鋅鎂合金鍍層及其製備方法
2023-05-23 08:28:41 2
鋅鎂合金鍍層及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋅鎂合金鍍層的製備方法和一種鋅鎂合金鍍層，所述製備方法包括下述步驟：對鍍鋅板進行預處理；將鍍鋅板放置於鍍膜機中以在鍍鋅板上蒸鍍鎂薄膜，然後從鍍膜機中取出鍍鎂薄膜的鍍鋅板，其中，在蒸鍍過程中，將鍍膜機的放電電流調節為160A至200A，並且在100℃至200℃的溫度下在真空環境中蒸鍍2分鐘至5分鐘；在390℃至410℃的溫度下，對鍍鎂薄膜的鍍鋅板進行合金化處理30s至120s，得到鎂含量為3wt％至8wt％的鋅鎂合金鍍層。
【專利說明】鋅鎂合金鍍層及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬表面防腐【技術領域】，具體地講，涉及一種旨在提高鋼鐵鍍層耐蝕 性的蒸鍍鋅鎂合金鍍層的製備方法和一種鋅鎂合金鍍層。
【背景技術】
[0002] 近年來各種新型的更加耐腐蝕的合金鍍層不斷被開發出來，同時以更薄的鍍層取 得同樣程度的耐腐蝕性能將是今後金屬表面防腐【技術領域】的發展趨勢，因此鋅基合金的應 用有著巨大的發展前景。從1990年開始，人們開始研宄鋅鎂合金，鋅鎂合金以其質量輕、強 度高、耐蝕性強的優點，備受科研人員的關注，鋅鎂合金鍍層將成為汽車用鋼板的最理想的 替代者，行業內很多知名的鋼鐵企業開始重點研宄汽車用鋅鎂合金鍍層鋼板的製備方法。
[0003] 鋅鎂合金鍍層因其優異的耐蝕性能引起了研宄者的極大關注，日本和歐美等發達 國家都已經開始對Zn-Mg合金鍍層進行廣泛深入的研宄，並取得了大量成果，有些成果已 經能夠工業化生產。日本的川崎鋼鐵、新日鐵鋼鐵公司、神戶制鋼所和德國蒂森克虜伯鋼廠 都對鋅鎂合金鍍層的製造工藝及其耐蝕性能做過報導，結果都顯示了鋅鎂合金鍍層優異的 耐腐蝕性能。德國ThyssenKrupp公司、英國劍橋大學、BMW汽車公司等聯合進行了在鍍鋅板 上利用PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積）方法沉積鋅鎂合金鍍層的研宄， 研宄鍍層在汽車上的應用，對新型鍍層的一系列性能進行實驗。研宄表明：新型PVD複合鍍 層性能更優，更加經濟，環境兼容性更好；阿賽洛集團2007年批量向社會供應這種新型鋅 鎂鍍層板以用於汽車製造。
[0004] 鋅鎂合金鍍層材料被視為下一代的智能鍍層材料，具有極好的耐蝕性、切邊自愈 性成形性、塗裝性及焊接性等綜合性能。真空鍍鋅鎂合金鍍層技術作為一項前沿技術，它將 成為鋼鐵行業持續發展的一個新的亮點。
[0005] 但是，目前現有技術中製備的鋅鎂合金鍍層中的鎂含量較低，在鋅鎂合金鍍層中 鎂含量一般小於3wt%，不能滿足人們對鋅鎂合金鍍層的要求。另外，在現有技術中製備出 的鋅鎂合金鍍層結合力差、耐腐蝕性低。因此，目前亟需能夠製備出相對較高含量的鎂的鋅 鎂合金鍍層的工藝方法。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在於提供一種蒸鍍鋅鎂合金鍍層的製備方法。
[0007] 本發明的示例性實施例提供了一種鋅鎂合金鍍層的製備方法，所述製備方法可以 包括：對鍍鋅板進行預處理；將鍍鋅板放置於鍍膜機中以在鍍鋅板上蒸鍍鎂薄膜，然後從 鍍膜機中取出鍍鎂薄膜的鍍鋅板，其中，在蒸鍍過程中，將鍍膜機的放電電流調節為160A 至200A，並且在100 °C至200 °C的溫度下在真空環境中蒸鍍2分鐘至5分鐘；在390 °C至 410°C的溫度下，對鍍鎂薄膜的鍍鋅板進行合金化處理30s至120s，得到鎂含量為3wt %至 8wt %的鋅鎂合金鍍層。
[0008] 本發明的示例性實施例還提供了一種鋅鎂合金鍍層，所述鋅鎂合金鍍層可以通過 上述製備方法來形成，其中，鋅鎂合金鍍層中的鎂含量為鋅鎂合金鍍層的3wt %至8wt %。
[0009] 本發明採用上述技術措施後，與現有的鋅鎂合金鍍層相比，帶來的有益效果如 下：
