CN86100909A - 处理导电型材的方法、实施该方法的设备及所得的处理过的型材 - Google Patents

Abstract

一种处理由导电材料制成的连续元件或金属丝的方法，其中，所述元件穿过一种处理液，其特征在于：在所述元件或金属丝浸入所述处理液之前，通过所述处理液上游的接触液而施加电流，而使所述元件或金属丝加热至一个温度。最好有一种预处理液，并且接触液的电压要高于处理液和预处理液的电压。通过控制电流强度可以调节每个元件进入处理液时的温度，以便使在那里的元件的电阻保持不变。

Description

本发明涉及对导电的连续元件（或者型材）涂层这一技术领域，尤其涉及对金属丝或类似的元件的涂层。更具体地说，本发明的主题是处理导电的长元件（或者型材）、尤其是金属丝的方法，采用该方法可以在这些元件上得到一层用至少一种导电材料构成的涂层。可以明白，本发明尤其适用于用金属涂层的方法处理金属丝，更广泛地说，处理用导电材料制成的丝或其它长元件，本发明的最佳实施方案是采用所谓电镀法用锌对钢丝涂层。

本发明还涉及使上述处理方法得以实施的设备。

本发明的主题还包括采用根据本发明的方法或用本发明的设备所得的涂层金属丝。

在本说明书中，处理所谓型材，不仅包括狭义的金属丝，广义地讲，还包括所有用导电材料构成的、较长的以便能在其滑行穿过处理液时对其加以处理的产品。这种处理适合于任何截面的型材，后者不仅可以是具有圆形截面的金属丝，也可以是钢条、扁的钢片，各种截面的型材、或其它长元件，它们能滑行穿过一个处理设备，能从供给线卷上松开，并在设备的输出端被缠在接受线卷上，或被切成定尺。

对这些型材的处理是通过采用导电材料进行的，导电材料在进行处理时处于液体状态。通常（但不是绝对的）这些处理液是用溶融金属或金属合金制成的。

本发明所具体涉及的对钢元件（如钢丝）电镀的领域中，通常的作法是使金属丝滑行（即牵拉）穿过主要工序为所谓电镀工序设备，然后，金属丝穿过一个含有加热的锌液槽，在槽的上游，在温度大大低于锌液的情况下对金属丝进行预热处理。这样便可避免金属丝在外部空气中氧化。在处理液的出口（即下游）处，采用撒水法，空气流通法，或将两种方法结合使用，在将金属丝缠在接受卷上之前使金属丝冷却。

这种电镀工序可与传统的处理方法相串连。传统的处理方法旨在改善钢的机械特性，包括使金属丝通过退火炉（隧道式退火炉）也许通过淬火槽，在到达上述预热工序和锌液本身之前，还要经过冷却，蚀刻、冲洗等阶段。

迄今所采用的这些技术，由于与获得形成涂层的化学反应方式有直接关系而不能使人完全满意。

金属丝上的锌涂层的粘附强度似乎在很大程度上受第一层铁锌合金的性质和结构的影响，铁锌合金层是在金属丝进入温度常常约为450℃的处理槽时，在金属表面上形成。

为了获得粘附性能强的锌涂层，关键要使用全脱氧或者半脱氧的钢，因为沸腾钢或非脱氧钢，或者小型炼钢厂出的钢在粘附强度测试中不能给人以满意的结果。

考虑到目前的情况，尤其是能制出便宜、低质钢的短模（Shortdies）的不断发展，因此，必须采用其它浸镀技术。

有人曾建议，使用氮化和还原气氛来预处理钢表面，然后在720℃的温度下将其引入处理槽的锌液中，然而，由于技术上的原因，从加热炉的出口到锌液的进口金属丝的温度不能保持常量，因此，毫无疑问要选择更高的温度。

