金屬鍍覆方法以及由此生產(chǎn)出的鍍層的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2008年12月9日、發(fā)明名稱為"金屬鍍覆方法以及由此生產(chǎn)出 的鍍層"的申請?zhí)枮?00880126575. 0的專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明公開了一種鍍覆金屬基板的方法以及由此生產(chǎn)出的鍍層。該方法發(fā)現(xiàn)了鋅 /鋁型鍍層在鋼基板上的具體但不排他的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003] -種鍍覆金屬基板的已知方法包括將鋼帶熱浸鍍在鋅和鋁的熔融浴中以形成鋅/ 鋁合金鍍層。該方法被稱為ZINCALUME?工藝?？梢韵蛟≈屑尤牍瑁ù蠹s1.5wt% ) 以防止在熔融鍍覆金屬和鋼帶之間發(fā)生過度合金化。在不存在硅的情況下，這種合金化作 用可迅速發(fā)生，從而所產(chǎn)生出的熱量實(shí)際上能夠加熱鋼帶。在不存在硅的情況下，所得到 的鍍層因此形成厚的（>20ym)的脆性Al-Fe-Zn合金鍍層，從而使得產(chǎn)品毫無用處。在浴 中存在娃時(shí)，可以形成薄的（約lym)Al-Fe-Zn-Si四元合金層，其在鋼表面上起到覆蓋層 (blanket)的作用，以使得該表面與熔融鍍覆金屬隔開，由此防止了快速的合金化并且允許 形成足夠的鍍層覆蓋。
[0004] 但是，硅在浴中的存在引起其它問題。例如，已經(jīng)觀察到，在鍍層固化期間，硅針沉 淀析出并且在鍍層內(nèi)生長。這些硅針往往與Al-Fe-Zn-Si四元合金層連接，并且可以提供 通向合金層的腐蝕路徑。這些硅針也會增加鍍層的脆性。還有，硅在浴中的存在意味著某 些其它浴添加劑例如鎂不能用于產(chǎn)生出所期望的鍍層性能。例如，硅與鎂反應(yīng)產(chǎn)生出脆性 Mg2Si相，這反過來增大了該鍍層的脆性。
[0005] 上面的說明不應(yīng)該認(rèn)為是對公知常識的認(rèn)可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種鍍覆金屬基板的方法，所述方法包括以下步驟：
[0007] (a)如本文所述，將合金控制材料蒸汽沉積或電沉積到所述基板上；以及
[0008] (b)將所述基板通過熔融鍍覆材料浴，并且使所述鍍覆材料的鍍層形成到所沉積 的合金控制材料上。
[0009] 在整個(gè)說明書中所采用的術(shù)語"合金控制材料"指的是用于控制在金屬基板的金 屬和鍍覆材料的一種或多種組分之間合金化程度的材料。
[0010] 在將金屬基板通過熔融材料浴之前，將合金控制材料通過蒸汽沉積或電沉積在金 屬基板上，在用于在鋼基板上形成鍍層的鋅、鋁和硅的浴中對浴硅可實(shí)現(xiàn)類似或改進(jìn)的效 果。所述合金控制材料也可以在鋼基板上形成替代（例如，甚至更?。┑暮辖饘?，以對浴硅 實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的效果，并且使用更少的材料。因此，在例如蒸汽沉積的合金控制材料為硅的情況 下，與在熔融浴中所需的材料相比，可以沉積更少的材料，并且仍然可以實(shí)現(xiàn)同樣或更好的 合金控制結(jié)果。
[0011] 另外，可以將浴配制成為沒有硅，這又能夠便于形成無硅且因此更易延展的鍍層。 另外，然后可以將其它添加劑例如鎂加入到浴中。
