CN101909433A - 具有涂覆有金属带材的钢丝的水产养殖网 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水产养殖网(10)，其包括具有钢芯(14)和可调的带材形式的金属涂覆层(16)的钢丝(12)，以改善抗腐蚀和抗淤积性能。与现有技术相比，该金属涂覆层可以更厚并且可以具有在其厚度上均匀分布的组成。

Description

具有涂覆有金属带材的钢丝的水产养殖网

说明

技术领域

本发明涉及一种具有钢丝的水产养殖网。

背景技术

水产养殖网或者养鱼网常用于饲养水生生物，例如鱼。水产养殖网保持水生生物受控制和居于其中，并且保护网内的水生生物避免遇到食肉动物，例如鲨鱼和狼鱼。

水产养殖网通常是链节栅栏型的。这是一种织成菱形图案的钢丝栅栏。网格具有的尺寸小于居于网中的鱼的尺寸。每根钢丝都是通过弯曲进行预成型的，因此其显示出具有最高位置(maxima)和最低位置(minima)的波形图案。钢丝的最高位置和相邻钢丝的最低位置相互联锁，以形成一系列菱形的图案。

然而经验说明，链节栅栏型的水产养殖网也有一些缺点。已经发现在有限寿命时间后水产养殖网有一根或多根钢丝断裂。

对失效的水产养殖网的研究表明尤其是水产养殖网中的上方钢丝断裂。实际上，在抗腐蚀性方面，海洋或大海构成了巨大的挑战。除了这种高腐蚀性的环境，波浪和潮汐使水产养殖网经受连续且重复的运动。在链节栅栏型的水产养殖网中，每根钢丝必然承受在其下方的剩余部分网的重量。上方的钢丝和在其正下方的钢丝形成点接触。这些点接触位于其中上方的钢丝和在其正下方的钢丝遭受着既弯曲又扭转的变形的点处。在该侵蚀性环境中的连续和重复的强加运动在点接触处造成微振磨损并且可导致网上的钢丝断裂。

具有镀锌钢丝的水产养殖网提供了可接受的抗有机体淤积性，即抵抗可能长在网格结构上的淤积材料。在本发明的上下文中，术语淤积材料是指淤积有机体，例如藤壶、藻类或软体动物，其可以附着和生长在网格结构的丝材上。然而，这种淤积机制可能如此顽固以致可填满网格结构的全部开口，阻止任何新鲜水或营养进入网格结构内的空间中。

因此，需要具有更好的抗淤积和抗腐蚀性能的水产养殖网。

JP-A-2004-261023公开了一种用于水产养殖网的钢丝。该钢丝具有不锈钢芯和铜镍合金金属涂覆层：铜镍合金中镍含量以重量计在10％-30％之间。可以要么通过在铜镍浴中热浸不锈钢芯要么通过使不锈钢芯上镀覆铜，然后镀覆镍最后进行热扩散处理来施加金属涂覆层。

已证明铜镍涂覆层由于镍的存在提供了良好的抗腐蚀性以及已证明由于铜的作用提供了良好的抗淤积性。然而，在已有的现有技术中具有铜镍涂覆层的钢丝由于下面原因而缺乏微调铜镍涂覆层的组成和厚度的可能性，或者不提供具有厚涂覆层的高品质钢丝。

如果使用热浸铜镍浴，则可以通过改变铜镍浴的组成来改变铜镍涂覆层的组成。然而，厚度很大程度上取决于钢丝的离浴速度和最终的轧制或拉延(draw)角度。即便有可能，得到具有超过钢丝直径30％的涂覆层厚度的钢丝也是困难的。而且，注意到与锌比较时铜和镍的高熔化温度，由于钢芯表面处的氧化问题而难以制造高品质的涂覆钢丝。