本发明旨在减少上述困难，并能改善通常所研究的电镀金属丝，或一般地说任何以类似的方式涂层或处理过的连续元件的机械特性和物理化学特性。

为此目的，本发明的主题是一种处理由导电材料构成的连续元件的方法，根据该方法，所述元件从一种处理液中抽出，其特征在于：在所述元件浸入所述处理液内之前，所述元件通过穿过一个电势与所述处理液和预接触液的电势大不相同的导电接触液而接受焦耳效应，从而被加热。

以这种方式，最好将元件加热至一个高于所述处理液温度的温度，以便将后者保持在一个有效处理温度上。通过将型材加热至一个高于所述处理液的蒸发温度，常常可以使处理效果得到进一步的改善。

导电的处理液可以构成一个接触点，电流沿各接触点间的通道流过元件。这样，在所述元件浸入所述处理液之前，元件已穿过接触液。

在进入所述接触液之前，所述元件最好穿过一种脱脂液，然后，电接触点便被分散，第一接触点在脱脂液的液面，第二接触点在所述接触液的液面，第三接触点接着第二接触点，在处理液的液面对所述元件用焦耳效应加热。

在本发明的方法的主要应用之一中，连续元件是由钢元件构成的。

在进行电镀的范围内，处理液是由锌液构成的，在处理液前面的接触液可用溶融金属液构成，如铅液，或电解液。

用于脱脂的预接触液可由电解液构成。在这方面，可以联想到采用其他任何已知类型的电解液。周期地转换极性可以改变元件处理的阴极效应和阳极效应。

本发明的一个目的是对几个元件或金属丝或丝组件同时方便的进行处理。在这种情况下，对电流密度的调节是在每个元件或金属丝上分别进行的。以免所述元件或金属丝的滑动速度产生变化，从而使加热的金属丝的温度保持在一个期望的恒定值上。在此，可将每根金属丝或金属丝组件理解成多根金属丝或连续元件，如片状金属丝。

为了使连续元件不受腐蚀性气氛的腐蚀，而是，将其保持在锌蒸气的环境里，最好在接触液与处理液之间用保护套将连续元件围住。

如前面提到的，本发明的主题还包括对导电的连续元件（尤其是金属丝）进行处理的设备。该设备包括装有处理液的槽和在元件进入所述槽之前将其加热的装置。对所述元件进行加热的该装置包括一个电流源，其两极分别与所述处理液和接触液相连，所述金属丝分别穿过该接触液向上接至其滑动电路。

在最佳实施方案中，该设备在连续元件运动的线路上依次包括一个处于某种材料的电势（electric    mass    potential）的电解液的第一槽，一个具有处于高于该电势的中间接触液的第二槽和一个具有也处于材料电势的锌处理液的第三槽。该设备还包括毗连的电子装置，以控制加在每个元件上的电流，从而将其在处理液进口处的温度保持在一个恒定值上。实际上，使用该方法的优点是能把除温度本身之外，还包括在中间接触液和处理液之间的金属丝两端的电压差的测得电阻结果作为参考值，来与将要处理的、被贮存在计算机中的不同金属丝的电阻和温度之间关系进行比较。

当然，本发明还涉及导电的连续元件，尤其是根据本发明的方法加以处理或用一个根据上述布置的设备而获得的导电的连续元件，特别是金属丝。

下面将参照本说明书的附图描述本发明。该附图显示了根据本发明的设备的一个具体实施方案，尤其适用于处理钢丝，以便将其电镀。

所描述的设备包括未经处理的金属丝储备箱1;将离开金属丝储备箱1的每根金属丝2施加张力的装置;装有处理液4的槽3。

从金属丝储备箱1出来，而后将被引至处理装置末端的重卷线卷5的金属丝2，在第一工序中，金属丝可以进入构成第一电接触点的装置6中，使其在所谓脱脂液中进行电解脱脂。

离开脱脂装置后，金属丝到达装有熔融金属，如铅液的槽7中，在槽7中构成了第二电接触点。另一方面，槽7也可装有一种电解液，如一种强酸或碱的水溶液（如H₂SO₄，或者NaOH）它们在金属丝上可产生脱脂作用。还可在槽的出口处安装一个清洗装置。