[0012] 除了前面的段落之外，該方法可以包括向熔融鍍覆材料浴加入所述合金控制材 料，以在所述基板通過所述熔融鍍覆材料浴時(shí)，使得蒸汽沉積或電沉積的合金控制材料從 所述基板中的溶出降到最低。例如，如果硅為合金控制材料并且所述熔融浴不含硅，則一旦 發(fā)生潤濕，在基板通過熔融浴時(shí)，對于從在基板上蒸汽沉積或電沉積的硅中使硅溶出而言 存在非常強(qiáng)的驅(qū)動力，至少直到在所述基板和所述熔融浴之間就硅而言達(dá)到平衡。
[0013] 該方法可以包括使得在所述蒸汽沉積或電沉積的合金控制材料上氧化物的形成 降到最低。優(yōu)選的是，在進(jìn)入熔融鍍覆材料浴中的基板上，蒸汽沉積或電沉積的合金控制材 料上沒有任何氧化物。該方法可以包括在將基板傳送到熔融鍍覆材料浴之前，在蒸汽沉積 或電沉積的合金控制材料上形成鋅鍍層。
[0014] 該合金控制材料可以通過物理蒸汽沉積技術(shù)或化學(xué)蒸汽沉積技術(shù)或電沉積技術(shù) (如下文所述）沉積在基板上。
[0015] 在這方面，合金控制材料可以沉積到基板上成為具有足夠厚度的層，所述厚度足 以防止在金屬基板的金屬和鍍覆材料中的一種或多種組分之間出現(xiàn)過度合金化。
[0016] 該層可以為連續(xù)層。
[0017] 與鍍層相比，合金控制材料層可以相對較薄，例如大約（oftheorderof)為 0?Ol-L0ym，并且優(yōu)選小于0? 5ym。
[0018] 該合金控制材料可以為與金屬基板的金屬和鍍覆材料中的一種或多種組分兩者 都能形成合金的材料，由此能夠?qū)㈠兏膊牧系腻儗有纬傻胶辖鹂刂撇牧仙稀?br>[0019] 在鍍覆材料為鋅鋁合金的情況下，尤其在金屬基板包含鋼時(shí)，該合金控制材料可 以包含31、11、]\111、附、他、了3、￥和211中的任一種或多種。
[0020] 在蒸汽沉積或電沉積時(shí)，Si可能是最佳的，由于其能夠模仿在浴中的Si功能，所 以替代材料例如Ti、Mn、Ni、Nb、Ta、W、Zn等的蒸汽沉積或電沉積也能夠?qū)崿F(xiàn)類似的有益效 果和其它有益效果，例如改變合金層的晶相結(jié)構(gòu)以改善鍍層的延展性。
[0021] 金屬基板可以包含鋼。
[0022] 金屬基板可以為片材（sheet)形式，更具體地說為金屬帶材例如鋼帶。
[0023] 另外，熔融鍍覆材料浴可以包含鋅和鋁。
[0024] 鋅鋁浴可以包含至少IOwt%的鋅，優(yōu)選至少20wt%的鋅。
[0025] 典型的鋅鋁浴可以分別包含55wt%的鋁和45wt%的鋅。
[0026] 熔融鍍覆材料浴可以包含以下范圍的鋅、鋁和硅（以wt%表示）：
[0027] 鋁：40-60
[0028] 鋅：40-60
[0029] 硅：0.3-3 〇
[0030] 在金屬基板包含鋼并且浴包含鋅和鋁的情況下，與沉積的合金控制材料（ACM)形 成的合金可以包括Al-Fe-Zn-ACM四元合金（例如，在ACM為Si時(shí)形成Al-Fe-Zn-Si四元 合金）。
[0031] 熔融鍍覆材料浴還可以進(jìn)一步包含鎂。鎂可以起到提高鍍層例如在酸性或鹽性 環(huán)境中耐腐蝕性的作用，尤其是在暴露出基板和鍍層之間邊界的切割邊緣處。鎂含量可以 高達(dá)浴材料的5wt%。在一個(gè)實(shí)施方案中，鎂可以在浴材料中代替相應(yīng)部分的鋅。但是，根 據(jù)所需的鍍層耐腐蝕性和當(dāng)前金屬成本，鎂也可以代替一部分A1，或同時(shí)代替一部分Al和 Zn0
[0032] 熔融鍍覆材料浴可以不包含元素鈦、鈣、錳、鉀、鉍、鈰和鑭中的任一種或多種作為 有意的添加劑。
[0033] 將基板通過熔融材料浴的步驟可以為熱浸鍍工藝步驟。
[0034] 該方法可進(jìn)一步包括在將合金控制材料蒸汽沉積或電沉積到基板上之前進(jìn)行化 學(xué)清潔。
[0035] 本發(fā)明還提供了一種用于在含鋼基板上形成鋅鋁鍍層的方法，該方法包括以下步 驟：
