CN107354424B - 一种抑制高强钢钢板表面选择性氧化的蒸镀锌预处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢的防腐蚀及热浸镀锌技术领域，尤其指一种抑制高强钢钢板表面选择性氧化的蒸镀锌预处理工艺。本发明是在连续退火前，真空状态下在高强钢钢板表面蒸镀一层具有抗钢基表面被选择氧化的Zn薄膜，防止选择性氧化。所述的Zn薄膜主要是由纯Zn通过高温加热到一定温度，使其Zn蒸汽凝华生成的金属Zn覆盖在基体表面。Zn薄膜具有良好的膜基结合强度。本发明通过在钢板表面蒸镀上一层Zn薄膜，抑制钢板表面的基体在退火过程中被选择性氧化，解决漏镀缺陷问题。

Description

一种抑制高强钢钢板表面选择性氧化的蒸镀锌预处理工艺
技术领域
本发明属于钢的防腐蚀及热浸镀锌技术领域，尤其指一种抑制高强钢钢板表面选择性氧化的蒸镀锌预处理工艺，能在真空状态下钢板表面蒸镀一层具有抗钢基表面被选择性氧化的Zn薄膜。
背景技术
由于钢铁材料具有资源丰富、生产简单、加工容易、成本低廉和性能多样性等特点，所以钢铁材料已经成为用量大使用面广的材料。但是根据研究调查表明，每年因为钢材腐蚀所造成的损失十分惊人，全球每年腐蚀经济损失约7000亿美元，占各国国民生产总值GNP的2％～4％，因而做好腐蚀与防护工作，既能保护钢材，节约生产资源，也能减少损失，为国民经济做出贡献。
在高温下，钢材和活性气体的反应是一个十分复杂的过程，其中钢板表面的合金元素将发生所谓的选择性氧化。“选择性氧化”是指钢中与氧气亲和力较强的合金元素优先于基体Fe元素生成氧化物的行为。根据Wagner提出的理论，选择性氧化可以分为外氧化和内氧化。外氧化是指扩散至表面的合金元素和氧气发生反应，在表面生成氧化物；而内氧化则是氧气通过扩散到达表面以下的亚表面层，与钢中的一种或数种合金元素发生反应，在亚表面层生成氧化物。高强钢板中加入合金元素，比如Mn、Si、Cr。这些合金元素的选择性氧化在表面形成的氧化产物会导致镀锌困难。所以本发明利用蒸镀技术，把Zn蒸镀到表面，生成一层薄膜，Zn薄膜可以将氧气和钢板表面活性元素隔离开来，阻止了气体和金属直接反应，起到了抗选择性氧化作用。
自上世纪70年代以来，薄膜技术和薄膜材料取得了突飞猛进的发展。总体而言,其制备技术可以分成物理法和化学法两种。物理法包括真空蒸镀法、溅射法等；化学法包括水解-沉淀法、溶胶-凝胶法、液相沉积法、原子层沉积法、化学气相沉积法等。本发明采用了真空蒸镀技术，真空蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程，金属加热至蒸发温度，然后蒸汽从真空室转移，在低温零件上凝结。该工艺在真空中进行，金属蒸汽到达表面不会氧化。蒸镀通常可以在圆柱形涂镀室内分批进行。涂镀室直径可达几米，取决于涂镀零件的大小和数量。零件可以绕蒸汽源做行星运动，以在零件各边均匀地涂镀金属层。如果需要的话，不需涂镀的区域可使用隔膜，通常是金属板。真空蒸镀是在真空条件下,通过加热使被镀材料气化沉积到温度较低的基片上形成所需薄膜的一种工艺。蒸发加热方式包括电阻加热电子束加热高频感应加热电弧放电加热激光束加热等。本发明采用高温双控管式炉加热。
采用真空蒸镀技术使钢板表面蒸镀上一层Zn薄膜，抑制钢板表面的基体在退火过程中被选择性氧化，解决漏镀缺陷问题。
因此，通过真空蒸镀方法解决漏镀缺陷问题，提高镀锌质量的技术。
发明内容
本发明的目的在于,在连续镀锌中，减少钢板连续退火时表面选择性氧化，通过在真空状态下蒸镀金属Zn到钢板表面，形成一层保护层，阻碍氧跟钢板表面直接接触，能减少钢板表面被选择性氧化，解决漏镀缺陷问题。
具体步骤如下：
(1)根据工业预处理方法，按照碱洗(80℃下用15％NaOH溶液碱洗除油3min)—水洗—酸洗(用15％盐酸酸洗除锈3min)—水洗—烘干的工艺流程，去除钢板表面的油污及杂质；
(2)将表面预处理的钢板放入有两个加热空腔A，B区的高温双控管式炉内，把空腔抽成真空状态，把A区加热到200～400℃，B区加热到450～550℃；
(3)把Zn通过活塞导杆推至A区，控制加热时间在2-5分钟；
(4)同时把处理好的钢板通过活塞导杆推至B区，控制时间在2-5分钟；在钢板表面生成金属Zn保护膜；
(5)将蒸镀Zn保护膜钢板放入退火炉内退火，还原气体为：5％H2-95％N2，退火温度选择工业常用的退火温度，即720℃～820℃，退火露点TDP为-20℃。
上述技术方案得以实施后，可以得到即致密又均匀的厚度为200～500nmZn薄膜，从而实现了本发明的目的。
本发明的有益效果为：
本发明在真空状态下高强钢钢板表面蒸镀一层致密均匀的Zn薄膜，阻止氧气和钢板表面的基体直接反应，抑制钢板表面的基体在退火过程中被选择性氧化。
附图说明
图1为本发明的真空状态下蒸镀金属Zn到钢板表面的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
(1)TRIP钢钢板工业预处理方法，按照碱洗(80℃下用15％NaOH溶液碱洗除油3min)—水洗—酸洗(用15％盐酸酸洗除锈3min)—水洗—烘干的工艺流程，去除钢板表面的油污及杂质；
(2)钢板预处理后，放入高温双控管式炉(两个加热空腔A，B区)内，把空腔抽成真空状态，把A区加热到200℃，B加热到450℃；
(3)把Zn通过活塞导杆推至A区，控制加热时间在2分钟；
(4)与(3)同时把处理好的钢板通过活塞导杆推至B区，控制时间在2分钟；在钢板表面生成金属Zn保护膜；
(5)将蒸镀Zn膜钢板在退火还原气体为5％H2-95％N2，退火温度/选择工业常用的退火温度，即720℃，退火露点TDP为-20℃。
通过上述步骤得到致密均匀的Zn薄膜，厚度达到200nm，Zn薄膜具有良好的膜基结合强度，在退火过程中，阻碍了氧气与TRIP钢板表面接触，抑制钢板表面的基体在退火过程中被选择性氧化。
实施例2：
(1)DP700钢钢板工业预处理方法，按照碱洗(80℃下用15％NaOH溶液碱洗除油3min)—水洗—酸洗(用15％盐酸酸洗除锈3min)—水洗—烘干的工艺流程，去除钢板表面的油污及杂质
(2)钢板预处理后，放入高温双控管式炉(两个加热空腔A，B区)内，把空腔抽成真空状态，把A区加热到300℃，B加热到500℃；
(3)把Zn通过活塞导杆推至A区，控制加热时间在3分钟；
(4)与(3)同时把处理好的钢板通过活塞导杆推至B区，控制时间在3分钟；在钢板表面生成金属Zn保护膜；
(5)将蒸镀Zn膜钢板在退火气氛为5％H2-95％N2，退火温度/选择工业常用的退火温度，即750℃，退火露点TDP为-20℃。
通过上述步骤得到致密均匀的Zn薄膜，厚度达到300nm，Zn薄膜具有良好的膜基结合强度，在退火过程中，阻碍了氧气与DP700钢板表面接触，抑制钢板表面的基体在退火过程中被选择性氧化。
实施例3：
(1)DP780钢钢板工业预处理方法，按照碱洗(80℃下用15％NaOH溶液碱洗除油3min)—水洗—酸洗(用15％盐酸酸洗除锈3min)—水洗—烘干的工艺流程，去除钢板表面的油污及杂质
(2)钢板预处理后，放入高温双控管式炉(两个加热空腔A，B区)内，把空腔抽成真空状态，把A区加热到400℃，B加热到550℃；
(3)把Zn通过活塞导杆推至A区，控制加热时间在5分钟；
(4)与(3)同时把处理好的钢板通过活塞导杆推至B区，控制时间在5分钟；在钢板表面生成金属Zn保护膜；
(5)将蒸镀Zn膜钢板在退火气氛为5％H2-95％N2，退火温度/选择工业常用的退火温度，即820℃，退火露点TDP为-20℃。
通过上述步骤得到致密均匀的Zn薄膜，厚度达到500nm，Zn薄膜具有良好的膜基结合强度，在退火过程中，阻碍了氧气与DP780钢板表面接触，抑制钢板表面的基体在退火过程中被选择性氧化。

