CN103342012A

CN103342012A - 一种渗铝钢板网及制备方法

Info

Publication number: CN103342012A
Application number: CN2013102842584A
Authority: CN
Inventors: 费新成; 张雷; 韩孟岩; 刘凤生; 陈学辉; 刘丹
Original assignee: Hubei Provincial Communication Investment Four-Advantage Steel Tech Co Ltd
Current assignee: Hubei Provincial Communication Investment Four-Advantage Steel Tech Co Ltd
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: CN103342012B

Abstract

一种渗铝钢板网，包括钢板网，钢板网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。一种制备上述渗铝钢板网的方法，包括以下步骤：一、将钢卷、钢板或钢带，经冲压和拉伸成型为钢板网工件；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钢板网。本发明不仅可以保证钢板网的机械性能，而且使其具有优异耐腐蚀性能，使用寿命长，可极大地减少钢板网的后期维护成本。

Description

一种渗铝钢板网及制备方法

技术领域

本发明涉及钢板网领域，特别是一种渗铝钢板网及制备方法，适用于建筑领域的网眼状张料护栏和围栏，以及机械设备的扶梯和走道，主要作为机械设备、高速公路、体育场、机场等的防护栏，也可用作油罐车、重型机械、锅炉、轮船等的扶梯和走道。

背景技术

钢板网，是钢板或钢卷或钢带经过钢板网冲剪机的冲压和拉伸而成型的网眼状张料物体，由于其节省材料、牢固、寿命长等优点，广泛应用于机械设备、高速公路、体育场、机场等的围栏和防护栏，也可用作油罐车、重型机械、锅炉、轮船等的扶梯和走道。由于钢板网的经常用于防护栏或走道的特殊用途，其长期暴露在空气、阳光、水雾、雨水等环境中，由于与水分、氧气、热量的接触，极易造成锈蚀而失效，因此钢板网对防腐蚀和耐磨性的要求较高。常见的钢板网按照材料有以下几类：低碳钢板网、热镀锌钢板网、喷涂防锈漆钢板网、镀铝钢板网、不锈钢板网等。

低碳钢板网，就是采用低碳钢材料作为原材料而制成的钢板网，由于强度较低，制作相同强度的钢板网时需耗费更多钢材，钢板网的厚度较大，不便于安装和运输。同时低碳钢的防腐蚀能力较差，制作而成的钢板网寿命短，生锈而影响美观，基本已被市场淘汰。

热镀锌钢板网，是将成型的低碳钢板网进行热镀锌处理，使低碳钢表面与熔融的锌金属溶液反应而生成铁锌合金层，在铁锌合金层之上还会附着一层纯锌层，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，即使钢板网本体暴露于空气中，仍然会首先腐蚀锌层。因此镀锌钢板网具有较强的防腐蚀能力，寿命约为低碳钢板网的20倍，目前广泛使用作机场、高速公路、体育场的防护栏，以及机械设备、船舶等的扶梯和走道。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；同时锌属于贵重金属，镀锌钢板网价格普遍较高。

喷涂防锈漆钢板网，是在成型的低碳钢板网表面上喷涂防锈漆，以增强钢板网的防腐蚀能力，延长使用寿命。防锈漆能在钢材表面形成一层致密的漆膜以阻止腐蚀性物质的侵入，分为油性和水性防锈漆两种。其中油性防锈漆使钢件表面油腻去除困难，同时因其含有亚硝酸盐、铬酸盐等有毒物质，对操作人员的危害很大，已被限制使用。而水性防锈漆为了使漆料混合均匀，颗粒大小一致，工艺复杂，价格高昂，喷涂过程容易引起工人吸入而影响健康。总的来说，喷涂防锈漆钢板网能够在一定程度上提高产品的耐腐蚀特性，延长寿命，但不适合用于有碰撞、刮擦、磨损的表面，比如走道地板，容易造成漆层脱落，起不到防腐蚀作用。

镀铝钢板网，是将成型的低碳钢板网进行镀铝处理，成品表面由铁铝合金层和纯铝层构成。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。基于此优点，镀铝钢板网在常温环境的应用前景非常广阔。但由于镀铝工艺温度为700℃，不能形成稳固达标的共晶铁铝合金层，因此在高温使用时极容易造成表面纯铝层的脱落，极大的降低了其耐腐蚀能力，限制了镀铝钢板网在高温领域（如回火包、烟囱罩、锅炉防护罩、烧烤网罩等）的应用。

不锈钢板网，就是采用不锈钢做原材料，经过冲压和拉伸工艺成型的钢板网。由于不锈钢本身在大气和酸、碱、盐等腐蚀性介质中呈现钝态，寿命很长。但不锈钢本身具有很高的强度和塑性变形的能力，加工性能较差，制作钢板网时工艺复杂；同时不锈钢材料本身成本很高，约为镀锌钢的4倍，因此不锈钢板网的应用受到了极大的限制，仅在特殊要求的领域应用，如餐具、炊具等。

