TWI501705B - 耐腐蝕塗層之金屬基材及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種塗層，且特別是有關於一種耐腐蝕塗層之金屬基材及其處理方法。
近年來，在工業發展過程中，為求工件之保護功能，常於基材表面塗佈保護性的耐腐蝕塗層，特別是在高溫熔融金屬的環境，藉由緻密、嚴實的耐腐蝕塗層，可以有效保護工件免於被侵蝕。
以鋼片之熱浸鍍鋅製程為例，鋅槽輥主要的功能係用以輸送鋼片進出熔融鋅液。由於長時間浸泡在高溫熔融鋅液中，易造成金屬工件與熔融鋅液發生反應而腐蝕，進而影響鍍鋅鋼片之表面品質，因此可利用如熱融射法(Thermal Spray)，其包括電漿噴塗(Plasma Spray)、燃燒火燄噴塗(Combustion Flame Spray)、電弧噴塗以及高速燃氣熔射法(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)等方式，於金屬工件表面形成塗層，來抵抗鋅液的腐蝕。
目前業界已發展幾種常用的塗層組成物可例如：含有88重量百分比的碳化鎢化合物，以及12重量百分比的鎳金屬化合物、鈷金屬化合物或鎳鉻金屬化合物。
然而，習知的塗層組成物存在.以下問題。首先，含有12重量百分比的鎳金屬化合物與88重量百分比的碳化鎢化合物的塗層組成物，對於耐鋅液腐蝕僅有14天的壽命。若以硼化鉬化合物作為塗層組成物，耐鋅液腐蝕的壽命雖
可延長至26天，但因硼化鉬化合物索價不斐，故會提高製程之成本。其次，若利用奈米級的碳化鎢塗層，雖提高其硬度與韌性，但耐鋅液腐蝕的能力則不如習知微米級的碳化鎢塗層。再者，若以含有碳化鎢與鈷金屬化合物為塗層主體，再利用鉻酸水溶液作封孔處理，雖然具備較佳的耐鋅液腐蝕的能力，但鉻金屬化合物具有毒性，無論對操作人員或環境都會造成極大的傷害。
有鑑於此，亟需提出一種耐腐蝕塗層及其製造方法，藉以改善習知耐腐蝕塗層的種種問題。
因此，本發明之一態樣就是在提供一種具有耐腐蝕塗層之金屬基材，其包含金屬基材，以及位於金屬基板之至少一粗糙面之耐腐蝕塗層。
其次，本發明之另一態樣是在提供一種金屬基材之處理方法，其係利用熱熔射步驟將塗層組成物形成於金屬基材的粗糙面，以形成耐腐蝕塗層。
根據本發明之上述態樣，提出一種具有耐腐蝕塗層之金屬基材。在一實施例中，此耐腐蝕塗層之金屬基材的材料為金屬或金屬合金，其中耐腐蝕塗層係利用熱熔射步驟將塗層組成物形成於金屬基材的至少一粗糙面。其中塗層組成物包含15重量百分比至35重量百分比之硼化合物、5重量百分比至15重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至7重量百分比之微量金屬化合物以及43重量百分比至77重量百分比之碳化鎢化合物，且塗層組成物不含鉻金屬
化合物。
依照本發明之一較佳實施例，其中塗層組成物包含20重量百分比至30重量百分比之硼化合物、5重量百分比至10重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至5重量百分比之微量金屬化合物以及55重量百分比至72重量百分比之碳化鎢化合物。
依照本發明之一較佳實施例，上述之金屬基材之材料係選自於由鐵、鎳、鈷、銅、鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金、銅基合金以及上述之任意組合所組成之一族群。
依照本發明之一較佳實施例，上述之硼化合物係選自於由硼化鈦、硼化鋯、硼化鎢、硼化釩、硼化鎳以及上述之任意組合所組成之一族群。
依照本發明之一較佳實施例，微量金屬化合物係選自於由鎳金屬化合物、鉻金屬化合物、鐵金屬化合物、鈦金屬化合物、鎂金屬化合物、鋁金屬化合物、釔金屬化合物、鉭金屬化合物以及上述之任意組合所組成之一族群。
依照本發明之一較佳實施例，耐腐蝕塗層係用於耐鋅液之腐蝕，其中鋅液之鋁含量為不大於1重量百分比。
根據本發明之其他態樣，提出一種金屬基材之處理方法。在一實施例中，首先提供金屬基材，其中基材具有至少一粗糙面。接著，將塗層組成物利用熱熔射步驟形成於金屬基材之至少一粗糙面，以形成耐腐蝕塗層。其中塗層組成物包含15重量百分比至35重量百分比之硼化合物、5重量百分比至15重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至7重量百分比之微量金屬化合物以及43重量百分比至
77重量百分比之碳化鎢化合物，且塗層組成物不含鉻金屬化合物，其中耐腐蝕塗層之厚度係100微米(μm)至180微米之間。
