CN103334547B - 一种渗铝波纹瓦及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种渗铝波纹瓦，包括波纹瓦，波纹瓦从内到外分为基体层、铁铝合金层和铝层，所述的铁铝合金层厚度优选为14~29μm。一种制备上述渗铝波纹瓦的方法，包括以下步骤：一、将钢卷或钢板压制成波纹瓦工件；二、烘烧除油；三、酸洗除锈；四、水洗；五、表面活化；六、助渗；七、烘干；八、感应快速渗铝；烘干后的工件立即浸入以感应方式加热至温度为680~700℃的铝液中，浸渗时间为2~3min；通过上述步骤得到表面渗铝的波纹瓦。本发明不仅可以保证波纹瓦的机械性能，而且使其具有优异耐腐蚀性能，使用寿命长，可极大地减少建筑物上墙面板、屋顶板和承重板的维护成本。

Description

一种渗铝波纹瓦及制备方法

技术领域

本发明涉及金属波纹瓦领域，特别是一种用于建筑物上墙面板、屋顶板和承重板的渗铝波纹瓦及制备方法。

背景技术

波纹瓦，是经辊压冷弯成各种波形的压型板，因其具有强度高、施工方便、防火、防雨等优点，广泛应用于工业与民用建筑、仓库、特种建筑、大跨度钢结构房屋的屋面、墙面、承重板以及内外墙等。常见的波纹瓦根据其所使用的基材材料分为以下种类：水泥石棉波纹瓦、铁皮瓦、热镀锌波纹瓦、彩钢瓦、铝合金波纹瓦、PVC波纹瓦。

市场最早使用的水泥石棉波纹瓦，是利用石棉纤维与水泥为原料经制板加压而成，具有防火、防潮、防腐、耐热、耐寒等特性，且生产制作简单，成本小，八九十年代在我国建筑领域获得大面积使用。但水泥石棉瓦已逐渐被国际社会淘汰，因其含有细小纤维，可长时间浮游于空气中，会被吸入而在肺部沉积，可引起肺部疾病和癌症。

未做防腐处理的铁皮瓦较为少见，铁皮经辊压成型后需在表面涂漆以防止雨水和大气腐蚀，涂漆后其防腐性能和寿命仍然远低于水泥石棉瓦，另外一个重要的缺点是铁皮的热传导和热辐射性能，导致室内温度受外界日照影响大，炎日下室内温度可达40℃，极大限制了其在建筑领域的应用。

热镀锌波纹瓦，是采用热镀锌卷作为原材料，经连续辊压和剪切工艺成型。热镀锌钢卷是使熔融锌金属与铁基体反应而产生铁锌合金层，在铁锌合金层之上还有一层纯锌层，由于锌受腐蚀的速度非常慢，而且锌的标准电极电位低于铁，即使铁基体暴露在空气中，仍然会首先腐蚀锌层。因此镀锌钢具有防腐能力强，寿命长（是未镀锌钢板的15-30倍）的优点，已大规模的应用于建筑物墙面瓦、屋面瓦等。但是镀锌钢属于高耗能和高污染产业，热镀锌行业对环境污染主要集中于有铅热镀以及含重金属铬废水、氰化物、废酸、废碱、废气、废锌渣的排放等，长远看来，镀锌钢不符合环保和可持续发展的要求。

彩钢瓦，是利用涂镀板做原料，经连续辊压和剪切工艺成型。彩钢瓦的截面材料，由内而外分别为钢基体、铁锌合金层、纯锌层、涂漆层（烤漆层）。与热镀锌波纹瓦相比较，彩钢瓦是在表面进行过涂漆或者烤漆处理的热镀锌波纹瓦。由于彩钢瓦比热镀锌波纹瓦多一层涂漆层（烤漆层），因此其防腐蚀的能力更强，可使用10-15年；且涂漆层（烤漆层）可更换颜色，分别进行粗涂和精涂工艺，能够获得色彩鲜艳、平整光滑的表面。基于彩钢瓦优越的防腐蚀性能和靓丽的外观，其在建筑领域获得了大规模的应用。但是和热镀锌波纹瓦具有相同的问题，在生产中会产生重金属铬废水、氰化物、废酸、废碱、废气、废锌渣，且生产过程中需要长时间保持几百度的高温，耗费能源，因此并不符合未来的绿色环保发展趋势。

