CN111434404A - 一种耐腐蚀热冲压件的制造方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀热冲压件的制造方法及装置。所述耐腐蚀热冲压件的制造方法包括以下步骤：将裸钢板落料成所需形状的坯料；坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层；将具有涂料层的坯料放入无氧加热炉内进行加热1‑10min，使坯料的温度达到880‑950℃之间；将加热后的坯料放入模具中成型，使之形成具有耐腐蚀原位涂层的零件。采用本方法制备的热冲压件，具有良好的耐腐蚀性，且加热时间可明显缩短以提高生产效率。

Description

一种耐腐蚀热冲压件的制造方法及装置

技术领域

本发明涉及了热冲压成型技术领域，具体的是一种耐腐蚀热冲压件的制造方法及装置。

背景技术

传统的采用裸板(也称无涂层板、无镀层板)制备的热成型零部件在使用过程中，易产生氧化皮，且无防腐蚀能力。为了提高裸板的热成型件的抗氧化、耐腐蚀能力，目前市面上开发出了铝硅镀层板、锌基镀层等技术。

应用的最广泛的为铝硅涂层板，然而对于铝硅镀层板，其热压后铝硅镀层不具备牺牲阳极保护(通俗地说，是利用阳极金属的腐蚀来保护阴极金属减缓腐蚀)性能。锌基镀层虽然具有较好的切口保护性能即阴极保护功能，例如专利CN106282873A提出了一种热冲压钢的合金镀层及其制备方法，通过在热冲压钢上镀覆一层Zn、Si、Al的合金镀层，使得热冲压钢在加热过程中具有较高的耐高温性以及冲压后具有良好的耐切口保护性，但在热成型过程中，锌基镀层容易产生LMIE(液态金属裂纹断裂)，导致零件失效，并且锌镀层的热处理温度范围较窄。采用热镀锌涂层，热压时δZn-Fe组织会在加热时转变为液态的ΓZn-Fe组织，热压时该镀层组织中的裂纹受应力作用延伸为基体裂纹即产生LMIE。采用铝硅涂层，也是同样问题，如果热压加热时涂层全部合金化则铝铁金属间化合物只起物理遮断防腐作用。如果加热时合金化不充分则涂层裂纹不可避免。另外无论是镀锌还是镀铝，热压过程中模具的摩擦使得零件表面涂层剥落，千疮百孔的涂层使得物理遮断防腐作用失效。

因此在热压加热过程中尽量保留高含量锌的组织同时又避免液态富锌组织接触基体，便易于获得涂层的阴极保护功能和避免LMIE问题。

专利CN1089139850A公开了一种热成型用锌镁基层钢板及制造和热冲压方法，通过高能喷丸处理，使钢坯形成表面纳米层后果热浸镀的方式浸镀一层Al1.0％-3.0％，Mg1.0％-2.0％的锌镁镀层，用于解决纯锌镀层LMIE问题及易于蒸发问题。但这种通过高能喷丸的方式形成表面纳米层会导致坯料变形严重。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种耐腐蚀热冲压件的制造方法及装置，其用于解决上述问题中的至少一种。

