鍍覆有防腐蝕體系的鋼板以及使用這種防腐蝕體系鍍覆鋼板的方法

2023-05-09 03:59:56 2

專利名稱：鍍覆有防腐蝕體系的鋼板以及使用這種防腐蝕體系鍍覆鋼板的方法
鍍覆有防腐蝕體系的鋼板以及 使用這種防腐蝕體系鍍覆鋼板的方法
技術領域：
本發明涉及一種鍍覆有多層防腐蝕體系的扁鋼產品(如鋼板或鋼 帶)和使用多層保護體系鍍覆扁鋼產品的方法。
為了提高的耐腐蝕性，特別將金屬覆層施加到鋼板上，所述金屬 覆層在多數情況下是由鋅或鋅合金構成的。由於這種鋅或鋅合金覆層 具有阻擋作用和陰極保護作用，因此在實際應用時它們為適當鍍覆後 的鋼板提供良好的防腐蝕作用。
覆層越厚，鋅覆層的保護效果越好。然而，鋅覆層的厚度大雖然 能保證特別良好的耐腐蝕性，卻會造成可焊性隨著鍍有鋅覆層的鋼板 的覆層厚度的增加而降低。因此在實際中，例如如果要通過雷射焊接 在高焊接速度下使得待與另一個部件連接的部件達到焊透，則會出現 加工問題。因此，常常無法滿足對於以常規方式鍍覆5pm節15pm厚 的鋅覆層的鋼板(例如如今其被用於車身構造領域或家用器j、的製造 中)的加工能力的要求。
通過施加所謂的"防腐蝕底漆"，可以在覆層厚度的平均值被調 節至7.5pm的條件下，使鍍鋅鋼板的耐腐蝕性確實得到進一歩提高。 然而，這種附加覆層的應用會大大降低雷射焊接能力。閒此這種可能 的方法也未體現出其在大規模技術加工中的價值。
針對常規鍍鋅鋼板的可焊性存在問題的背景，人們已研製出新型 的高的耐腐蝕性Zn-Mg覆層體系和Zn-Mg-Al覆層體系，它們在覆層 厚度明顯降低的條件下，提供與常規的7.5)im厚的鋅覆層的防腐蝕性 相當的防腐蝕性但雷射焊接的適應性大大提高。
在專利文獻EP 0 038 904 Bl中描述了一種製造具有增強的耐腐 蝕性、同時具有降低的覆層重量這種特性的熱浸鍍鋅鋼板的可能的方 法。根據這種現有技術，通過熱浸鍍覆法將含有0.2重量％的Al和 0.5重量％的Mg的鋅覆層施加到鋼基底上。以這種方式鍍覆的鋼板具有更好的焊接能力和優異的耐鐵鏽形成性。
儘管通過己知的方法(例如專利文獻EP 0 038 904 Bl中的方法) 可降低覆層重量並且同時具有良好的耐腐蝕性，但是以這種方式鍍覆 的鋼板仍無法滿足(例如)機動車車身構造領域中對於在實際應用中 承受較高負荷的板狀金屬部件的可焊性的要求。
以迄今所提出的現有技術作為出發點，本發明的目的在於提供鍍 覆有覆層體系的扁鋼產品，所述扁鋼產品在被覆狀態下具有耐腐蝕性 和可焊性的優化組合，其優化程度達到使得該扁鋼產品還能夠滿足這 種鋼板的操作者所進一步提高的要求。此外，本發明還描述了一種用 於製備這種鋼板的方法。
對於該產品，通過根據本發明具有由鋼形成的底層和施加到所述 底層上的防腐蝕體系的扁鋼產品來達到本目的，所述防腐蝕體系包含 厚度小於3.5pm的金屬覆層和施加到所述金屬覆層上的等離子體聚 合物層，所述金屬覆層由施加到所述底層上的第一金屬層和施加到所 述第一金屬層上的第二金屬層形成，其中所述第二金屬層與所述第一 金屬層形成金屬合金。
對於耐腐蝕和易於焊接型扁鋼產品的製備方法，以根據木發明的 合適方式來解決上述提及的目的，其中將第一金屬層施加到形成為 扁鋼產品的底層的鋼基底上，並且將第二金屬層施加到所述第一金屬 層上，作為熱處理的結果，所述第二金屬層與所述第一金屬層形成合 金，其中由所述第 一 金屬層和第二金屬層形成的金屬覆層的總厚度為 小於3.5pm;以及將等離子體聚合物層施加到由所述第 -金屬層和第 二金屬層形成的覆層上。