铝合金波纹瓦，是用铝合金薄板轧制而成的。铝与空气中的氧发生化学反应后，在表面会生成一层牢固而致密的氧化膜。这层氧化膜能够阻止内部铝原子与氧气接触而被氧化，因此铝具有极佳的防腐蚀能力。使用铝合金制成的波纹瓦，其寿命能够达到20年左右。如进一步进行化学氧化或电化学氧化处理后，铝合金波纹瓦的寿命能够达到60年以上【新型建筑材料-铝合金波纹板，科苑论坛 信息报导，铝合金，2005 第163期】。同时铝的比重仅为钢的三分之一，具有质量轻、强度高的特点；并且具有良好的延展性，非常适合进行轧制加工。虽然铝合金具有以上优点，但是因其价格高昂，约为钢的4-5倍，因此铝合金波纹瓦的应用范围受到极大限制。

PVC波纹瓦，是运用高新化学化工技术研制而成的新型建筑材料，具有重量轻、强度大、防水防潮、防腐阻燃、隔音、隔热、寿命长（是镀锌瓦寿命的3倍以上）等多种优良性能，普遍运用于商场、住宅、别墅、仿古建筑等。但PVC波纹瓦安装要求较高，需使用细齿锯切割，钻孔时孔径比螺钉直径大50%，需使用专用胶垫，需使用平整木条做檀条，以防PVC发生变形破裂。PVC的特殊安装要求增加了其在市场应用的难度。

通过以上分析可知，目前市场上急需一种具有质量轻、强度高、防腐蚀、隔热性能好，价格低廉，绿色环保、生产安装简单的波纹瓦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种渗铝波纹瓦，针对以上需求，综合钢基体波纹瓦的质量轻、强度高、容易成型、造价低的优点，以及铝的超强抗腐蚀能力的优点，开发一种以钢板或钢卷为基体，基体上热浸渗铝的新型波纹瓦。其综合了钢材和铝的优点，同时也避免了镀锌过程的高污染和高耗能，复合绿色环保的发展趋势。

进一步的，本发明的产品在确保耐腐蚀性能的同时，且表面层的韧性增强，消除传统扩散渗铝层的表面脆性区，提高抗热冲击性及热疲劳性。

本发明的另一目的是提供一种制备方法，可以有效控制渗铝层的厚度，实现热浸扩散渗铝一步到位法，缩短整个工艺制备时间，进一步提高产量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种渗铝波纹瓦，包括波纹瓦，波纹瓦从内到外分为基体层、铁铝合金层和铝层，所述的铁铝合金层厚度为14~29μm。