[0036] (a)將材料蒸汽沉積或電沉積到基板上，所述材料能夠與鋼中的鐵和鍍層中的鋁 和鋅形成合金；以及
[0037] (b)將所述基板通過任選不添加硅的鋅鋁熔融浴，并且在基板上形成鋅鋁鍍層。
[0038] 所述蒸汽沉積或電沉積的材料可以為上述合金控制材料。
[0039] 本發(fā)明還提供了一種金屬基板，其包括上述蒸汽沉積或電沉積的合金控制材料 層，所述合金控制材料層位于所述基板的至少一個(gè)表面上。
[0040] 所述金屬基板可以進(jìn)一步包括上述鍍覆材料的鍍層。
[0041] 所述金屬基板可以為鋼基板。
[0042] 本發(fā)明還提供了一種經(jīng)鍍覆的基板，其包括基板、位于所述基板至少一個(gè)表面上 的上述蒸汽沉積或電沉積的合金控制材料層、以及位于所述電沉積的合金控制材料層上的 上述鍍覆材料的鍍層。
[0043] 所述金屬基板可以為鋼基板。
[0044] 例如，在金屬基板包含鋼并且鍍覆材料包含鋅和鋁而且合金控制材料（ACM)與所 述鍍覆材料形成合金的情況下，所述合金包括Al-Fe-Zn-ACM四元合金（例如，在ACM為Si 時(shí)為Al-Fe-Zn-Si四元合金）。
【附圖說明】
[0045] 下面將僅以實(shí)例的方式參照附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中：
[0046] 圖1為根據(jù)本發(fā)明，用于鍍覆金屬基板（此處為鋼帶）的方法的一個(gè)實(shí)施方式的 工藝流程示意圖；
[0047] 圖2示意性地顯示出根據(jù)本發(fā)明，具有蒸汽沉積的Si層的鋼片材的一個(gè)實(shí)施方 式；
[0048] 圖3示意性地顯示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，具有新鍍覆的Al-Zn-Mg鍍層的 圖2中的鋼片材和Si層；以及
[0049] 圖4示意性地顯示出固化后圖3的鋼片材/Si層/鍍層。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 首先參照圖1，該圖示意性地顯示出用于鍍覆金屬基板（通常為鋼帶）的方法。將 成卷鋼帶10展開，然后使之準(zhǔn)備用于隨后用合金控制材料進(jìn)行的蒸汽沉積或電沉積。在這 方面，通常采用堿性溶液對鋼帶進(jìn)行化學(xué)清潔，然后在工段12處將化學(xué)清潔溶液干燥?？?選的是，可以采用化學(xué)溶劑進(jìn)行清潔。
[0051] 在一個(gè)變型中，在清潔之前，可以將鋼帶成形為其所期望的形狀（例如，波紋狀、 槽形等）。但是，由于隨后蒸汽沉積或電沉積的層非常薄，所以所述鋼帶通常是柔性的。另 外，因?yàn)檎羝练e或電沉積的層被機(jī)械鎖定在鋼帶表面上，所以通常該層能夠通過乳輥而 不會剝落。因此不必要對鋼帶進(jìn)行預(yù)成形。
[0052] 然后，將準(zhǔn)備好的鋼帶送入蒸汽沉積或電沉積工段14,在那里將鋼帶進(jìn)行物理蒸 汽沉積（PVD)步驟、化學(xué)蒸汽沉積（CVD)步驟或者電沉積步驟，這些沉積步驟在鋼帶上形成 合金控制材料層。下面將對這些步驟進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
[0053] 更具體地說，在工段14中，將合金控制材料沉積到鋼帶上，通常沉積在其兩面和 邊緣上，以便合適地制備出用于隨后在熔融浴熱浸鍍的鋼帶。例如，可以以大約80-180納 米（nm)范圍內(nèi)的厚度將硅蒸汽沉積到鋼帶上，但是該范圍可以根據(jù)應(yīng)用而改變。
[0054] 然后，將經(jīng)蒸汽沉積或電沉積的鋼帶送入熱浸