[0010] 1)製備的鋅鎂合金鍍層質量優良，鍍層結合力強，表面晶粒均勻，顆粒尺寸相對較 為均勻，沒有裂紋等缺陷；
[0011] 2)經過電化學試驗和酸性鹽霧試驗測試表明，鋅鎂合金鍍層的耐蝕性比純鋅鍍層 提尚5_10彳首左右，大大提尚了耐蝕性；
[0012] 3)蒸鍍鋅鎂合金鍍層有更好的切邊耐腐蝕性能、環境兼容性更好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 通過下面結合示例性實施例示出的附圖進行描述，本發明的上述和其他目的和特 點將會變得更加清楚，在附圖中：
[0014] 圖1是製備鋅鎂合金鍍層的流程圖；
[0015] 圖2a是純鋅鍍層切邊的形貌圖，圖2b是對純鋅鍍層鹽化處理20天後的切邊形貌 圖；
[0016] 圖3a示出了實施例1的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之前的切邊原始形貌圖，圖3b 示出了實施例1的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之後的切邊形貌圖；
[0017] 圖4a示出了實施例2的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之前的切邊原始形貌圖，圖4b 示出了實施例2的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之後的切邊形貌圖；
[0018] 圖5a示出了實施例3的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之前的切邊原始形貌圖，圖5b 示出了實施例3的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之後的切邊形貌圖；
[0019] 圖6a示出了實施例4的鋅鎂合金鍍層在鹽化處理之前的切邊原始形貌圖，圖6b 示出了實施例4的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之後的切邊形貌圖；
[0020] 圖7a和圖7b示出了表1中的鋅鎂合金鍍層的阻抗譜；
[0021] 圖8a和圖8b示出了表1中的鋅鎂合金鍍層的極化圖譜；以及
[0022] 圖9a和圖9b分別示出了鎂含量為3. 5wt %和4. 5wt %的鋅鎂合金鍍層在杯突形 變後的腐蝕速率。
【具體實施方式】
[0023] 下面將參照附圖更詳細地描述本發明，在附圖中示出了本發明的示例性實施例。 本領域技術人員應當理解，僅以說明性的意義來提供這些實施例，這些實施例不應被解釋 為限制本發明的範圍。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，並將把本發 明的範圍充分地傳達給本領域技術人員。
[0024] 在本發明的示例性實施例中，該高耐蝕鋅鎂合金鍍層中鎂的作用具體如下：鎂 (Mg)的加入能顯著提高鋅基合金鍍層的耐蝕性。一方面，鎂與鋅可以形成金屬間化合物 MgZn2、Mg2Zn11，這些化合物比純鋅相具有等低的陽極溶解電流，這些金屬間化合物的形成導 致鋅鎂合金具有比純鋅鍍層更高的耐蝕性；另一方面，鎂（Mg)的加入可以使鍍層的腐蝕產 物更加緻密，由於純鋅的腐蝕產物包括主體為疏鬆的ZnO和少量緻密的Zn 4CO3(OH)4 · H2O, 而鋅鎂合金鍍層的腐蝕產物為ZnCl2 · 4Zn (OH)4 · H2CKMg(OH) 2、Zn4CO3 (OH)4 · H2O,它們較為 緻密，且Mg (OH) 2的存在可以抑制陰極的吸氧反應，Mg的參與還可以降低鍍層表面的pH值， 而在低的pH值條件下，更有利於緻密的、不溶性的ZnCl2 · 4Zn (OH)4 · H2O腐蝕產物的產生， 從而延緩鋅鍍層的腐蝕進程。