离开槽7时，金属丝通过一个与外界空气隔离的通道，管道或一个护套9而进入装有处理液，如熔化的锌4的槽3中，它构成与滑动的金属丝相接触的第三电接触点。

一方面，流过金属丝2的电流的电势以及密度可作为金属丝的电特性，尤其是电阻及金属丝速度的一个函数。第二接触点（铅液）的电势最大，而其它两个接触点为电气材料电势。在第二接触点与第三接触点之间，整个金属丝流动的电流使金属丝发热，这样金属丝在标号10指示的地方进入槽3，此处的温度为设备的最高温度，而且最好高于处理液4的蒸发温度。当处理液4为锌液时，这种蒸发温度约为907℃。

以这种方式，在金属丝进入锌液的过程中，在金属丝的表面上形成了一层锌蒸气。该锌蒸气层在护套9中沿金属丝逆电流而行，它在上游的金属丝较冷的部位凝聚，从而形成第一锌涂层底层，然后该层在处理液4中得到发展完善。

穿过所述处理液之后，此涂层的金属丝在用已知方式经过缠在线卷5上而被贮存起来之前先接受气体喷吹，然后空气喷吹，最后被喷撒上水。

当根据本发明的方法，用铅淬火对钢丝进行电镀时，金属丝被加热至高于钢的奥氏体化点，即高于950℃的温度，由于铁碳合金是以γ相进入此阶段的，因此避免了出现通常发生的碳在金属丝的中心聚集的现象，这种现象主要是与沸腾钢和全脱氧或半脱氧钢有关。

因此，可以得到改善了机械特征的金属丝，而在处于活动γ相的金属丝表层的碳的存在相对加快了铁，锌间的反应，并提高了涂层的粘附强度。

从电学的角度来讲，应提起注意的是：金属丝是由三个接触点提供电流的。

-在本说明书中，第一接触点是由所有金属丝公用的，并接地，它由电解脱脂液构成。在第二接触点液面的周期性极性转换可改变脱脂液中的阳极蚀刻相位和阴极蚀刻相位。

-由一个非接地的电压源提供的第二接触点被分散成与金属丝或片的数量相同的数个单个接触点，对金属丝或片的加热须分别予以控制，每根金属丝或金属丝组件穿过单个接触点。

-第三接触点由锌液构成，并接地。它由不同的金属丝公用。

如前所述，最高温度恰在锌液的入口处。可用计算机闭环控制装置将这个温度调至理想的值。同样，可用一个控制装置改变电流。当然，处理液入口处的温度取决于构成该处理液的原料的性质。然后，通过一个如下附图所描述的控制系统便可将温度保持在一个所选定的恒定值上，如下图参照附图所描述的那样。

附图中，标号18，显示的是护套9中的中性气体的进气。标号21、20、19显示的分别是气体喷吹，空气喷吹及撒水。三种处理液，由电源17分配相应的电压。当中间接触液是液体金属时，电流可为连续直流，但是，如使用电解处理液时，最好用交流。

需要控制的是每根金属丝在处理槽3的进口10处的温度;对中间接触液到处理槽3的连续元件，在给定的电流源下，该温度仍可能会受到影响，例如穿过设备的金属丝在速度上的不可避免的变化而造成影响。然而，所测量的并不是温度本身，而是金属丝在护套9中的两端的电压;该电压由装置16检测出来，这要比测定温度容易得多，流过同一金属丝的电流强度在13中被计算，它等于在14中流向中间接触液8的总电流强度与从预处理液6流回12的分路电流强度之差。