根據本發明施加到金屬覆層上的等離子體聚合物層的厚度優選 被限定為至多25004m。令人驚訝地發現，特別是在等離子體聚合物 層的厚度較小的條件下，可以保證根據本發明的鋼板具有特別良好的 性能。結果，有利的是等離子體聚合物層的厚度被限定為100nm至 1000nm，尤其為200nm至500nm。
使用具有薄的多層防腐蝕體系的根據本發明的鋼帶或鋼板，獲得 了不同層的不同防腐蝕性能所具優點的最佳組合。因此，根據本發明的扁鋼產品在裸露態以及與有機覆層結合的狀態下均具有高的耐腐 蝕性。特別地，這種髙的耐蝕性對於凸緣和空腔顯示出其價值。對按 照SEP 1160、由根據本發明鍍覆的鋼板製備的凸緣樣品的測試表明， 在根據VDA測試規範621-415進行的循環腐蝕試驗中其耐蝕性保證 超過IO個循環而不生成紅色鐵鏽。
根據本發明的扁鋼產品所具有的進一歩令人驚訝的性能在這種 鋼板或鋼帶通過陰極浸塗法直接塗漆(不經磷化和鈍化處理)時得到 證實。基於DIN EN ISO 6860對根據本發明的鋼板或鋼帶進行彎曲測 試，結果表明其具有優異的塗漆附著能力。未顯示有塗漆的剝落或覆 層從基底材料上剝落的跡象。
除了高的耐腐蝕性和優異的塗漆附著能力以外，根據本發明的鋼 板還具有良好的抗石擊性。與此相應的是，在根據DIN 55996-lB進 行的石擊試驗中，已經證明石擊不會導致本發明鋼板的覆層從基材上 剝落。
除了高的耐腐蝕性、優異的塗漆附著能力和良好的抗石擊性， 根據木發明的鋼板還具有非常良好的雷射焊接性能。這通過下列事實 而得到證實在理論接縫間隙為0mm且^接速度^達5m/min的條 件—卜_ ，獲得沒有或僅具有極少部分的孔洞和/或放電凹坑的無Y L雷射 焊縫。此外，在根據ISO 14327進行的測試中還可證實其具有良好的 點焊性。
根據本發明鍍覆的鋼板或鋼帶所具有的良好的耐腐蝕性，以及它 們固有的優異的塗漆附著能力、良好的抗石擊性、以及良好的點焊性 和雷射焊接能力，使得根據本發明的扁鋼產品特別適於用作衫L動車車 身構造材料或製造家用器具的材料。
對於根據本發明鍍覆的金屬板或金屬帶，薄的多層防腐蝕體系由 下列層形成至少一層保證對形成底層的鋼基底進行電化學保護的 層；位於該第一層的上面的層，該層能夠與所述第一層形成合金覆層， 從而通過對金屬板或金屬帶的額外的電化學保護機理來使防腐蝕性 能得到顯著改善；以及另一層一--一等離子體聚合物層，該層以阻擋層 和/或鈍化層的功能進 一 步改善了防腐蝕性。關於進一步加工的能力，如果根據本發明的金屬覆層的總厚度
小於3.5pm，並且如果施加於金屬層上的等離子體聚合物層的厚度被 限定為小於2500nm，則在這種情況下是有利的。令人驚訝的是，經 證實，儘管根據本發明的覆層其厚度有利地減小，但始終會保證根據 本發明獲得的鋼板和鋼帶的用戶所要求的耐腐蝕性。
第一金屬層可以為(例如)純鋅覆層，其可通過電解鍍鋅法、 熱浸鍍鋅法或真空沉積法之類的常規手段經濟地施加到鋼基底上。作 為選擇，第一金屬覆層還可由Al、 Zn-Ni、 Zn-Fe、或Zn-Al合金構 成。