[0025] 另外，真空蒸鍍相對於熔融鍍製備、水溶液電鍍、熱浸鍍等有很多優勢，並且受限 較小。此外，與利用其它製備工藝製備的鋅鎂合金鍍層相比，真空蒸鍍的鍍層具有很多良好 的物理性能，比如，有較大的結合力、密度較大、硬度較高。同時該工藝成功解決了熱浸鍍對 鍍鋅鎂合金中鎂含量的限制，同時克服了該鋼板不利於加工的弱勢，適用於加工性能要求 較高的領域，比如，車用鋼板，具有廣闊的前景。
[0026] 真空蒸鍍方法製備的鋅鎂合金鍍層的優點包括：首先，所得試樣具有良好的耐蝕 性，相對於鍍鋅鋼板的耐腐蝕性提高了 5-10倍，在各類方法中居於首位；其次，相對於傳統 方法，成本明顯降低，具有良好的商業前景；再次，該方法可以製得含鎂量高的鍍層，切加工 性能優異。
[0027] 以下，將通過本發明的示例性實施例具體地描述真空蒸鍍製備鋅鎂合金鍍層的方 法以及所製備的鋅鎂合金鍍層。
[0028] 本發明的示例性實施例提供了一種鋅鎂合金鍍層的製備方法，如圖1中所示，所 述方法可以包括：對鍍鋅鋼板進行預處理，將鍍鋅鋼板切成適當的尺寸，之後對其鹼洗除 油，然後在超聲波清洗機中用丙酮超聲處理一定時間，然後將其吹乾；將鍍鋅鋼板放入鍍膜 機（PVD設備）中，將鍍膜機的放電電流調節為160A-200A，在溫度為100°C至200°C的情況 下在真空環境中，蒸發鎂粒2分鐘至5分鐘；然後對鍍鎂膜的鍍鋅鋼板合金化處理製得鋅 鎂合金鍍層，即，從PVD設備取出已蒸鍍鎂膜的鍍鋅鋼板並對其進行合金化，合金化溫度為 390°C -410°C，時間為30s-120s。最終得到鋅鎂合金鍍層，鋅鎂合金鍍層中鎂含量大約在 3wt% _8wt%之間。
[0029] 在本發明的另一示例性實施例中，可在蒸鍍過程中，將鍍膜機的放電電流調節為 160A至180A。另外，在本發明的示例性實施例中，可在合金化處理過程中，對鍍鎂薄膜的鍍 鋅鋼板進行合金化處理30s至60s。此外，在本發明的另一示例性實施例中，可在400°C至 410°C的溫度下，對鍍鎂薄膜的鍍鋅鋼板進行合金化處理30s至120s。
[0030] 在本發明提供的鋅鎂合金鍍層的製備方法中，通過對鍍鋅鋼板蒸鍍鎂來製得鍍鎂 薄膜的鍍鋅板，然後對其進行合金化處理的工藝，能夠控制鋅鎂合金中的鎂含量、鎂膜的厚 度，從而通過該工藝能夠控制鋅鎂合金的成型性。另外，通過對鍍膜機的放電電流、蒸鍍溫 度以及蒸鍍時間的控制，能夠得到期望的鎂含量的鍍鎂薄膜的鍍鋅鋼板，並且更有利於鎂 附著於鍍鋅鋼板上。此外，在390°c至410°C的溫度下，對鍍鎂薄膜的鍍鋅板進行合金化處 理30s至120s，能夠得到緻密度、附著力、硬度都較高，並且耐腐蝕性優異的鋅鎂合金鍍層。 另外，根據本發明的示例性實施例製得的鋅鎂合金鍍層具有良好的加工性能。
[0031] 在下文中，以舉例說明的方式示例性地具體描述了製備鋅鎂合金鍍層的方法。
[0032] 實施例1
[0033] 本實施例的製備步驟如下：
[0034] a.首先將鍍鋅鋼板進行預處理，制樣：將鍍鋅鋼板切成適當的尺寸，之後對其鹼 洗除油，然後在超聲波清洗機中用丙酮超聲處理15min ;
[0035] b.蒸鍍鎂薄膜：將鍍鋅鋼板吹乾並放入鍍膜機（PVD設備）中，通過調節鍍膜機的 電流，將電流調節為大約160A，在100°C的溫度下在真空環境中，對鎂粒進行蒸發，蒸發2分 鍾，從而得到鍍鎂薄膜的鍍鋅鋼板；
[0036] c.合金化處理以製得鋅鎂合金鍍層：從PVD設備中取出已蒸鍍了鎂薄膜的鍍鋅 鋼板，並對其進行合金化處理，合金化溫度為400°C，時間為30s。最終得到鎂含量大約為 3wt %的梓儀合金鍛層。
[0037] 對鍍好的鋼板試樣按GB/T10125-1997 (人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗）標準進行酸 性鹽霧試驗，試驗時間為720小時。檢測結果表明，本發明實施例1的鋅鎂合金鍍層腐蝕速 率為0. 0314g/m2 · h，純鋅鍍層的腐蝕速率為0. 2438g/m2 · h，合金鍍層與純鋅鍍層腐蝕速率 比率為0. 13,耐蝕性提高了約8倍。