在15中，从电压和电流强度中计算出来的电阻R作为调整时的参考量。不同金属丝的电阻是通过与已知的电阻-温度变化曲线相比较而确定的。

为了用适宜的气氛保护金属丝，最好用密封的绝缘导线管将三个接触点相互连接起来。该导线管能容许金属丝通过，并减少对流和辐射造成的损耗。

本发明的另一个优点是新设备的体积。事实上，现有技术中的方法所需要的设备常常为100m长。根据本发明的设备长度可小于20m。

另外，处理槽本身的体积也减小了，这是因为构成金属丝的金属与处理液体之间的反应发生得非常快，所以处理槽的长度大大缩短了。

本发明的又一个优点在于能量守衡，因为可以获得从标号7至8的工作系数，在所实施的新方法中，热量是由金属丝带向处理液的，从而在电镀方法中，不再需要在工作中将锌槽加热。只需有一个加热装置来补偿设备停下来时造成的损失即可。此外，还可以使用瓷做的槽，其使用寿命很长。

根据本发明的方法涂过层的金属丝，尤其是电镀过的钢丝具有显著的机械特性和化学特性，因为金属丝上的锌涂层粘附性能极佳。

由图示可以看出，采用根据本发明的方法所得的低碳金属丝，可以将所述金属丝卷成适当直径的卷，并没有将涂层弄裂的危险。这是现有技术的方法所达不到的。

当然，本发明并不受上述描述的具体细节的限制，也不受所选的解释本发明的具体实施例的限制。前面通过举例所描述的具体实施方案及其组成部分可以有各种变更，而不偏离本发明的精神。因此，本发明包括所有构成前述装置及其结合的技术等同物的装置。

可以理解，用同样的方法，在较低的温度下可对白金属丝或光亮金属丝进行处理。此外，用白或光亮金属丝或用铅淬金属丝非常容易地更换操作本设备;改变第二接触液的电势足以改变处理液进口处的金属丝温度。

Claims (13)

1、一种对导电材料制成的连续元件涂层的方法，其中所述元件从液态金属处理液中拉出，其特征在于：所述元件在浸入所述处理液之前，经焦耳效应而加热，所述元件向上穿过所述处理液，并穿过电势与所述液态金属处理液电势不同的一种接触液。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于：在进入接触液之前，元件穿过电势与所述接触液电势不同的一种脱脂液。

3、根据权利要求1的方法，其中从所述处理液中拉出的数个连续元件中的每一个元件进入所述处理液的温度通过调节接触液中所述元件的电流源而被保持在一个恒定的温度上。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于：金属丝被加热至一个高于处理液的蒸发温度的温度。

5、根据权利要求2的方法，其特征在于：在接触液液面的第二接触点的极性相对于在脱脂液液面的第一接触点和在所述处理液液面的第三接触点而被周期性地转换。

6、根据权利要求1-5中的任意一项权利要求的方法，其特征在于：元件是用金属丝构成的。

7、根据权利要求1-6中任意一项权利要求的方法，当用于对钢元件进行电镀时，其特征在于，处理液是由锌基处理液构成的。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于：接触液由铅液构成。

9、根据权利要求3的方法，其特征在于：数个元件同时被处理，并且所述元件的电流强度分别被调整，以使在金属丝在接触液和处理液间的端部之间所测置的电阻保持在一个预定的恒定值上。

10、根据权利要求1-9中任意一项权利要求的方法，其特征在于：至少元件在接触液与处理液间的部分围有一保护套。

11、一种处理由导电材料制成的连续元件的设备，包括将所述元件从装有处理液的槽中拉出的装置和在所述元件进入所述槽之前将其加热的装置，所述处理液为导电的液态金属，其特征在于：所述加热装置包括一个电流源，其两极分别与所述处理液和接触液相连，所述元件通过接触液向上穿过所述处理液，

12、根据权利要求11的设备，其特征在于：它还包括电势与接触液电势不同的预处理电解液。

13、根据权利要求11的设备，包括计算在接触液中加到每根金属丝的总电流强度与流回预处理电解液的电流强度之差的装置;对元件在接触液与处理液之间部分的电压敏感的装置;从所述差和所述电压中计算所述部分的电阻的装置;以及控制电流源，以保持所述电阻不变的装置。

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