基于以上分析可知，目前市场急需一种强度高、防腐蚀、耐磨、价格低廉、绿色环保的钢板网。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种渗铝钢板网，综合普通钢板网强度高、价格低廉、加工性能好的特点，以及铝的超强抗腐蚀能力的优点，开发一种以钢卷或钢板或钢带为基体，在基体上热浸渗铝的新型钢板网。其综合了钢材和铝的优点，同时避免了镀锌过程的高污染和高耗能、镀铝产品的不耐高温、喷涂防锈漆产品的不耐磨性，符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：一种渗铝钢板网，包括钢板网，钢板网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。

所述的钢板网的丝梗厚度为0.5~10.0mm，短节距为5~100mm，长节距为12.5~250mm，丝梗宽度为0.5~12mm，网面宽为500~2000mm，网面长为500~10000mm。

一种制备上述的渗铝钢板网的方法，包括以下步骤：

一、将钢卷、钢板或钢带，经冲压和拉伸成型为钢板网工件；

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钢板网。

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板网产品，因此仅与现有的其他材质钢板网产品相比，本发明有以下优点：

1、使用钢卷或钢板或钢带作为基材，具有强度高、价格低廉、加工性能好的优点。

2、在刚基材表面热浸渗铝，充分利用了铝的超强抗腐蚀能力，延长了钢板网的使用寿命。

3、渗铝钢钢板网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，同时也为钢板网引入了优良的高温使用特性和耐磨特性。

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为本发明产品的局部放大示意图。

图3为图2的A-A剖面示意图。

图4为本发明产品的500倍下金相组织微观结构图。

图5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1-3中，一种渗铝钢板网，包括钢板网，钢板网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6~200μm。

优选地，所述的渗铝层2厚度为14~29μm。

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，可以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。

一种制备上述的渗铝钢板网的方法，包括以下步骤：

一、采用钢卷、钢板或钢带作为基材；使用钢板网冲剪机将基材经冲压和拉伸成型为钢板网工件；

二、将钢板网工件烘烧除油；将钢板网工件化学脱脂，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；除油后的钢板网工件浸入酸洗液中，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；除锈完毕的钢板网工件，用高压水冲洗1~2次。

五、表面活化；冲洗后的钢板网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；活化后的钢板网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；助渗后的钢板网工件在300℃温度下烘干3min。

八、感应快速渗铝；

烘干后的钢板网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钢板网。经测试，本发明不仅可以保证钢板网的机械性能，而且使其具有优异耐腐蚀性能，使用寿命长，可减少钢板网等防护设施的后期维护成本。

实施例一：

1、将钢板送入钢板网冲剪机，经过冲压和拉伸后成为钢板网本体。

2、制成的钢板网工件的丝梗厚度为3.0mm，短节距为36mm，长节距为100mm，丝梗宽度为4.05mm，网面宽为2000mm，网面长为4000mm。

3、烘烧除油，将钢板网工件化学脱脂，在410℃的温度区间内烘烧除油处理10min至表面干净无油。

4、酸洗除锈，除油后的钢板网工件浸入酸洗液中，酸洗液组分为质量百分比为3%的wt98H₂SO₄、17%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50A，电源频率为10kHz，酸洗时间为3min。

5、水洗，除锈完毕的钢板网工件，用高压水冲洗2次。

6、表面活化，冲洗后的钢板网工件立即浸入含质量百分比1.9%Na₂B₄O₇、2.1%NaNO₂、33%NaOH、余量为水的活化液内30s。

7、助渗，活化后的钢板网工件立即浸入含质量百分比,0.4%ZrF₄、0.1%Na₂ZrF₆、0.04%ZrO₂、0.06%KMnO₄、余量为水的助渗液内3min。

8、烘干，助渗后的钢板网工件在300℃温度下烘干3min。

9、感应快速渗铝；

烘干后的钢板网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2min；本例中所述的铝液为纯铝液；感应加热设备的参数为频率10 kHz、功率400kw，电流值为680A。

实施例二：

3、烘烧除油，将钢板网工件化学脱脂，在425℃的温度区间内烘烧除油处理10min至表面干净无油。

4、酸洗除锈，除油后的钢板网工件浸入酸洗液中，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。

5、水洗，除锈完毕的钢板网工件，用高压水冲洗2次。

6、表面活化，冲洗后的钢板网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。

7、助渗，活化后的钢板网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。

8、烘干，助渗后的钢板网工件在300℃温度下烘干3min。

9、感应快速渗铝；

烘干后的钢板网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500kw，电流值为650A。浸渗时间为时间为3分钟。

Claims

1.一种渗铝钢板网，包括钢板网，其特征是：钢板网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。

2.根据权利要求1所述的一种渗铝钢板网，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所述的一种渗铝钢板网，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所述的一种渗铝钢板网，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所述的一种渗铝钢板网，其特征是：所述的钢板网的丝梗厚度为0.5~10.0mm，短节距为5~100mm，长节距为12.5~250mm，丝梗宽度为0.5~12mm，网面宽为500~2000mm，网面长为500~10000mm。

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

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；

通过上述步骤得到表面渗铝的钢板网。

7.根据权利要求6所述的一种制备方法，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。

9.根据权利要求8所述的一种制备方法，其特征是：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。

10.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。

11.根据权利要求10所述的一种制备方法，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。

12.根据权利要求6所述的一种制备方法，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。

13.根据权利要求13所述的一种制备方法，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。

14.根据权利要求1所述的一种制备方法，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。