優選的是，根據本發明的覆層體系的第二層是鋅合金覆層 (Zn-Y)。如果施加到第一層上的金屬與含有鋅的第一層形成鋅合 金，則形成了鋅合金覆層。出於這一目的，與第一層形成合金的第二 金屬層可通過(例如)熱蒸發而沉積到第-層上，其中熱蒸發優選在 真空下進行。如果第二金屬層是厚度為100nm至2000nm、優選為 lOOnm-1000nm並且具有精細結構的鎂層，則該方法是尤其合適的。
已證實Mg和其他金屬均為第二金屬層的合適材料。因此，例 如通過使用A1、 Ti、 Cr、 Mg、 Ni或它們的合金，可滿足在各種情況 下對第二層的要求。
根據本發明施加到金屬覆層上的等離子體聚合物層可由(例如) 有機矽烷化合物、烴類化合物、有機金屬化合物或它們的混合物形成。
通過空心陰極輝光放電法沉積等離子體聚合物層可特別均勻地 形成根據本發明施加到金屬覆層上的等離子體聚合物層。使用空心陰 極輝光放電法，可獲得高的等離子體密度和相應的高的沉積速率。因 此，這種製備等離子體聚合物層的可能的方法尤其適於大規模的技術 應用於貫通式技術中，並且可以整合到已有的貫通式覆層體系(如電 解鍍鋅體系或熱浸鍍覆體系)中。在這種情況下，如果空心陰極輝光 放電法的沉積速率達到1 Onm/s至1000nm/s ，則可獲得良好的加工效 果。如果將空心陰極輝光放電法的沉積速率設定為20nm/s至 750nm/s，則可進一歩改善鍍覆效果，其中如果空心陰極輝光放電法 的沉積速率達到50nmZs至500nm/s，尤其為50nm/s至360nm/s時，則獲得最佳設置的等離子體聚合物層。
在施加覆層體系的金屬層之後根據本發明進行的熱處理優選在
低於50(TC的溫度下進行。
可在施加等離子體聚合物層之前進行熱處理，也可以在施加等離 子體聚合物層之後進行熱處理，從而在第一金屬層與第二金屬層之間 產生合金化。無論何時進行熱處理，總能保證層良好地粘結，因此自 然具有良好的防腐蝕作用，同時具有優異的雷射焊接能力。
令人驚訝的是，現已表明實施這樣的過程，其中優選直到施加金 屬層和施加等離子體聚合物層之後才進行隨後的熱處理，會對Zn和 Mg之間的合金化過程產生積極的效果。因此，根據本發明的方法與 現有技術中的那些方法的區別在於金屬層體系是通過下述步驟製備 的在通過電解鍍鋅法、或熱浸鍍鋅法、或真空沉積法進行沉積的鋅 覆層上，通過在真空下熱蒸發來沉積厚度為100nm-2000nm、尤其為 100nm-1000nm的具有精細結構的鎂層，隨後進行熱處理，其中合金 化過程在沉積等離子體聚合物層之前通過隨後的熱處理而進行，也可 以僅在沉積等離子體聚合物層之後通過隨後的熱處理而進行。
本方法的優點在於下列事實在實施該方法的過程屮，鋼帶可 在不與大氣接觸的條件下在真空中連續地被鍍覆。
以下基於實施例對本發明進行更為詳細地描述。
實施例1
用於深拉目的的鋼帶包含底層和施加於其上的薄的多層防腐蝕 體系，其中底層是由(例如)低合金化的鋼製得的。
在這種情況下，防腐蝕體系是由作為第一金屬層施加到底層上 的鋅覆層、施加到第一金屬層....匕的Zn-Mg合金覆層形式的第二金屬 層、以及340nm厚的等離子體聚合物層形成的，其中所述鋅覆層的 厚度為約3.4pm，所述第二金屬層的厚度為小於1pm，從而使得金屬 層合起來小於3.5pm厚。等離子體聚合物層的厚度可改變。因此， 例如沉積厚度為340nm和520nm的等離子體聚合物層。
