CN1809653A - 一种制备金属镀覆钢产品的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备金属镀覆钢产品的方法，包括步骤：提供具有金属镀层的钢产品，向所述镀层添加另外的金属元素，对所述产品进行热处理，其特征在于：在添加所述的另外元素之前，通过介电阻挡放电对所述产品进行等离子处理，用于清洁和活化所述镀层的表面；通过物理气相沉积技术添加所述另外的元素，通过向所述镀层的外表面高能红外线辐射进行所述热处理。本发明进一步涉及一种设备包括：用于在金属镀覆产品上进行等离子处理的装置；通过使用物理气相沉积技术向所述镀层添加另外的元素的装置；向所述镀层的外表面进行高能红外线辐射的装置。

Description

一种制备金属镀覆钢产品的方法和设备
发明领域
本发明涉及制备金属镀覆钢产品，尤其镀锌或镀铝产品，或者具有Zn-Al镀层的产品，其中为了提高耐腐蚀性，其中向镀层中加入另外的合金元素如镁。
现有技术
已知的最好的提高钢产品耐腐蚀性的方法是提供金属镀层，如Zn镀层或Al镀层。已经研究出了复合Zn-Al合金热浸镀覆钢板，如Zn+5％Al(Galfan)和Zn+55％Al+1.6％Si(Galvalume)。它们由于既具有Zn的防腐蚀能力又具有Al的钝化能力因而具有高于镀锌钢的耐腐蚀性。
除了Al，Mg对耐腐蚀性具有有益效果也是已知的。尤其是，已经证实Mg在Zn-Al热浸镀覆钢板中的效果。已经研究出和商品化了几种在Zn和Al以外还含有Mg的具有提高的耐腐蚀性的镀层。大多数这些镀层是通过在热浸镀锌法中的镀液合金化制备的。
制备Mg合金金属镀层的另一个方法是从热浸镀金属镀层(如镀锌的Zn-Al或者镀铝的Al-Si镀层)或者电解镀Zn开始，通过物理气相沉积在镀层上添加Mg，接着热处理以使Mg在镀层中扩散和产生Mg合金化的镀层。在那种情况下在真空下沉积薄Mg层(通常小于1μm)。然后扩散退火这个两层镀层体系。在这个热处理中Mg扩散到金属镀层里并形成金属间化合物(如MgZn2、Mg2Zn11)。因此金属镀层由在常规金属镀层上的合金化镀层或者由具有贯穿整个厚度的金属间化合物的金属镀层构成。例如从文件WO-A-0214573知道这个最后技术，其中通过在Zn镀层上真空沉积Mg制备镀层，接着在保护性气氛下(HNx、N2、He或者Ar)感应加热。
感应加热的缺点是加热从镀锌钢基底的内侧作用。这导致了存在锌镀层发生镀锌层退火的风险的事实，即发生Fe-Zn反应的风险。这个现象在热浸镀锌镀层的情况下稍微延迟，其中镀锌层退火要求Fe2Al5抑制层发生破坏形成Fe-Zn金属间化合物。然而在电镀锌基底的情况下，由于在钢/锌界面不存在Fe-Al金属间层，Fe-Zn反应甚至更早开始。该Fe-Zn反应的结果主要是镀层延性的损失。
就Mg沉积来说，要求在沉积之前清洁和活化镀层表面。尤其是，为了让Mg扩散到金属镀层里需要从热浸镀锌或镀铝产品的表面将氧化层除去，或者万一在光整冷轧(即硬化轧制步骤)后添加Mg，则可能不得不除去光整冷轧乳液。根据现有技术，这可以通过碱性脱脂方法完成，然而由于这种脱脂步骤在生产线上要求大的物理空间，其不是一个紧凑方法，就效率和费用方面这是不受欢迎的。
文件DE19527515最后描述了一种方法，其中等离子处理先于Fe沉积到预先镀锌的钢板上。在添加Fe之后，接着热处理，然而在文件中没有确定其精确特征。
发明目的
本发明旨在提供一种制备金属镀覆钢产品的方法，其中通过热浸镀或者电解镀，主要是镀锌或镀铝施加镀层，接下来沉积另外的金属元素，优选Mg。首先，本发明的方法旨在提供与现有技术相比更紧凑的制备方法，以及不会引起Fe-Zn反应的加热步骤。
发明概要
本发明涉及制备金属镀覆钢产品的方法，包含步骤：
-提供具有金属镀层的钢产品，
-向所述镀层添加另外的金属元素，
然后
-对所述产品进行热处理，
其特征是：
-在添加所述另外的元素之前，对所述产品进行等离子处理，用于清洁和活化所述镀层的表面，
-通过物理气相沉积技术添加所述另外的元素，
-通过向所述镀层的外表面照射高能红外线辐射来施加所述的热处理。
根据优选实施方案，所述金属镀层选自：Zn镀层、Al镀层、Zn-Al镀层。
优选地，所述另外的金属元素是Mg，并且通过在低压下溅射或者蒸发而添加所述的Mg。
根据优选实施方案，所述等离子处理是介电阻挡放电(Dielectric BarrierDischarge)(DBD)等离子处理，其在由N2或由N2和H2混合物组成的气氛下，在0.1巴和1巴之间的压力下进行。或者，可以在真空下进行所述等离子处理。
进一步根据本发明，所述热处理可以在惰性气氛或在空气下进行。
本发明的方法优选应用于钢板，所述红外线辐射可以在5秒和10秒之间的时间间隔期间照射所述板的一个侧面，或者在3秒和8秒之间的时间间隔期照射所述板的两侧面。
所述红外线辐射的能量密度优选至少400kW/m2。
本发明同样涉及实施本发明的方法的设备，所述设备包括：
-用于在金属镀覆产品上进行等离子处理的装置，
-通过使用物理气相沉积技术向所述镀层添加另外的元素的装置，
-在添加所述另外的元素之后，向所述镀层的外表面照射高能红外线辐射的装置。
发明详述
本发明的方法包含下述步骤，所述步骤将在金属镀覆钢产品，优选已经受了热浸金属镀覆或电解镀覆工艺步骤的钢板上实施：
-通过对所述的产品进行等离子处理来清洁和活化镀层的表面。
-通过物理气相沉积技术如溅射或蒸发而将另外的金属元素沉积到所述表面。
-在所述沉积之后，通过在产品的镀覆侧面施加高能红外线辐射对所述产品进行热处理。
在优选实施方案中，金属镀层由Zn镀层、Al镀层或者Zn-Al镀层组成，通过热浸镀锌/镀铝或者(在锌镀层的情况下)电解镀锌施加镀层，而添加的金属元素是Mg。
根据本发明，可以在真空下进行等离子处理步骤。但是根据优选实施方案，等离子处理是介电阻挡放电等离子处理，其在常压或者稍微较低的压力下，实际上在0.1和1巴之间进行。在这种情况下，进行等离子处理的气氛由N2或者由N2和H2的混合物组成。可以应用两种已知的DBD等离子处理配置中的任一个，即平行板配置和远程等离子配置。在第一种情况下基底是第二电极并因此在等离子本身中处理板。在第二种情况下通过等离子余辉处理所述板。
关于等离子技术的细节可以在下面的一个或多个文件中找到：
US-A-6051150、US-A-6004631、WO-A-96/38311、US-A-5669583、DE-A-19546187、EP-A-0467639、WO-A-01/38596、US-A-5384167。
Mg在镀层上的物理气相沉积在低压或者在真空下，例如通过蒸发或溅射进行。蒸发是允许采用较高沉积速度和因此较高的线速度的技术，如果将所述配置安装在现有的电镀锌或者热浸镀锌/镀铝线上该技术尤其有利。
根据本发明，然后通过使用高能红外线辐射照射镀层对钢产品进行热处理。这可以通过类似于在制备涂漆金属板(参考EP-A-1201321)中已知的配置的一系列高能红外线灯进行。优选地，施加具有400kW/m2或更高能量密度的高能红外线辐射。这种类型加热的优点，除了它的速度，是从外侧加热钢产品的事实。因此，Mg从表面扩散到Zn或Al镀层更容易开始而没有影响在钢基底和所述Zn或Al镀层之间的界面。迄今为止不知道使用高能红外线来热处理金属镀覆产品，其主要是由于没有另外的金属添加物(如Mg)，镀层表面具有更高反射率，这将不允许充分吸收辐射用于进行所要求的加热。沉积的Mg为镀层提供了非反射表面，当施加高能红外线时允许有效的热吸收。
根据本发明，可以在(空气)大气条件下，或者在惰性气体存在的情况下进行高能红外线处理。后者具有的优点包括在沉积步骤结束时的温度并不重要，因为在惰性环境下当温度超过给定的界限时没有氧化物形成的危险。可以将高能红外线辐射施加在钢板的一侧，或者两侧。施加辐射的时间优选对于一面加热在5和10秒之间和对于两面加热在3和8秒之间。确切的辐射时间主要依赖于钢板的厚度。
由于应用了等离子处理和高能红外线加热，本发明的方法要紧凑得多，也就是比现有技术方法需要更少的物理空间，这使得它更容易合并到现有的金属镀覆生产线中。

