CN105618360A - 抗高温氧化涂装钢板及其热冲压成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗高温氧化涂装钢板及其热冲压成形方法。该抗高温氧化涂装钢板包括钢基材及抗高温氧化涂膜。该抗高温氧化涂膜是由抗高温氧化涂料涂覆于该钢基材上并经烘烤后所形成，该抗高温氧化涂料是由粘结剂及多个微米铝片所组成，该粘结剂具有Al-O立体分子结构，而各该微米铝片具有微米级厚度及5至30微米的长度。由此，可提升涂装钢板的抗高温氧化能力及热冲压特性，并使热冲压后的对象具有良好的点焊性及涂装性。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢板及其热冲压成形方法，特别涉及一种抗高温氧化涂装钢板及其热冲压成形方法。
背景技术
汽车工业的热冲压技术因具有成形性优、尺寸稳定性佳、成形次数较少及可制造出抗拉强度超过1470MPa的汽车结构件等优点，目前已成为汽车钣件制造的主要应用技术。然而，由于热冲压时温度通常会超过900℃，以致钢板表面高温锈皮严重，故成形后必须对工件进行喷砂处理，以去除锈皮。此外，钢板表面的高温锈皮还会对热冲压模具造成严重污染及磨耗，其不仅会造成生产作业的困扰，还会增加生产成本。
现有技术虽有提出一种由铝粉、硅胶树脂及硅烷所组成的涂料，但是经实际测试，上述涂料所形成的涂膜除了抗高温氧化特性不佳外，涂覆上述涂膜的钢板经热冲压后，其表面会生成过厚的氧化铝，以致电阻过高而无法点焊，故必须另以喷砂去除。而对应于喷砂去除程序，涂料则必须再添加一种有机牺牲成分（organicsacrificialcomponent）来保护铝粉，以避免产生氧化。然而，在空气中热处理钢板时，钢板表面仍会有氧化铝及氧化铁存在，而氧化铝及氧化铁会造成界面电阻加大，因此点焊时界面会产生极大的热量，而容易造成喷溅现象。同时，在高热量下，铜焊头容易与钢材反应造成粘结，以致焊点有铜粘附的现象，而铁与铝氧化物夹杂于焊核中，则不利于焊核强度与机性。
由上述分析可知，现有涂料所形成的涂膜仍有抗高温氧化特性及点焊性不佳的缺点。因此，有必要提供创新且具进步性的抗高温氧化涂装钢板及其热冲压成形方法，以解决上述现有缺失。
发明内容
本发明提供一种抗高温氧化涂装钢板，包括钢基材及抗高温氧化涂膜。该抗高温氧化涂膜是由抗高温氧化涂料涂覆于该钢基材上并经烘烤后所形成。该抗高温氧化涂料是由粘结剂及多个微米铝片所组成。该粘结剂具有Al-O立体分子结构，而各该微米铝片具有微米级厚度及5至30微米的长度。
本发明另提供一种抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法，包括以下步骤：提供抗高温氧化涂装钢板；加热该抗高温氧化涂装钢板至奥氏体化状态；及转移该抗高温氧化涂装钢板至模具中进行热冲压，以成形对象。
本发明以粘结剂及微米铝片组成抗高温氧化涂料，而该抗高温氧化涂料涂覆于钢基材上所形成的抗高温氧化涂膜，可提升涂装钢板的抗高温氧化能力及热冲压特性，并使热冲压后的对象具有良好的点焊性及涂装性。
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明所述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1显示本发明抗高温氧化涂装钢板的结构示意图；及
图2显示本发明抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法流程图。
附图标记说明
10抗高温氧化涂装钢板
12钢基材
14抗高温氧化涂膜
S21~S23步骤。
具体实施方式
参阅图1，其是显示本发明抗高温氧化涂装钢板的结构示意图。本发明的抗高温氧化涂装钢板10包括钢基材12及抗高温氧化涂膜14。在本实施例中，该钢基材12为锰硼钢基材。