Claims (3)

1.一种抑制高强钢钢板表面选择性氧化的蒸镀锌预处理工艺，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将表面预处理的钢板放入有两个加热空腔A，B区的高温双控管式炉内，把空腔抽成真空状态，把A区加热到200～400℃，B区加热到450～550℃；
(2)把Zn通过活塞导杆推至A区，控制加热时间在2-5分钟；
(3)同时把处理好的钢板通过活塞导杆推至B区，控制时间在2-5分钟；在钢板表面生成金属Zn保护膜；
(4)将蒸镀Zn保护膜钢板放入退火炉内退火。
2.如权利要求1所述的一种抑制高强钢钢板表面选择性氧化的蒸镀锌预处理工艺，其特征在于，所述表面预处理指：根据工业预处理方法，按照碱洗—水洗—酸洗—水洗—烘干的工艺流程，去除钢板表面的油污及杂质；碱洗为80℃下用15％NaOH溶液碱洗除油3min，酸洗为15％盐酸酸洗除锈3min；烘干为：100℃烘干1min。
3.如权利要求1所述的一种抑制高强钢钢板表面选择性氧化的蒸镀锌预处理工艺，其特征在于，所述退火指：还原气体为：5％H2-95％N2，退火温度为：720℃～820℃，退火露点为：-20℃。
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