本申请实施例公开了：一种耐腐蚀热冲压件的制造方法，包括以下步骤：

将裸钢板落料成所需形状的坯料；

对坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层；

将具有涂料层的坯料放入无氧加热炉内进行加热1-10min，使坯料的温度达到880-950℃之间；

将加热后的坯料放入模具中成型，使之形成具有耐腐蚀原位涂层的零件。

具体的，所述表面处理的方法包括：刷涂、热喷涂、冷喷涂或热浸镀。

具体的，所述涂料层包括形成于所述坯料表面的第一金属粉末层和形成于所述第一金属粉末层上的第二金属粉末层。

具体的，所述第一金属粉末层包括纯铝粉末和/或铝硅粉末，所述第二金属粉末层包括锌铁二元合金粉末。

具体的，所述锌铁二元合金粉末层中，锌的含量为75-97wt.％之间，铁的含量在3-25wt.％之间。

具体的，所述涂料层的总厚度在10-100μm之间。

具体的，所述涂料层的总厚度在20-40μm之间。

具体的，所述金属粉末层中，金属粉末的粒径在1-20μm之间。

具体的，在对具有涂料层的坯料进行加热时，在880-950℃的温度下对有涂料层的坯料进行保温30-180s。

本申请实施例还公开了一种耐腐蚀热冲压件的制造装置，包括落料机构、表面处理机构、加热机构以及成型机构，其中：

所述落料机构用于将裸钢板落料成坯料；

所述表面处理机构用于对坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层；

所述加热机构用于对具有涂料层的坯料进行加热1-10min，使坯料的温度达到880-950℃之间；

所述成型机构用于对加热后的坯料进行成型，使之形成具有耐腐蚀原位涂层的零件。

本发明的有益效果如下：

1.通过在裸钢板坯料的表面涂覆一层或多层不同的金属粉末，使坯料的表面形成涂料层，该涂料层中同时包含铝和锌铁合金，当具有该涂料层的坯料被加热至高温时，涂料层中的铝与坯料基体中的铁剧烈反应形成铝铁金属间化合物，铝铁金属间化合物能阻挡液态的富锌组织进入坯料基体中，从而抑制LMIE的产生，即本方法既能使得坯料的表面产生具有良好阴极保护效果的富锌组织，也能避免液体富锌组织接触坯料的基体，因此，该坯料成型的零件，其表面的涂层具有良好的牺牲阳极效果(或者说阴极保护功能)，提高了零件的耐腐蚀性。

2.锌的膨胀系数与铁相差3倍，直接与铁基体接触时，在热冲压成形时，零件急速冷却会使锌涂层易产生裂纹。而铝的热膨胀系数在锌、铁的热膨胀系数之间，铝可以为做过渡层，缩小锌涂层加热后裂纹的程度。

3.本实施例中所采用的方法，利用了热冲压工艺中对坯料的奥氏体化加热的过程，同时实现了涂料层与坯料基体扩散、反应，从而形成耐腐蚀涂层，节省了单独加热使涂料层与坯料基体结合形成耐腐蚀涂层的工序，节约了加工时长和成本。

4.由于涂料层中的铝与坯料基体中的铁剧烈反应形成铝铁金属间化合物能阻挡液态的富锌组织进入坯料基体中产生LMIE，因此，无需为了防止锌单质在加热富锌组织时产生LMIE裂纹而延长加热时间，可以迅速对具有上述涂料层的坯料进行加热，加快了生产节拍，提高生产率。

5.本实施例采用裸钢板进行落料，不仅可以大大节约原材料成本，并且无涂层钢板在落料时产生的废料由于表面没有涂层，便于回收再利用，节约资源。

6.本实施例所制备的零件，其表面的涂层为铝铁金属间化合物和锌铁合金组织，因此，其焊接性能佳。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中所述耐腐蚀热冲压件的制造方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法包括以下步骤：

首先，将裸钢板(也称无涂层板、无镀层板)按照零件的尺寸及形状要求进行落料，以获得坯料。具体的，此步骤中，落料的方式可以为冷冲压落料或激光切割落料等，以便适应不同材质、厚度的钢板。所述裸钢板的各组分按质量百分比计为：C：0.1％-0.3％，Si：0.05％-1.0％，Mn：0.5％-2.0％，Cr：0.02％-1.0％，B<0.01％，Mo≤0.5％，Nb≤0.2％，V≤0.2％，Ti≤0.2％，余量为Fe和其它一些不可避免的杂质。

接着，对坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层。具体来说，在本实施例中，采用刷涂、热喷涂、冷喷涂或热浸镀的方式，将金属粉末刷涂、喷涂或热浸镀在坯料的正反两面，使坯料的表面形成金属粉末层。较佳的，可采用如乙醇或乙酸乙酯等易挥发性溶剂调和金属粉末，再将调和后的金属粉末涂刷至坯料的正反两面上。进一步的，所述金属粉末层的数量可以为一层，也可以为多层，即可以在坯料的表面上刷涂或喷涂一次，或者多次，使得坯料单面上的一层或多层金属粉末层的总厚度介于10-100μm之间，优选20-40μm之间。

接着，将具有涂料层的坯料放入无氧加热炉内进行加热1-10min，使坯料的温度达到880-950℃之间。其中，所述无氧加热炉包括真空加热炉和惰性气氛加热炉。采用无氧加热炉对具有涂料层的坯料进行加热，可以避免坯料及其表面的金属粉末在高温环境下发生氧化，而将坯料的温度加热至880-950℃之间，既能使得金属粉末与坯料的基体钢铁在高温下原位生成金属间化合物及金属单质的耐腐蚀镀层，也能使得坯料的基体钢铁发生奥氏体化，有利于后续的冲压成型。

接着，将加热后的坯料放入模具中成型，使之形成具有耐腐蚀原位涂层的零件，所述耐腐蚀原位涂层是指，在高温的作用下，由金属粉末之间或金属粉末与坯料基体的钢铁之间相互扩散而形成的具有很强结合力的耐腐蚀的冶金层。较佳的，坯料从加热炉中出炉并进入模具的温度为880℃左右。