该抗高温氧化涂膜14是由抗高温氧化涂料涂覆于该钢基材12上并经烘烤后所形成。在本实施例中，该抗高温氧化涂膜14的厚度需控制在2至10微米，因厚度小于2微米时，会降低涂膜的抗高温氧化能力，而厚度大于10微米时，则会使钢板的点焊性变差。此外，为提升该抗高温氧化涂膜14的附着性，优选地，该抗高温氧化涂膜14的烘烤温度应控制在120至300℃，而烘烤时间应控制在36至90秒。另外，该抗高温氧化涂料的涂覆方法可选自如下的其中一种：喷涂、辊涂及浸涂。
该抗高温氧化涂料是由粘结剂及多个微米铝片所组成。在本实施例中，该粘结剂具有Al-O立体分子结构，且该粘结剂以溶胶凝胶(sol-gel)方法制成。各该微米铝片具有微米级厚度（约0.5至1微米厚）及5至30微米的长度，且优选地，该等微米铝片的重量为涂料总重的5至30%。
在本实施例中，该抗高温氧化涂装钢板10可采用钢卷连续式生产或片式不连续生产。若采用钢卷连续式生产，其生产流程可为：解卷→碱洗→烘干→辊涂或浸涂（双面）→烘烤→盘卷。若采用片式不连续生产，其生产流程可为：冲片→碱洗→烘干→喷涂（单面）→烘烤→喷涂（另一面）→烘烤→堆栈包装。
图2显示本发明抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法流程图。配合参阅图2的步骤S21及图1，提供抗高温氧化涂装钢板10。在此步骤中，该抗高温氧化涂装钢板10包括钢基材12及抗高温氧化涂膜14。该抗高温氧化涂膜14是由抗高温氧化涂料涂覆于该钢基材12上并经烘烤后所形成。该抗高温氧化涂料是由粘结剂及多个微米铝片所组成。在本实施例中，该粘结剂具有Al-O立体分子结构，而各该微米铝片具有微米级厚度（约0.5至1微米厚）及5至30微米的长度。
此外，在此步骤中，该抗高温氧化涂装钢板10的抗拉强度为500至600Mpa。
配合参阅图2的步骤S22及图1，加热该抗高温氧化涂装钢板10至奥氏体化状态。在此步骤中，加热温度为870至950℃，而加热时间为3至5分钟。
配合参阅图2的步骤S23及图1，转移该抗高温氧化涂装钢板10至模具（图中未绘出）中进行热冲压，以成形对象。在此步骤中，包括以大于27℃/秒的冷却速率对该对象进行保压淬火处理，以使该对象具有均匀马氏体组织，进而可获得大于1400MPa的抗拉强度。
本发明以该粘结剂及该等微米铝片组成该抗高温氧化涂料，而该抗高温氧化涂料涂覆于钢基材12上所形成的抗高温氧化涂膜14，可提升涂装钢板10的抗高温氧化能力及热冲压特性，并使热冲压后的对象具有良好的点焊性及涂装性。
现以下列实施例予以详细说明本发明，但并不意谓本发明仅局限于此等实施例所揭示的内容。
[实施例1]
配制抗高温氧化涂料，涂料所添加微米铝片的重量为涂料总重的30%，而微米铝片的长度为5至10微米，并添加适当的分散剂使粘结剂与微米铝片均匀混合完全，可得固形份为50至60wt%。
以喷涂的方式将上述涂料涂覆于锰硼钢基材，涂膜厚度为3±l微米，涂覆后再于烘烤炉烘烤，烘烤温度设定在270℃，烘烤时间为48秒。将烘烤后的涂装钢板置于930℃的空气炉中加热5分钟至奥氏体化状态，接着，快速转移到模具中高速热冲压成形。
以百格试验烘烤后的涂装钢板，于胶带粘贴后，涂膜完全无脱落，代表具有良好的涂膜附着性。同样针对热冲压后的对象进行百格试验，于胶带粘贴后，涂膜也完全无脱落。另外，采用平面光源电阻测量模块（SurfaceResistanceMeter，设备厂商/型号：MitsubishiChemicalAna1ytech/Loresta-GPMCP-T610）以四点探针、定电流测量对象的表面电阻为<l×10-2欧姆，显示表面电阻极低。之后，进行电着涂装也可得到良好的涂装表面，而在高电流下点焊试验结果则无喷溅与焊头粘结现象，显示其焊接特性与裸钢相同。而热冲压后的物件的抗拉强度可达1500MPa。