所述的渗铝层和铝层由波纹瓦工件经酸洗除锈、表面活化、助渗后浸入以感应方式加热至温度为680~700℃的铝液中，浸渗时间为2~3min后得到；

波纹瓦产品的伸长率可达29-38%。

所述的铁铝合金层厚度为15~20μm。

所述的铝层之外还形成氧化铝膜。

所述的铁铝合金层为柱状共晶状态的铁铝合金层，柱状晶体与铝层的表面垂直。

波纹瓦厚度为0.2~10mm，有效覆盖宽度为300~500mm，波高为2mm-300mm，波距为2~300mm。

一种制备上述的渗铝波纹瓦的方法，包括以下步骤：

一、将钢卷或钢板压制成波纹瓦工件；

二、将工件烘烧除油；

三、酸洗除锈；

四、水洗；

五、表面活化；

六、助渗；

七、烘干；

八、感应快速渗铝；

烘干后的工件立即浸入以感应方式加热至温度为680~700℃的铝液中，浸渗时间为2-3min；

通过上述步骤得到表面渗铝的波纹瓦。

所述的铝液为纯铝液，或者含有质量百分比0.5~0.8%铅、0.04~0.08%锑的铝液。

步骤三中，酸洗液的组分为质量百分比为2~3%的wt98H₂SO₄、15~17%的wt36HCl、余量为水。

酸洗除锈步骤在通有交变电流的酸洗池内进行，电流值为30-50A，频率为8-10kHz，酸洗时间为2~3 min。

步骤五中，冲洗后的波纹瓦工件立即浸入含质量百分比1.6~2.0%Na₂B₄O₇、1.8~2.2%NaNO₂、27~33%NaOH、余量为水的活化液内27~33s。

活化液组分为质量百分比1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH、余量为水，浸入时间为30s。

步骤六中，活化后的波纹瓦工件立即浸入含质量百分比0.2~0.4%ZrF₄、0.1~0.15%Na₂ZrF₆、0.04~0.06%ZrO₂、0.04~0.06%KMnO₄、余量为水的助渗液内2~3min。

助渗液组分为质量百分比0.3% ZrF₄、0.12% Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄、余量为水。

感应加热设备的参数为频率8~10kHz、功率300~500kw、电流值为500-700A。

目前市场上没有渗铝钢波纹瓦产品，因此仅与现有的其他材质波纹瓦产品相比，本发明有以下优点：

1、使用钢卷或钢板作为基体，具有质量轻、强度高、容易成型、廉价的优点；

2、在钢质基体表面热浸渗铝，充分利用了铝的超强抗腐蚀能力和优良的光热反射性，延长了波纹瓦的使用寿命，也降低了阳关直射下的室内温度；

3、渗铝钢波纹瓦产品综合了钢材和铝的优点，既满足了廉价要求，又极大的增强了使用寿命和抗腐蚀能力，同时也为波纹瓦引入了优良的光热反射特性；

4、渗铝生产过程也比热镀锌过程节省能源，同样的高温，渗铝仅需要30分钟以内，而热镀锌过程需要几个小时；

5、热镀锌产生的废锌渣会污染环境，锌离子为有毒物质，沉积于土壤后会通过植物、动物等食物的富集作用而大量存在于人体，影响人体健康，而铝金属被广泛用作炊具和餐具，不会产生此种危害。

发明人发现采用本发明的超音频感应加热方法配合本发明的酸洗、活化和助渗工艺后得到的产品，渗铝层，即铁铝合金层的厚度得到有效控制，经推测，这可能一部分是由施加的外场电流能产生的集肤效应所导致的，而另一部分是由快速酸洗，改进后的活化液组分和助渗液组分起到的作用，例如快速酸洗由于时间缩短，也相应地缩短了酸液渗透的厚度。本发明的产品铁铝合金层优选的厚度控制在14-29微米，本发明的产品的伸长率可达29-38%。即本发明的产品韧性较佳，克服了现有技术中渗铝钢具有表面脆性的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明产品的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面示意图。