Claims (12)

1、一种制备金属镀覆钢产品的方法，包括步骤：
-提供具有金属镀层的钢产品，
-向所述镀层添加另外的金属元素，然后
-对所述产品进行热处理，
其特征在于：
-在添加所述的另外元素之前，对所述产品进行等离子处理，用于清洁和活化所述镀层的表面，
-通过物理气相沉积技术添加所述另外的元素，
-通过向所述镀层的外表面照射高能红外线辐射施加所述热处理。
2、根据权利要求1的方法，其中所述的金属镀层选自：Zn镀层、Al镀层、Zn-Al镀层。
3、根据权利要求1或2的方法，其中所述的另外的金属元素是Mg，并且其中所述的Mg通过在低压下溅射或者蒸发添加。
4、根据权利要求1-3中任一方法，其中所述的等离子处理是介电阻挡放电(DBD)等离子处理，在由N2组成的或由N2和H2的混合物组成的气氛下，压力在0.1巴和1巴之间的压力下进行。
5、根据权利要求1-3中任一方法，其中所述的等离子处理在真空下进行。
6、根据权利要求1-5中任一方法，其中所述的热处理在惰性气氛下进行。
7、根据权利要求1-5中任一方法，其中所述的热处理在空气下进行。
8、根据权利要求1-7中任一方法，其中所述的产品是钢板。
9、根据权利要求8的方法，其中所述的红外线辐射在时间间隔为5和10秒之间向着所述钢板的一侧面照射。
10、根据权利要求8的方法，其中所述的红外线辐射在时间间隔为3和8秒之间向着所述钢板的两面照射。
11、根据在前的权利要求中的任一方法，其中所述红外线辐射的能量密度至少为400kW/m2。
12、实施权利要求1到11中任一方法的设备，包括：
-用于在金属镀覆产品上进行等离子处理的装置，
-通过使用物理气相沉积技术向所述镀层添加另外的元素的装置，
-在添加所述另外的元素之后，向所述镀层的外表面照射高能红外线辐射的装置。
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