如果使用了热扩散处理，则铜镍涂覆层的厚度可以通过增加(电)镀覆时间来预决定。此处可以理解为所有其它参数不变时，镀覆处理越久涂覆层越厚，反之亦然。然而，更难控制组成了。由于镍被施加于铜的顶部，镍从顶部、也从不锈钢芯扩散穿过铜，这是因为不锈钢因下游热处理也含有镍。然而，这种热扩散方法难于控制和微调。结果，应用热扩散处理不可能得到具有例如90wt％铜和10wt％镍并且在涂覆层的整个厚度上具有该相同组成的涂覆层。

水产养殖网的尺寸是重要的。例如典型的尺寸是30m×30m×15m，最后的尺寸是网在水中的深度，前两个尺寸是在水表面的网的宽度和长度。仅仅作为一个例子，一个用镀锌钢丝制成并具有上述尺寸的网具有超过4公吨的重量。在WO-A1-2007/031352中公开了一个水产养殖网的实施方案。如此，水产养殖网的重量需要保持最小值。可调的涂覆层保证钢丝与网的厚度和由此可控的重量。

发明公开

本发明的一个目的是克服现有技术的缺点。

本发明更进一步的目的是提供一种具有钢丝的水产养殖网，该钢丝具有可调的涂覆层。

本发明的另一目的是提供一种具有钢丝的水产养殖网，该钢丝具有厚涂覆层，由此提供足够的抗腐蚀性和抗淤积性。

本发明的另一目的是提供一种具有钢丝的水产养殖网，该钢丝具有组成在厚度上均匀的涂覆层。

本发明的又一目的是提供一种水产养殖网，其中涂覆层厚度可以控制而不必牺牲生产速度。

本发明提供了一种具有钢丝的水产养殖网。该钢丝具有钢芯和为钢丝提供抗腐蚀和抗淤积性的金属涂覆层。金属涂覆层是固定在钢芯周围的带材或者箔材的形式。可以将具有受控组成以及预定与所需厚度的合适金属带材成型成管状形式。该带材的宽度稍微大于或等于待覆盖的钢芯的周长。将该带材封闭成管状并且在钢芯上焊接或环绕钢芯焊接。

或者，用两条带材覆盖钢芯。与焊接不同，将这两条带材拉延在钢芯上。

如此所知的两种技术，为本发明的目的带来了很多优点。它们允许独立确定钢芯周围金属涂覆层的组成和厚度，提供抗淤积和抗腐蚀性能。考虑到拉伸强度，还与金属涂覆层相独立地最佳改良钢芯。钢芯和金属涂覆层可以是相适应的，以提供在两种复合材料之间的最佳粘结力。如此，可以提供具有最佳的抗淤积和抗腐蚀性能且很强的水产养殖网。

在优选实施方案中，所述金属涂覆层是铜镍合金。已证明铜镍涂覆层因镍而提供良好的抵抗腐蚀性能以及因为铜的作用而提供良好的抗淤积性。

在一个实施方案中，所述金属涂覆层是CuNixFey，其中x是9、10或11并且y是1。在另一个实施方案中，所述金属涂覆层是CuNixSny，其中x是8、9、10或11并且y是1、2或3。在这里x和y是重量百分比。这些特定合金的优点在于它们在退火过程中硬化导致提高的抗磨蚀性。

其它合金也是可行的，例如CuZnSn合金和CuZnNi合金。

在更进一步的实施方案中，所述铜镍合金包含至少80重量百分比的铜和5-15重量百分比的镍。已证明90wt％铜和10wt％镍的组合物是一种合格的组合物。

优选本发明所述的钢芯是硬质预拉钢丝。硬拉钢丝具有比来自磨机的丝棒高得多的表面硬度。内芯丝的提高硬度增加了涂覆层与钢芯的粘结。硬拉钢还提高了用于水产养殖网中的未涂覆的钢芯丝的初始拉伸强度。在涂覆后进一步拉延钢丝更提高了最终拉伸强度并改善了涂覆层与钢芯的粘结。可获得超过1500MPa，例如超过1800MPa，如超过2000MPa及更高的最终拉伸强度。