图3为本发明产品的500倍下金相组织微观结构图。

图4为本发明产品的500倍下铁铝合金层厚度图。

图中：基体层1，铁铝合金层2，铝层3，氧化铝膜4。

具体实施方式

如图1、2中，一种渗铝波纹瓦，包括波纹瓦，波纹瓦从内到外分为基体层1、铁铝合金层2和铝层3，所述的铁铝合金层2厚度为14-29μm。

优选地，所述的渗铝层2厚度为15~28μm。

优选地，所述的渗铝层2厚度为15~24μm。

优选地，所述的渗铝层2厚度为15~20μm。

由此微观结构，本发明的产品在仍然具备超强耐蚀性、耐热性、耐磨性和光热反射性的同时，提高材料的弯曲性能，消除扩散渗铝层的表面脆性，提高抗热冲击性及热疲劳性。

所述的铝层3之外还形成氧化铝膜4。由此结构，提高了耐蚀性、耐热性、耐磨性。

所述的铁铝合金层2为柱状共晶状态的铁铝合金层，柱状晶体与铝层的表面垂直。由此微观结构，消除了产品的表面脆性区。

波纹瓦厚度为0.2~10mm，有效覆盖宽度为300~500mm，波高为2mm-300mm，波距为2~300mm。

一种制备权利上述的渗铝波纹瓦的方法，包括以下步骤：

一、将钢卷或钢板压制成波纹瓦工件；将基材经过辊道成型、压型、剪切后成为波纹瓦本体。

二、将波纹瓦工件烘烧除油；将波纹瓦工件化学脱脂，在400℃~450℃的温度区间内烘烧除油处理10min至表面干净无油。

三、酸洗除锈；除油后的波纹瓦工件浸入酸洗液中，酸洗液组分为质量百分比为2~3%的wt98H₂SO₄、15~17%的wt36HCl、余量为水。

优选的，酸洗步骤在通有交变电流的酸洗池内进行，电流值为30-50A，电源频率为8~10kHz，酸洗时间为2~3 min。由此方法，大幅缩短了酸洗的时间，也降低了酸的浓度。

四、水洗；除锈完毕的波纹瓦工件，用高压水冲洗1~2次。

五、表面活化；冲洗后的波纹瓦工件立即浸入含质量百分比1.6~2.0%Na₂B₄O₇、1.8~2.2%NaNO₂、27~33%NaOH、余量为水的活化液内27~33s。

优选的，活化液组分为质量百分比1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH、余量为水，浸入时间为30s。

六、助渗；活化后的波纹瓦工件立即浸入含质量百分比0.2~0.4%ZrF₄、0.1~0.15%Na₂ZrF₆、0.04~0.06%ZrO₂、0.04~0.06%KMnO₄、余量为水的助渗液内2~3min。

优选的，助渗液组分为质量百分比0.3% ZrF₄、0.12% Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄、余量为水。

七、烘干；助渗后的波纹瓦工件在300℃温度下烘干3min。

八、感应快速渗铝；

烘干后的波纹瓦工件立即浸入以感应方式加热至温度为700℃的铝液中，浸渗时间为2~3min；本例中所述的铝液为纯铝液。

优选的，感应加热设备的参数为频率8~10kHz、功率300~500kw、电流值为500-700A。进一步优选的，感应加热设备的参数为频率10 kHz、功率500kw，电流值为700A。

通过上述步骤得到表面渗铝的波纹瓦。经测试，本发明不仅可以保证波纹瓦的机械性能，而且使其具有优异耐腐蚀性能，使用寿命长，可极大地减少建筑物上墙面板、屋顶板和承重板的维护成本。

实施例1：

1、将钢卷或钢板压制成波纹瓦工件；将基材经过辊道成型、压型、剪切后成为波纹瓦本体。

2、烘烧除油，将波纹瓦工件化学脱脂，在425℃的温度区间内烘烧除油处理10min至表面干净无油。

3、酸洗除锈，除油后的波纹瓦工件浸入酸洗液中，酸洗液组分为质量百分比为2.5%的wt98H₂SO₄、16%的wt36HCl、余量为水；酸洗时通有交变电流的硫酸池内进行，电流值为40A，电源频率为9kHz，酸洗时间为2min。

4、水洗，除锈完毕的波纹瓦工件，用高压水冲洗2次。

5、表面活化，冲洗后的波纹瓦工件立即浸入含质量百分比1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH、余量为水的活化液内，浸入时间为30s。

6、助渗，活化后的波纹瓦工件立即浸入含质量百分比,0.3%ZrF₄、0.12%Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄、余量为水的助渗液内2min。