依照本發明之一較佳實施例，熱熔射步驟係利用高速燃氣熔射法(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)，且熱熔射步驟溫度係大於2000℃。
應用本發明耐腐蝕塗層之金屬基材及此金屬基材之製造方法，由於此耐腐蝕塗層之金屬基材，在金屬基材表面形成緻密、嚴實的耐腐蝕塗層，故具有耐鋅液腐蝕之效用，可有效保護金屬工件，大幅增加金屬工件之使用壽命。此外，本發明之耐腐蝕塗層不含鉻金屬化合物，故而無毒性，因此，可提高線上工作人員的安全性，並可滿足環保趨勢。
承前所述，本發明提供一種耐腐蝕塗層之金屬基材及其處理方法，其係利用熱熔射步驟將塗層組成物形成於金屬基材之至少一粗糙面，以形成耐腐蝕塗層。以下說明本發明耐腐蝕塗層之金屬基材及其製造方法。
本發明之耐腐蝕塗層之金屬基材包含金屬基材，以及位於金屬基板之至少一粗糙面的耐腐蝕塗層，其中基材的材料為金屬或金屬合金，耐腐蝕塗層係利用熱熔射步驟將塗層組成物形成於至少一粗糙面，所得之耐腐蝕塗層之金屬基材具有耐鋅液腐蝕之效用，可有效保護金屬基材。
在一實施例中，上述之金屬基板係選自於由鐵、鎳、鈷、銅、鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金、銅基合金以及上述之任意組合所組成之一族群。
在一實施例中，此塗層組成物包含15重量百分比至35重量百分比之硼化合物、5重量百分比至15重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至7重量百分比之微量金屬化合物以及43重量百分比至77重量百分比之碳化鎢化合物，且上述之塗層組成物不含鉻金屬化合物。
在另一實施例中，此塗層組成物亦可包含20重量百分比至30重量百分比之硼化合物、5重量百分比至10重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至5重量百分比之微量金屬化合物以及55重量百分比至72重量百分比之碳化鎢化合物，且上述之塗層組成物亦不含鉻金屬化合物。
在一例示中，上述之硼化合物係選自於由硼化鈦、硼化鋯、硼化鎢、硼化釩、硼化鎳以及上述之任意組合所組成之一族群。在另一例示中，上述之微量金屬化合物係選自於由鎳金屬化合物、鉻金屬化合物、鐵金屬化合物、鈦金屬化合物、鎂金屬化合物、鋁金屬化合物、釔金屬化合物、鉭金屬化合物以及上述之任意組合所組成之一族群。
在一實施例中，上述所得之耐腐蝕塗層係用於耐鋅液之腐蝕。在一例示中，上述鋅液為純鋅液或含有少量的鋁，其中鋅液之鋁含量為不大於1重量百分比。
請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的金
屬基材之製造方法的流程示意圖。
首先，如步驟110所示，提供具有粗糙面之金屬基材，其中此金屬基材表面係先作噴砂、磨砂或其他步驟處理，以達到清潔及粗化之效果，使金屬基材具有至少一粗糙面。
在一實施例中，金屬基材之材料係選自於由鐵、鎳、鈷、銅、鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金、銅基合金以及上述之任意組合所組成之一族群。
接著，如步驟130所示，利用熱熔射步驟將塗層組成物形成於金屬基材之至少一粗糙面。
在一實施例中，塗層組成物係指包含15重量百分比至35重量百分比之硼化合物、5重量百分比至15重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至7重量百分比之微量金屬化合物以及43重量百分比至77重量百分比之碳化鎢化合物，且塗層組成物不含鉻金屬化合物。
在另一實施例中，塗層組成物包含20重量百分比至30重量百分比之硼化合物、5重量百分比至10重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至5重量百分比之微量金屬化合物以及55重量百分比至72重量百分比之碳化鎢化合物。
在一例示中，上述之硼化合物係選自於由硼化鈦、硼化鋯、硼化鎢、硼化釩、硼化鎳以及上述之任意組合所組成之一族群。在另一例示中，上述之微量金屬化合物係選自於由鎳金屬化合物、鉻金屬化合物、鐵金屬化合物、鈦金屬化合物、鎂金屬化合物、鋁金屬化合物、釔金屬化合物、鉭金屬化合物以及上述之任意組合所組成之一族群。