[0038] 在圖2a中示出了純鋅鍍層切邊的形貌圖，在圖2b中示出了鹽霧處理純鋅鍍層20 天之後的切邊形貌圖。如圖2b中所示，純鋅鍍層的大片區域已經被腐蝕。此外，在圖3a中 示出了本示例性實施例的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之前的切邊原始形貌圖，在圖3b中示 出了經過鹽霧處理之後鋅鎂合金鍍層的切邊形貌圖。通過比較圖3a和圖3b可知，經鹽霧 處理後，鋅鎂合金鍍層基本沒有被腐蝕（如圖3b中所示）。
[0039] 實施例2
[0040] 本實施例的製備步驟如下：
[0041] a.首先將鍍鋅鋼板進行預處理，制樣：將鍍鋅鋼板切成適當的尺寸，之後對其鹼 洗除油，然後在超聲波清洗機中用丙酮超聲處理15min，並將其吹乾；
[0042] b.蒸鍍鎂薄膜：將鍍鋅鋼板放入鍍膜機中，將鍍膜機的電流調節為大約160A，在 160°C的溫度下在真空氣氛中，對鎂粒進行蒸發，蒸發5分鐘；
[0043] c.合金化處理以製得鋅鎂合金鍍層：從PVD設備取出蒸鍍鎂薄膜的鍍鋅板，並對 其進行合金化處理，合金化溫度為410°C，時間為60s。最終得到鎂含量為Swt %的鋅鎂合金 鍛層。
[0044] 對鍍好的鋼板試樣按GB/T10125-1997 (人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗）標準進行酸 性鹽霧試驗，試驗時間為720小時。檢測結果表明，本發明實施例2製得的鋅鎂合金鍍層的 腐蝕速率為〇. 〇285g/m2 *h，純鋅鍍層的腐蝕速率為0. 2438g/m2 *h，合金鍍層與純鋅鍍層腐 蝕速率比率為0. 12,耐蝕性提高了約9倍。
[0045] 在圖4a中示出了本示例性實施例的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之前的切邊原始形 貌圖，在圖4b中示出了本示例性實施例的鋅鎂合金鍍層在鹽霧處理之後的切邊形貌圖。通 過比較圖4a和圖4b可知，經鹽霧處理後，鋅鎂合金鍍層基本沒有被腐蝕（如圖4b中所示）。
[0046] 實施例3
[0047] 本實施例的製備步驟如下：
[0048] a.首先將鍍鋅鋼板進行預處理，制樣：將鍍鋅鋼板切成適當的尺寸，之後對其鹼 洗除油，然後在超聲波清洗機中用丙酮超聲15min，並將其吹乾，放入鍍膜機中；
[0049] b.蒸鍍鎂薄膜：通過調節鍍膜機的電流，使電流為180A，在120°C的溫度下在真空 氣氛中，對鎂粒進行蒸發，蒸發4分鐘；
[0050] C.合金化處理製得鋅鎂合金鍍層：從PVD設備取出蒸鍍鎂薄膜的鍍鋅板，並對其 進行合金化處理，合金化溫度為400°C，時間為60s。最終得到鎂含量為4wt %的鋅鎂合金鍍 層。
[0051] 對鍍好的鋼板試樣按GB/T10125-1997(人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗）標準進行 酸性鹽霧試驗，試驗時間為720小時。檢測結果表明，本發明實施例3的鍍層腐蝕速率為： 0. 0243g/m2 · h，純鋅鍍層的腐蝕速率為0. 2438g/m2 · h，鋅鎂合金鍍層與純鋅鍍層腐蝕速率 比率為〇. 1，耐蝕性提高約10倍。通過比較圖5a和圖5b可知，經鹽霧處理後，鋅鎂合金鍍 層基本沒有被腐蝕（如圖5b中所示）。
[0052] 實施例4
[0053] 本實施例的製備步驟如下：
[0054] a.首先可以將鍍鋅鋼板進行預處理，制樣：將鍍鋅鋼板切成適當的尺寸，之後對 其鹼洗除油，然後在超聲波清洗機中用丙酮超聲15min，並將其吹乾，放入鍍膜機中；
[0055] b.蒸鍍鎂薄膜：通過調節鍍膜機的電流，使電流為200A，在200°C的溫度下在真空 氣氛中，對鎂粒進行蒸發，蒸發3分鐘。
[0056] c.合金化處理以製得鋅鎂合金鍍層：從PVD設備取出蒸鍍鎂薄膜的鍍鋅板，並對 其進行合金化處理，合金化溫度為390°C，時間為120s。最終得到鎂含量為6wt%的鋅鎂合 金鍍層。