7、烘干，助渗后的波纹瓦工件在300℃温度下烘干3min。

8、感应快速渗铝；

烘干后的波纹瓦工件立即浸入以感应方式加热至温度为680℃的铝液中，浸渗时间为3min；本例所述的铝金属溶液为含有质量百分比0.5~0.8%铅、0.04~0.08%锑的铝液。感应加热设备的参数为频率9 kHz、功率450kw，电流值为650A。浸渗时间为时间为3分钟。

Claims (12)

1.一种渗铝波纹瓦，包括波纹瓦，其特征是：波纹瓦从内到外分为基体层（1）、铁铝合金层（2）和铝层（3），所述的铁铝合金层（2）厚度为14~29μm；

所述的铁铝合金层（2）和铝层（3）由波纹瓦工件经酸洗除锈、表面活化、助渗后浸入以感应方式加热至温度为680~700℃的铝液中，浸渗时间为2~3min后得到；

波纹瓦产品的伸长率可达29-38%。

2.根据权利要求1所述的一种渗铝波纹瓦，其特征是：所述的铁铝合金层（2）厚度为15~20μm。

3.根据权利要求1所述的一种渗铝波纹瓦，其特征是：所述的铝层（3）之外还形成氧化铝膜（4）。

4.根据权利要求1或2所述的一种渗铝波纹瓦，其特征是：所述的铁铝合金层（2）为柱状共晶状态的铁铝合金层，柱状晶体与铝层的表面垂直。

5.根据权利要求1或2所述的一种渗铝波纹瓦，其特征是：波纹瓦厚度为0.2~10mm，有效覆盖宽度为300~500mm，波高为2mm-300mm，波距为2~300mm。

6.一种制备权利要求1-5任一项所述的渗铝波纹瓦的方法，其特征是包括以下步骤：

一、将钢卷或钢板压制成波纹瓦工件；

二、将工件烘烧除油；

三、酸洗除锈；

酸洗液的组分为质量百分比为2~3%的wt98H₂SO₄、15~17%的wt36HCl、余量为水；

酸洗除锈步骤在通有交变电流的酸洗池内进行，电流值为30-50A，频率为8-10kHz，酸洗时间为2~3 min；四、水洗；

五、表面活化；

六、助渗；

七、烘干；

八、感应快速渗铝；

烘干后的工件立即浸入以感应方式加热至温度为680~700℃的铝液中，浸渗时间为2-3min；

通过上述步骤得到表面渗铝的波纹瓦。

7.根据权利要求6所述的一种制备渗铝波纹瓦的方法，其特征是：所述的铝液为纯铝液，或者含有质量百分比0.5~0.8%铅、0.04~0.08%锑的铝液。

8.根据权利要求6所述的一种制备方法，其特征是：步骤五中，冲洗后的波纹瓦工件立即浸入含质量百分比1.6~2.0%Na₂B₄O₇、1.8~2.2%NaNO₂、27~33%NaOH、余量为水的活化液内27~33s。

9.根据权利要求6所述的一种制备渗铝波纹瓦的方法，其特征是：活化液组分为质量百分比1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH、余量为水，浸入时间为30s。

10.根据权利要求6所述的一种制备渗铝波纹瓦的方法，其特征是：步骤六中，活化后的波纹瓦工件立即浸入含质量百分比0.2~0.4%ZrF₄、0.1~0.15%Na₂ZrF₆、0.04~0.06%ZrO₂、0.04~0.06%KMnO₄、余量为水的助渗液内2~3min。

11.根据权利要求10所述的一种制备渗铝波纹瓦的方法，其特征是：助渗液组分为质量百分比0.3% ZrF₄、0.12% Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄、余量为水。

12.根据权利要求6所述的一种制备渗铝波纹瓦的方法，其特征是：感应加热设备的参数为频率8~10kHz、功率300~500kw、电流值为500-700A。