在本发明的优选实施方案中，在钢芯和金属涂覆层之间的空隙小于50μm，例如小于10μm。最优选在所述钢芯和所述金属涂覆层之间没有空隙。由于在含盐海水中腐蚀的原因，优选避免所有空隙。在下文中说明了如何避免这些空隙的方式。

在另一个实施方案中，所述钢芯包含镍，所述镍在接近所述钢芯和所述金属涂覆层之间的界面处存在梯度，从而改善了两种复合材料之间的粘结力。图5中对此作了进一步说明。

在另一个优选实施方案中，所述钢芯具有体心立方结构并且所述金属涂覆层具有面心立方结构，同样用于改善两种复合材料之间的粘结力。术语“体心立方结构”涉及晶体结构并且意指在单位晶胞中心具有每个晶格结点再加上八个角结点的晶体结构。其在每个单位晶胞中贡献了两个晶格结点((1/8)*8+1)。术语“面心立方结构”涉及一种在立方体的面上具有晶格结点的晶体结构，其中每个单位立方体的面上精确地得到半个晶格结点的贡献，再加上角结点，给出了每个单位晶胞共计4个原子((每个角1/8)*8个角+(每个面1/2)*6个面)。

在一个实施方案中，所述钢芯是低碳钢，因为低碳钢具有体心立方结构，从而提供了与CuNi涂覆层的面心立方结构的良好粘结。

在另一个实施方案中，所述钢芯是不锈钢。某些种类的不锈钢具有体心立方结构而其它种类的不锈钢具有面心立方结构。总之，无论使用了何种不锈钢芯，与低碳不锈钢相比，不锈钢都提供了优异的抗腐蚀性能，即使海水渗透至钢芯也是如此。

如果不锈钢芯具有面心立方结构，则通过充分的退火处理以及通过高度拉延钢芯和涂覆层也可以获得合适水平的粘结。

附图简要说明

图1显示了长满生物淤积材料的水产养殖网。

图2显示了本发明的钢丝的横截面。

图3显示了当在钢芯周围焊接金属涂覆层时不良粘结(3a)和良好粘结(3b)的例子。

图4显示了在不同晶体结构的材料之间不良机械粘结(4a)和良好机械粘结(4b)的例子。

图5显示了在不同温度下退火的效应。

图6显示了将金属涂覆层焊接至钢芯的过程。

本发明的实施方式

图1显示了一种水产养殖网10，其中网格结构的钢丝12上长满了生物淤积有机体14，例如依附于网的藤壶、藻类或者软体动物。该淤积机制可能如此顽固以致可填满网格结构的全部开口，阻止任何新鲜水或营养进入网格结构内的空间内。

图2显示了本发明的钢丝12的横截面。将金属涂覆层16焊接到钢芯14或围绕钢芯14进行焊接。

将金属涂覆层焊接至钢芯时的已知问题是粘结。

已经使用了若干种方法和材料来提高包覆丝的粘结。

在本发明的上下文中，术语“包覆”意指以带材或者箔材的形式在钢芯周围提供涂覆层，并且通过焊接或者通过拉延将其固定到钢芯上的方法。

图3a显示了不良粘结的例子，其中通过焊接区18将金属涂覆层16焊接在钢芯14上，在焊接区留下了空隙20和22。

图3b显示了良好粘结的例子，其中避免了空隙20和22。

在一种方法中，通过在高温下使用十字形辊模头来提高包覆丝的粘结。在焊接台之后就使用十字形辊模头在200摄氏度的最小温度下压制涂覆层到芯丝上。所有的横截面都显示出完好的粘结。在结合一个模具道次拉延之后，在界面处甚至在焊接区都看不到空隙。直接在包覆生产线上，可以以至少大于10％的直径来拉延复合物。在更进一步的拉延期间在焊接区未观察到特有孔洞或空隙。

在另一种方法中，通过对钢芯和金属涂覆层选择具有不同晶体结构的材料来提高粘结。图4b显示了对于具有体心立方结构的钢芯和具有面心立方结构的金属涂覆层的良好机械粘结的例子。与图4b相比，图4a显示了一种钢芯和金属涂覆层的横截面，其中两者都具有面心立方结构。在钢芯和涂覆层之间的界面具有小于图4b的表面积，因此在这两种材料之间提供了较低的粘结力。