再者，其係利用熱熔射步驟將塗層組成物，塗佈於金屬基材之粗糙面。在一實施例中，上述之熱熔射步驟，可例如為高速燃氣熔射法(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)，其係將氧氣與煤油燃料混合，利用加熱氧氣與煤油燃料，提供大於2000℃的高溫，使塗層組成物為熔融態或半熔融態，並同時以之巨大空氣推力，以2.3至14公里/小時之速率，將熔融態或半熔融態的塗層組成物噴塗在金屬基材之粗糙面，靜置後，以形成一耐腐蝕塗層之金屬基材。在一實施例中，上述之耐腐蝕塗層之一厚度係100微米至180微米之間。
值得一提的是本發明上述所得之耐腐蝕塗層之金屬基材之特徵之一係在於利用熱熔射法，將塗層組成物塗佈於金屬基材之粗糙面，在金屬基材表面形成一緻密、嚴實的耐腐蝕塗層，所得之耐腐蝕塗層具有耐鋅液之腐蝕之效用，可有效保護金屬基材。
其次，本發明所得之耐腐蝕塗層之金屬基材不含鉻金屬化合物，故而無毒性，因此，可提高線上工作人員的安全性，並可滿足環保趨勢。
以下列舉數個實施例，藉此更詳盡闡述本發明之耐腐蝕塗層之金屬基材及其處理方法，然其並非用以限定本發明，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
首先，混合35重量百分比之硼化鎢化合物、5重量百
分比之鈷金屬化合物、5重量百分之鎳金屬化合物以及55重量百分比之碳化鎢化合物，以形成塗層組合物。
其次，將塗層組合物粉末導入高速火焰熔射槍(JP5000，AMTAG，瑞士)，高速火焰熔射槍所需之燃料與操作步驟係依照製造商的使用手冊，在此不贅。操作高速火焰熔射槍，加熱至2000℃以上的溫度，使塗層組合物呈現熔融態或半熔融態。
接著，將塗層組合物利用高速火焰熔射槍以2.3公里/小時之速率熔射於直徑為25公釐、長為28公釐之不鏽鋼試棒上，以形成耐腐蝕塗層之金屬基材，其中耐腐蝕塗層之厚度為100微米至180微米之間。
比較例之製作方法同於實施例，不同處在於比較例1至2之各塗層組合物原料的組成、使用量不同，其配方及使用量如第1表所示。
實施例與比較例之耐腐蝕塗層之金屬基材進行鋅液腐
蝕測試。首先，將實施例與比較例1、比較例2之試棒置於460℃熔融鋅液(鋁含量為0.1至1.0重量百分比)液槽中，並定期將這些試棒取出，待試棒冷卻後，目測觀察試棒上的塗層是否有遭受破壞，若出現剝落、孔洞、裂縫等瑕疵，即表示遭受鋅液腐蝕。
第2表列出各比較例與實施例之各塗層組合物原料的組成與耐鋅液腐蝕測試的結果。其中，「×」表塗層耐鋅液腐蝕的時間為14天以下；「△」表塗層耐鋅液腐蝕的時間為28天以下；「○」表塗層耐鋅液腐蝕的時間為100天以上。
由第2表測試結果可知，在第100天，實施例1金屬基材表面之耐腐蝕塗層以目測未出現任何缺陷，仍具有耐鋅液腐蝕的功效。然而，比較例2在第14天已出現鋅液腐蝕缺陷之情形。而比較例1在第28天可觀察到鋅液腐蝕之情形。因此，由第2表測試結果可知，表面塗佈有本發明之實施例的試棒，塗層耐鋅液腐蝕的時間超過100天以上。
由此結果可知，實施例之耐腐蝕塗層之金屬基材對於耐鋅液腐蝕的能力，顯然優於比較例之耐腐蝕塗層。
惟在此需補充的是，本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者應可輕易理解，本發明之耐腐蝕塗層之金屬基材僅為例示說明，在其他實施例中亦可使用其他金屬材質之基材等。其次，除了純鋅液之外，本發明之耐腐蝕塗層之金屬基材亦可耐含少量鋁之鋅液的腐蝕。此為本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者所熟知，不另贅述。
綜言之，由上述本發明實施方式可知，應用本發明之耐腐蝕塗層之金屬基材，其優點在於在金屬基材表面形成緻密、嚴實的耐腐蝕塗層，故具有耐鋅液之腐蝕之效用，可有效保護金屬工件，大幅增加金屬工件之使用壽命。此外，本發明之耐腐蝕塗層不含鉻金屬化合物，故而無毒性，因此，可提高線上工作人員的安全性，並可滿足環保趨勢。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧耐腐蝕塗層之處理方法
110‧‧‧提供具有粗糙面之金屬基材之步驟
130‧‧‧利用熱熔射步驟將塗層組成物形成於金屬基材之粗糙面之步驟
150‧‧‧形成耐腐蝕塗層之金屬基材之步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種耐腐蝕塗層之製造方法的流程圖。
100‧‧‧耐腐蝕塗層之處理方法
110‧‧‧提供具有粗糙面之金屬基材之步驟
130‧‧‧利用熱熔射步驟將塗層組成物形成於金屬基材之粗糙面之步驟
150‧‧‧形成耐腐蝕塗層之金屬基材之步驟
Claims (15)