具体的，所述涂料层为金属粉末涂层，所述金属粉末涂层包括形成于所述坯料表面的第一金属粉末涂层和形成于所述第一金属粉末涂层上的第二金属粉末涂层。其中，所述第一金属粉末涂层包括纯铝粉末和/或铝硅粉末，所述第二金属粉末涂层包括锌铁二元合金粉末。换句话说，所述锌铁二元合金粉末和所述坯料的表面之间设有纯铝粉末和/或铝硅粉末，以避免锌铁二元合金粉末层与坯料的表面接触，从而避免在高温加热下，锌铁二元合金粉熔化后的液态富锌组织接触坯料基体而产生LMIE。其中，所述锌铁二元合金粉末层中，锌的含量为75-97wt.％之间，铁的含量在3-25wt.％之间；各个金属粉末层中，金属粉末的粒径介于0.1-50μm之间，优选1-20μm之间，以确保金属粉末在坯料的表面上形成均匀致密的涂料层，以及在后续的加热过程中金属粉末能与坯料基体充分产生反应而形成致密的耐腐蚀涂层。

具体的，在将具有涂料层的坯料加热至880-950℃之间的过程中，当坯料被加热至880-950℃时，在此温度下对坯料进行保温30-180s后再将坯料出炉。如此，第一层的铝粉熔化为液体后与坯料基体中的铁的扩散方式由原来的固固扩散变为液固扩散,从而使得扩散速度急速增加,液态的铝单质和铁基体剧烈反应,迅速形成铝铁金属间化合物扩散层，增加附着力。由于第一层中的金属粉末与坯料基体产生的铝铁金属间化合物的熔点在1100℃左右，因此，在热冲压加热温度区间内(通常为880-950℃之间)仍保持固态，使得铝铁金属间化合物不会产生LMIE；并且，固态的铝铁金属间化合物也阻止了第二层金属粉末中的液态富锌组织渗入坯料基体中产生LMIE；第二层的富锌的锌铁合金组织则保留了阴极保护功能，具有良好的耐腐蚀性能。另外，坯料加热后形成的铝铁金属间化合物和锌铁合金组织均具有良好的焊接性能，锌铁合金组织还具有良好的涂装性能。

借由上述方案，本实施例所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法具有以下优点：

1.通过在裸钢板坯料的表面涂覆一层或多层不同的金属粉末，使坯料的表面形成涂料层，当具有该涂料层的坯料被加热至高温时，涂料层中的铝单质与坯料基体中的铁剧烈反应形成铝铁金属间化合物，铝铁金属间化合物能阻挡锌熔化形成液态锌(ΓZn-Fe组织)进入奥氏体化的坯料基体中，从而抑制LMIE的产生，即本方法既能使得坯料的表面产生具有良好阴极保护效果的富锌组织，也能避免液体富锌组织接触坯料的基体，因此，该坯料成型的零件，其表面的涂层具有良好的牺牲阳极效果(或者说阴极保护功能)，提高了零件的耐腐蚀性。

2.锌的膨胀系数与铁相差3倍，直接与铁基体接触时，在热冲压成形时，零件急速冷却会使锌涂层易产生裂纹。而铝的热膨胀系数在锌、铁的热膨胀系数之间，铝可以为做过渡层，缩小锌涂层加热后裂纹的程度。

3.本实施例中所采用的方法，利用了热冲压工艺中对坯料的奥氏体化加热的过程，同时实现了涂料层与坯料基体扩散、反应，从而形成耐腐蚀涂层，节省了单独加热使涂料层与坯料基体结合形成耐腐蚀涂层的工序，节约了加工时长和成本。

4.由于涂料层中的铝单质与坯料基体中的铁剧烈反应形成铝铁金属间化合物能阻挡锌熔化形成液态锌(ΓZn-Fe组织)进入坯料基体中产生LMIE，因此，无需为了防止锌单质在加热富锌组织时产生LMIE裂纹而延长加热时间，可以迅速对具有上述涂料层的坯料进行加热，加快了生产节拍，提高生产率。

5.本实施例采用裸钢板进行落料，不仅可以大大节约原材料成本，并且无涂层钢板在落料时产生的废料由于表面没有涂层，便于回收再利用，节约资源。

6.本实施例所述的方法所制备的零件，其表面的涂层为铝铁金属间化合物和锌铁合金组织，因此，其焊接性能佳。

以下采用两个案例对本实施例所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法作进一步说明。

案例1

首先，采用激光切割的落料方法对1.6mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到车身B柱的坯料。