[实施例2]
配制抗高温氧化涂料，涂料所添加微米铝片的重量为涂料总重的15%，而微米铝片的长度为5至10微米，并添加适当的分散剂使粘结剂与微米铝片均匀混合完全，可得固形份为40至50wt%。
以钢卷连续辊涂的方式将上述涂料涂覆于锰硼钢基材，涂膜厚度为5±l微米，涂覆后再于烘烤炉烘烤，烘烤温度设定在150℃，烘烤时间为36秒。将烘烤后的涂装钢板置于890℃的空气炉中加热5分钟至奥氏体化状态，接着，快速转移到模具中高速热冲压成形。
以百格试验烘烤后的涂装钢板，于胶带粘贴后，涂膜完全无脱落，代表具有良好的涂膜附着性。同样针对热冲压后的对象进行百格试验，于胶带粘贴后，涂膜也完全无脱落。另外，采用平面光源电阻测量模块（SurfaceResistanceMeter，设备厂商/型号：MitsubishiChemicalAna1ytech/Loresta-GPMCP-T610）以四点探针、定电流测量对象的表面电阻为<l×10-2欧姆，显示表面电阻极低。之后，进行电着涂装也可得到良好的涂装表面，而在高电流下点焊试验结果则无喷溅与焊头粘结现象，显示其焊接特性与裸钢相同。而热冲压后的物件的抗拉强度可达1500MPa。
[实施例3]
配制抗高温氧化涂料，涂料所添加微米铝片的重量为涂料总重的10%，而微米铝片的长度为5至10微米，并添加适当的分散剂使粘结剂与微米铝片均匀混合完全，可得固形份为35至45wt%。
以钢卷连续辊涂的方式将上述涂料涂覆于锰硼钢基材，涂膜厚度为9±l微米，涂覆后再于烘烤炉烘烤，烘烤温度设定在300℃，烘烤时间为60秒。将烘烤后的涂装钢板置于870℃的空气炉中加热5分钟至奥氏体化状态，接着，快速转移到模具中高速热冲压成形。
以百格试验烘烤后的涂装钢板，于胶带粘贴后，涂膜完全无脱落，代表具有良好的涂膜附着性。同样针对热冲压后的对象进行百格试验，于胶带粘贴后，涂膜也完全无脱落。另外，采用平面光源电阻测量模块（SurfaceResistanceMeter，设备厂商/型号：MitsubishiChemicalAna1ytech/Loresta-GPMCP-T610）以四点探针、定电流测量对象的表面电阻为<l×10-2欧姆，显示表面电阻极低。之后，进行电着涂装也可得到良好的涂装表面，而在高电流下点焊试验结果则无喷溅与焊头粘结现象，显示其焊接特性与裸钢相同。而热冲压后的物件的抗拉强度可达1480MPa。
[实施例4]
配制抗高温氧化涂料，涂料所添加微米铝片的重量为涂料总重的20%，而微米铝片的长度为5至10微米，并添加适当的分散剂使粘结剂与微米铝片均匀混合完全，可得固形份为45至55wt%。
以钢卷连续辊涂的方式将上述涂料涂覆于锰硼钢基材，涂膜厚度为12±l微米，涂覆后再于烘烤炉烘烤，烘烤温度设定在300℃，烘烤时间为60秒。将烘烤后的涂装钢板置于950℃的空气炉中加热3分钟至奥氏体化状态，接着，快速转移到模具中高速热冲压成形。
以百格试验烘烤后的涂装钢板，于胶带粘贴后，涂膜部分脱落（约5%），代表涂膜附着性较差。同样针对热冲压后的对象进行百格试验，于胶带粘贴后，涂膜完全无脱落。另外，采用平面光源电阻测量模块（SurfaceResistanceMeter，设备厂商/型号：MitsubishiChemicalAna1ytech/Loresta-GPMCP-T610）以四点探针、定电流测量对象的表面电阻为2×10-1欧姆，显示表面电阻高。之后，进行电着涂装虽可得到良好的涂装表面，但在高电流下点焊试验结果则有轻微喷溅与焊头粘结现象，显示其焊接特性较裸钢差，其原因应是涂膜厚度过厚所造成。
[实施例5]
配制抗高温氧化涂料，涂料所添加微米铝片的重量为涂料总重的5%，而微米铝片的长度为5至10微米，并添加适当的分散剂使粘结剂与微米铝片均匀混合完全，可得固形份为25至30wt%。