- 一種具有耐腐蝕塗層之金屬基材，至少包含：一金屬基材，其中該金屬基材之一材料為金屬或金屬合金；以及一耐腐蝕塗層位於該金屬基板之至少一粗糙面，其中該耐腐蝕塗層係利用一熱熔射步驟將一塗層組成物形成於該至少一粗糙面，該塗層組成物包含15重量百分比(wt%)至35重量百分比之硼化合物、5重量百分比至15重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至7重量百分比之微量金屬化合物以及43重量百分比至77重量百分比之碳化鎢化合物，且該塗層組成物不含鉻金屬化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有耐腐蝕塗層之金屬基材，其中該塗層組成物包含20重量百分比至30重量百分比之硼化合物、5重量百分比至10重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至5重量百分比之微量金屬化合物以及55重量百分比至72重量百分比之碳化鎢化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有耐腐蝕塗層之金屬基材，其中該金屬基材之該材料係選自於由鐵、鎳、鈷、銅、鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金、銅基合金以及上述之任意組合所組成之一族群。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有耐腐蝕塗層之金屬基材，其中該硼化合物係選自於由硼化鈦、硼化鋯、硼 化鎢、硼化釩、硼化鎳以及上述之任意組合所組成之一族群。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有耐腐蝕塗層之金屬基材，其中該微量金屬化合物係選自於由鎳金屬化合物、鉻金屬化合物、鐵金屬化合物、鈦金屬化合物、鎂金屬化合物、鋁金屬化合物、釔金屬化合物、鉭金屬化合物以及上述之任意組合所組成之一族群。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有耐腐蝕塗層之金屬基材，其中該耐腐蝕塗層係用於耐鋅液之腐蝕。
- 如申請專利範圍第6項所述之具有耐腐蝕塗層之金屬基材，其中該鋅液之鋁含量為不大於1重量百分比。
- 一種金屬基材之製造方法，包含：提供一金屬基材，其中該基材具有至少一粗糙面；以及將一塗層組成物利用一熱熔射步驟形成於該至少一粗糙面，以形成一耐腐蝕塗層，其中該塗層組成物包含15重量百分比至35重量百分比之硼化合物、5重量百分比至15重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至7重量百分比之微量金屬化合物以及43重量百分比至77重量百分比之碳化鎢化合物，且該塗層組成物不含鉻金屬化合物。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬基材之製造方法，其中該塗層組成物包含20重量百分比至30重量百分比之硼化合物、5重量百分比至10重量百分比之鈷金屬化合物、3重量百分比至5重量百分比之微量金屬化合物以及55重量百分比至72重量百分比之碳化鎢化合物。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬基材之製造方法，其中該金屬基材之該材料係選自於由鐵、鎳、鈷、銅、鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金、銅基合金以及上述之任意組合所組成之一族群。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬基材之製造方法，其中該熱熔射步驟係利用高速燃氣熔射法(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬基材之製造方法，其中該熱熔射步驟溫度係大於2000℃。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬基材之製造方法，其中該耐腐蝕塗層之一厚度係100微米(μm)至180微米之間。
- 如申請專利範圍第8項所述之金屬基材之製造方法，其中該耐腐蝕塗層係用於耐鋅液之腐蝕。
- 如申請專利範圍第14項所述之金屬基材之製造方法，其中該鋅液之鋁含量為不大於1重量百分比。
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2012
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