接着，先在坯料的反面(即车身零件的内表面)刷涂一层厚度在10-40μm之间的纯铝粉，其中，该层纯铝粉的粉末粒径在1-10μm之间；然后，在坯料的正面(即车身零件的外表面)上先刷涂一层10-20μm厚的纯铝粉，待该层纯铝粉干后再在其上刷涂锌铁二元合金粉，所述锌铁二元合金粉中，铁含量(质量百分比)在3-25％之间，该锌铁二元合金粉末层的粉末粒径均在1-10μm之间，厚度在10-20μm之间。

接着，将上述坯料放入真空加热炉中进行加热5min，使坯料的温度达到880℃，并在该温度下对坯料进行保温180s，使金属粉末与坯料基体中的钢铁充分反应、扩散，同时使坯料基体中的铁奥氏体化。

接着，接着，在880℃的温度下将坯料出炉并放入模具中成型，使之形成B柱热冲压零件。

案例2

首先，采用激光切割的落料方法对1.5mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到车身B柱的坯料。

接着，在坯料的正反两面分别先热浸镀一层厚度为10μm的纯铝层，后在纯铝层上再喷涂一层10um锌铁合金层。

接着，将具有涂料层的坯料放入真空加热炉中进行加热，对坯料进行快速加热，使坯料达到900℃，并在该温度下对坯料进行保温150s，使内层的铝粉及铝锌扩散产物与坯料基体中的铁发生扩散和反应，同时使坯料基体中的铁奥氏体化。

接着，在880℃的温度下将坯料出炉并放入模具中成型，使之形成B柱热冲压零件。

案例3

首先，采用激光切割的落料方法对1.5mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到车身B柱的坯料。

接着，在坯料的正反两面分别先喷涂一层厚度为15μm的铝硅层，后在铝硅层上再喷涂一层15um锌铁合金层。

接着，将具有涂料层的坯料放入真空加热炉中进行加热，对坯料进行快速加热，使坯料达到900℃，并在该温度下对坯料进行保温180s，使内层的铝硅粉及铝锌扩散产物与坯料基体中的铁发生扩散和反应，同时使坯料基体中的铁奥氏体化。

接着，在900℃的温度下将坯料出炉并放入模具中成型，使之形成B柱热冲压零件。

本实施例所述的耐腐蚀热冲压件的制造装置，包括落料机构、表面处理机构、加热机构以及成型机构，其中：

所述落料机构用于将裸钢板落料成坯料；

所述表面处理机构用于对坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层；

所述加热机构用于对具有涂料层的坯料进行加热1-10min，使坯料的温度达到880-950℃之间；

所述成型机构用于对加热后的坯料进行成型，使之形成具有耐腐蚀原位涂层的零件。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将裸钢板落料成所需形状的坯料；

对坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层；

将具有涂料层的坯料放入无氧加热炉内进行加热1-10min，使坯料的温度达到880-950℃之间；

将加热后的坯料放入模具中成型，使之形成具有耐腐蚀原位涂层的零件。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，在步骤“对坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层”中，所述表面处理的方法包括：刷涂、热喷涂、冷喷涂或热浸镀。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，在步骤“对坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层”中，所述涂料层包括形成于所述坯料表面的第一金属粉末层和形成于所述第一金属粉末层上的第二金属粉末层。

4.根据权利要求3所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，所述第一金属粉末层包括纯铝粉末和/或铝硅粉末，所述第二金属粉末层包括锌铁二元合金粉末。

5.根据权利要求4所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，所述锌铁二元合金粉末层中，锌的含量为75-97wt.％之间，铁的含量在3-25wt.％之间。

6.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，所述涂料层的总厚度在10-100μm之间。

7.根据权利要求6所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，所述涂料层的总厚度在20-40μm之间。

8.根据权利要求3所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，所述第一金属粉末层和所述第二金属粉末层中，金属粉末的粒径在1-20μm之间。

9.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，在步骤“将具有涂料层的坯料放入无氧加热炉内进行加热1-10min，使坯料的温度达到880-950℃之间”中，还包括：在880-950℃的温度下对有涂料层的坯料进行保温30-180s。

10.一种耐腐蚀热冲压件的制造装置，其特征在于，包括落料机构、表面处理机构、加热机构以及成型机构，其中：

所述落料机构用于将裸钢板落料成坯料；

所述表面处理机构用于对坯料进行表面处理，使坯料的表面形成涂料层；

所述加热机构用于对具有涂料层的坯料进行加热1-10min，使坯料的温度达到880-950℃之间；

所述成型机构用于对加热后的坯料进行成型，使之形成具有耐腐蚀原位涂层的零件。

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