以钢卷连续辊涂的方式将上述涂料涂覆于锰硼钢基材，涂膜厚度为5±l微米，涂覆后再于烘烤炉烘烤，烘烤温度设定在120℃，烘烤时间为90秒。将烘烤后的涂装钢板置于870℃的空气炉中加热5分钟至奥氏体化状态，接着，快速转移到模具中高速热冲压成形。
以百格试验烘烤后的涂装钢板，于胶带粘贴后，涂膜完全无脱落，代表具有良好的涂膜附着性。同样针对热冲压后的对象进行百格试验，于胶带粘贴后，涂膜也完全无脱落。另外，采用平面光源电阻测量模块（SurfaceResistanceMeter，设备厂商/型号：MitsubishiChemicalAna1ytech/Loresta-GPMCP-T610）以四点探针、定电流测量对象的表面电阻为<l×10-1欧姆，显示表面电阻高。之后，进行电着涂装虽可得到良好的涂装表面，但在高电流下点焊试验结果则有轻微喷溅与焊头粘结现象，显示其焊接特性较裸钢差，其原因应是所添加微米铝片的重量过低所造成。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此本领域技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如后述的权利要求书所列。
Claims (14)
1.一种抗高温氧化涂装钢板，包括：
钢基材；和
抗高温氧化涂膜，其由抗高温氧化涂料涂覆于该钢基材上并经烘烤后所形成，该抗高温氧化涂料由粘结剂及多个微米铝片所组成，该粘结剂具有Al-O立体分子结构，而各该微米铝片具有微米级厚度及5至30微米的长度。
2.如权利要求1的抗高温氧化涂装钢板，
其中该钢基材为锰硼钢基材。
3.如权利要求1的抗高温氧化涂装钢板，
其中该抗高温氧化涂膜的厚度为2至10微米。
4.如权利要求1的抗高温氧化涂装钢板，
其中该等微米铝片的重量为涂料总重的5至30%。
5.如权利要求1的抗高温氧化涂装钢板，
其中该粘结剂以溶胶凝胶方法制成。
6.如权利要求1的抗高温氧化涂装钢板，
其中该抗高温氧化涂料的涂覆方法选自如下的其中一种：喷涂、辊涂及浸涂。
7.如权利要求1的抗高温氧化涂装钢板，
其中该抗高温氧化涂膜的烘烤温度为120至300℃。
8.如权利要求1的抗高温氧化涂装钢板，
其中该抗高温氧化涂膜的烘烤时间为36至90秒。
9.一种抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法，包括以下步骤：
(a)提供如权利要求1的抗高温氧化涂装钢板；
(b)加热该抗高温氧化涂装钢板至奥氏体化状态；及
(c)转移该抗高温氧化涂装钢板至模具中进行热冲压，以成形对象。
10.如权利要求9的抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法，
其中步骤(a)的该抗高温氧化涂装钢板的抗拉强度为500至600MPa。
11.如权利要求9的抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法，
其中步骤(b)的加热温度为870至950℃。
12.如权利要求9的抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法，
其中步骤(b)的加热时间为3至5分钟。
13.如权利要求9的抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法，
其中步骤(c)另包括以大于27℃/秒的冷却速率对该对象进行保压淬火处理，以使该对象具有均匀马氏体组织。
14.如权利要求13的抗高温氧化涂装钢板的热冲压成形方法，
其中该对象的抗拉强度大于1400MPa。
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