在又一方法中，通过在适当温度下退火来提高粘结。在不同温度下进行了测试。图5显示了在1070摄氏度下退火2小时的效应。观察到向着不锈钢芯14的外表面有着显著的Ni富集。换言之，在接近所述钢芯和所述金属涂覆层之间的界面处注意到Ni梯度。这改善了不锈钢芯14和金属涂覆层16之间的粘结。

在第四种方法中，通过增加内钢丝的硬度和改善表面品质来提高粘结。正如所述，与用杆作为起始材料相比，硬拉丝作为起始芯材产生了更好的粘结。

可以通过间接法测量包覆丝的粘结，例如通过用钳子或其它设备切割复合丝并观察末端。

另一种间接方法是在热海水测试中追踪切割末端的腐蚀。不良粘结对切割末端的腐蚀具有直接影响。另一种间接法是利用光学显微技术和横截面粗糙度测量。第四种间接法是利用SEM和EDXS来检测扩散。

图6显示了将金属涂覆层16焊接至钢芯14的方法。可以将具有预定厚度的、合适金属16的带材成型成管状形式。该带材的宽度稍大于或等于待覆盖的钢芯14的周长。将该带材封闭成管状并且围绕着钢芯焊接。在焊接之后，十字形辊模头60将金属涂覆层16压制到钢芯14上。

同样还提供了一种方法，其中将预定组成和厚度的金属涂覆层施加在钢芯丝上。所述金属涂覆层是铜镍合金。将金属涂覆层焊接在钢丝芯周围或者焊接在钢丝芯上。

优选焊接的方法步骤可在拉延钢丝的步骤之前，以便使钢丝具有提高的硬度和提高的拉伸强度。

优选可在焊接的方法步骤后继之以用十字形辊模头在200摄氏度的最低温度下对着钢芯压制涂覆层的步骤。

作为替代或补充，可在用金属带材或者箔材围绕钢芯的方法步骤后继之以将具有金属涂覆层的钢芯在超过950℃的温度下进行时长至少一小时的退火步骤。

Claims (12)

1.一种水产养殖网(10)，包括钢丝(12)，所述钢丝具有钢芯(14)和金属涂覆层(16)，以向所述钢丝提供抗腐蚀和抗淤积性能，其特征在于所述金属涂覆层是以带材的形式固定在所述钢芯周围。

2.如权利要求1所述的水产养殖网(10)，其中将所述带材焊接在所述钢芯(14)上或其周围。

3.如权利要求1或2所述的水产养殖网(10)，其中在所述钢芯(14)上拉延所述带材。

4.如之前任一权利要求所述的水产养殖网(10)，其中所述金属涂覆层(16)是铜镍合金。

5.如权利要求4所述的水产养殖网(10)，其中所述铜镍合金包含至少80重量百分比的铜和5-15重量百分比的镍。

6.如之前任一权利要求所述的水产养殖网(10)，其中所述钢芯是预拉钢丝。

7.如之前任一权利要求所述的水产养殖网(10)，其中在钢芯(14)和金属涂覆层(16)之间没有空隙(20，22)。

8.如之前任一权利要求所述的水产养殖网(10)，其中所述钢芯(14)包含镍，所述的镍在接近所述钢芯(14)和所述金属涂覆层(16)之间的界面之处存在梯度。

9.如之前任一权利要求所述的水产养殖网(10)，其中所述钢芯(14)具有体心立方结构并且所述金属涂覆层具有面心立方结构。

10.如之前任一权利要求所述的水产养殖网(10)，其中所述钢芯(14)是低碳钢。

11.如权利要求1-8中任一项所述的水产养殖网(10)，其中所述钢芯(14)具有面心立方结构并且所述金属涂覆层具有面心立方结构。

12.如权利要求9或权利要求11所述的水产养殖网(10)，其中所述钢芯(14)是不锈钢。

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