zn60Al40)粉末，温度为室温；

第二层镀层：驱动气体为氮气和氩气混合气体，压力为1.5MPa，粉末为粒径为40-60μm的锌铝合金(Zn90Al10)粉末，温度为300℃；涂层总厚度为100μm。

冷轧精轧工艺为：五道次轧制，其中三道次正向轧制，二道次逆向轧制。总压下量为90％。

合金化处理温度为：500℃。

检测结果表明，镀锌层与基板结合良好，镀锌层厚度为2μm，非常致密。

实施例3

制备复合镀锌钢。基板为IF冷轧钢板，厚度为0.8mm。

冷喷涂工艺为：

第一层：驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为4.5MPa，粉末为粒径为30-50μm的铝粉，温度为室温；

第二层：驱动气体为氦气、氩气和氢气的混合气体，压力3.0MPa，粉末为Zn、Al、Mg三种纯金属粉的混合粉末，Zn粉粒径为30μm，Al粉为100μm、Mg粉为400μm；温度为650℃。

第三层：驱动气体为空气和氦气混合气体，压力为4.0MPa，粉末为粒径为30μm的Zn粉、粒径为50μm的Sn粉和粒径为80nm团聚成1μm的氧化铝陶瓷粉构成的复合粉；温度为350℃。

第四层：驱动气体为空气，压力2.5MPa，粉末为粒径50μm的Sn粉。涂层总厚度为150μm。温度为100℃

不经冷轧只经过平整处理，压下量3％，不经合金化处理。

检验结果表明，在精轧前复合陶瓷镀层比较疏松，见图3；精轧之后各层之间结合紧密，镀层内非常致密，镀锌层与基体的结合牢固，见图4。

实施例4

制备Al-Zn合金镀层钢板。基板为低碳低合金冷轧酸洗烘干钢板，厚度1mm。

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，粉末为粒径为5-20μm的锌铝合金(Zn80Al20)粉末，温度为300℃；涂层总厚度为50μm。

冷轧工艺为：二道次轧制，其中-道次正向轧制，-道次逆向轧制。总压下量为20％。

合金化处理温度为：500℃。

检测结果表明，镀锌层与基板结合良好，镀锌层厚度为2μm，非常致密，表面形貌如图5所示。

Claims (10)

1.一种镀锌钢板的制造方法，该方法包括如下步骤：1)首先对钢板表面进行清洁处理；2)然后采用冷气动力喷涂技术在钢板上制备镀锌层形成镀锌板；3)经表面平整或冷轧处理得到预期的表面质量，其中在镀锌层与基板之间包含其它金属过渡层。

2.根据权利要求1所述的镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述过渡层为纯Al或纯Sn。

3.根据权利要求1所述的镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述平整或冷轧处理是一道次或多道次。

4.根据权利要求1所述的镀锌钢板的制造方法，其特征在于，在所述步骤3)之后，再对镀锌板进行合金化处理。

5.根据权利要求1所述的镀锌钢板的制造方法，其特征在于，在所述冷气动力喷涂的步骤中，使用的金属的颗粒粒径为1μm～400μm；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、空气中一种或几种。

6.根据权利要求5所述的镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述颗粒粒径为5μm～100μm。

7.一种镀锌合金钢板的制造方法，该方法包括如下步骤：1)首先对钢板表面进行清洁处理；2)然后采用冷气动力喷涂技术在钢板上制备锌合金复合镀层形成锌合金复合镀板；3)经表面平整或冷轧处理得到预期的表面质量，其中在复合镀层与基板之间包含其它金属过渡层。

8.根据权利要求7所述的镀锌合金钢板的制造方法，其特征在于，所述锌合金为Zn-Al、Zn-Fe、Zn-Mg、Zn-Al-Mg或Zn-Sn中的一种或多种。

9.一种镀锌-陶瓷钢板的制造方法，该方法包括如下步骤：1)首先对钢板表面进行清洁处理；2)然后采用冷气动力喷涂技术在钢板上制备镀锌-陶瓷层形成锌-陶瓷的复合镀板；3)经表面平整或冷轧处理得到预期的表面质量，其中在镀锌-陶瓷层与基板之间包含其它金属过渡层。

10.一种镀多种成分的多层的复合镀层钢板的制造方法，该方法包括如下步骤：1)首先对钢板表面进行清洁处理；2)然后采用冷气动力喷涂技术在钢板上制备多种成分的多层的复合镀层形成多种成分的多层的复合镀板；3)经表面平整或冷轧处理得到预期的表面质量，其中在复合镀层与基板之间包含其它金属过渡层。

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