[0057] 對鍍好的鋼板試樣按GB/T10125-1997 (人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗）標準進行酸 性鹽霧試驗，試驗時間為720小時。檢測結果表明，本發明實施例4製得的鋅鎂合金鍍層的 腐蝕速率為：〇. 0307g/m2 · h，純鋅鍍層的腐蝕速率為0. 2438g/m2 · h，合金鍍層與純鋅鍍層 腐蝕速率比率為0. 13,耐蝕性提高約8倍。通過比較圖5a和圖5b可知，經鹽霧處理後，鋅 鎂合金鍍層基本沒有被腐蝕（如圖5b中所示）。
[0058] 此外，在本發明的另一示例性實施例中，對鋼板進行預處理，然後將鍍鋅板放置於 鍍膜機中；將鍍膜機的電流調節為160A至200A，並且在KKTC至200°C的溫度下在真空環 境中對鎂粒進行蒸鍍2分鐘至5分鐘，從鍍膜機中取出具有鍍鎂薄膜的鍍鋅鋼板，然後對該 鍍鋅鋼板進行合金化處理。在下面的表1中示出了對不同鎂含量的鍍鎂薄膜進行合金處理 的合金化條件，以及對製得的鋅鎂合金鍍層進行鹽霧處理之後的實驗結果。在表1的試驗 結果中示出的鎂的含量為鎂在鋅鎂合金鍍層中所佔的質量百分數。
[0059] 對鋼板進行預處理的方法與在前面的示例性實施例中描述的預處理方法相同，因 此在此不再對其進行重複的描述。另外，對下面描述的示例進行鹽霧處理的條件完全相同， 即，按照GB/T10125-1997 (人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗）標準進行酸性鹽霧試驗，試驗時間 為720小時。
[0060] 表1鹽霧試驗結果
[0061]
【權利要求】
1. 一種鋅鎂合金鍍層的製備方法，其特徵在於，所述製備方法包括順序執行的下述步 驟： 對鍍鋅板進行預處理； 將鍍鋅板放置於鍍膜機中以在鍍鋅板上蒸鍍鎂薄膜，然後從鍍膜機中取出鍍鎂薄膜 的鍍鋅板，其中，在蒸鍍過程中，將鍍膜機的放電電流調節為160A至200A，並且在100°C至 200°C的溫度下在真空環境中蒸鍍2分鐘至5分鐘； 在390°C至410°C的溫度下，對鍍鎂薄膜的鍍鋅板進行合金化處理30s至120s，得到鎂 含量為3wt %至8wt %的鋅鎂合金鍍層。
2. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，在蒸鍍過程中，將鍍膜機的放電電流調 節為160A至180A。
3. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，在合金化處理過程中，對鍍鎂薄膜的鍍 鋅板進行合金化處理30s至60s。
4. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，在合金化處理過程中，在400°C至410°C 的溫度下，對鍍鎂薄膜的鍍鋅板進行合金化處理。
5. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，製得的鎂含量為3. 5wt%、4. 5wt%、 5. 5wt%、6. 5wt%的鋅鎂合金鍍層經鹽霧處理720小時的腐蝕速率均小於純鋅鍍層，耐蝕 性大約為純鋅鍍層鋼板的10倍。
6. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，將製得的鋅鎂合金鍍層經鹽霧處理720 小時，製得的鋅鎂合金鍍層的腐蝕速率為〇. 〇255g/m2 ? h至0. 0553g/m2 ? h。
7. -種鋅鎂合金鍍層，其特徵在於，所述鋅鎂合金鍍層通過權利要求1至權利要求6中 的任一權利要求所述的鋅鎂合金鍍層製備方法製得。
【文檔編號】C23C14/24GK104498877SQ201410776781
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】江社明, 張啟富, 劉秋元, 劉昕, 嶽崇鋒, 張 傑, 王賀賀, 李遠鵬, 陳斌鍇 申請人:中國鋼研科技集團有限公司, 新冶高科技集團有限公司