在等離子體聚合物層的厚度為340nm的條件下，按照這種方式構建的防腐蝕層可保證由這種鋼帶根據SEP U60製得的凸緣樣品的 耐蝕性為在根據VDA測試規範621-415的腐蝕循環測試中耐蝕性 為至少10個循環而不產生紅色鐵鏽。使用鍍覆有Zn-ZnMg覆層體系 但沒有等離子體聚合物層的常規的鋼板作為參比物進行檢測，最後在 這種情況下存在超過80%至100%的紅色鐵鏽。
在等離子體聚合物層的厚度為520nm的條件下按照類似方式構 建了防腐蝕體系，可以證實具有甚至更高的耐腐蝕性。
實施例2
在IF鋼板上製備

圖1所示的薄的多層防腐蝕體系的製備方法包 括首先通過電解鍍鋅法將鋅層沉積到形成底層的IF鋼基底上。然後 通過在真空下熱蒸發將具有精細結構的鎂覆層施加到鋅層上。隨後在 31(TC下進行熱處理，從而獲得了 Zn-Mg合金覆層，最後在使用四甲 基矽烷並且沉積速率為34nm/s的條件下通過空心陰極輝光放電法來 沉積等離子體聚合物層。
按照該方式得到的鋼板具有優異的防腐蝕性能，同時具有非常 優異的雷射焊接能力。
實施例3
為了在形成底層的優質鋼板上製得由圖2中橫截面所表示的薄 的多層防腐蝕體系，第一步通過電解鍍鋅法將鋅覆層沉積到底層上作 為第一金屬層。然後通過在真空下熱蒸發將具有精細結構的鎂S沉積 到第一金屬層上作為第二金屬層，以及在使用四甲基矽烷和沉積速率 為34nm/s的條件下，通過空心陰極輝光放電法將等離T體聚合物層 沉積到第二金屬層上。僅在將等離子體聚合物層施加到第二金屬層上 之後，在335E下進行IO秒的熱處理，從而形成Zn-Mg合金覆層。
按照該方式得到的鋼板也具有優異的防腐蝕性能，同時具有非 常優異的雷射焊接能力。
使用根據本發明的方法，可在不打斷真空下的"在線工序"的 情況下製備防腐蝕覆層，使得總體上生產成本下降、工藝簡化。
權利要求
1. 一種扁鋼產品，其具有由鋼形成的底層和施加到所述底層上的防腐蝕體系，所述防腐蝕體系包含厚度小於3.5μm的金屬覆層，並且包含施加到所述金屬覆層上的等離子體聚合物層，所述金屬覆層由施加到所述底層上的第一金屬層和施加到所述第一金屬層上的第二金屬層形成，其中所述第二金屬層與所述第一金屬層形成金屬合金。
2. 根據權利要求1所述的扁鋼產品，其特徵在於所述等離子體聚合物層的厚度至多為2500pm。
3. 根據權利要求2所述的扁鋼產品，其特徵在於所述等離子 體聚合物層的厚度為100nm至1000nm。
4. 根據權利要求3所述的扁鋼產品，其特徵在於所述等離子體聚合物層的厚度為200nm至500nm。
5. 根據上述權利要求中任意一項所述的扁鋼產品，其特徵在於所述第一金屬層為Zn、 Al、 Zn-Ni、 Zn-Fe或Zn-Al覆層。
6. 根據上述權利要求中任意--項所述的扁鋼產品，其特徵在於 所述第二金屬層為鋅合金覆層。
7. 根據上述權利要求中任意 一 項所述的扁鋼產品，其特徵在於所述第二金屬層由Mg、 Al、 Ti、 Cr、 Mn、 Ni元素或它們的合金中 的至少--種物質形成。
8. 根據上述權利要求中任意一項所述的扁鋼產品，其特徵在於 所述第二層的厚度達到100nm-2000nm。
9. 根據權利要求8所述的扁鋼產品，其特徵在於所述第二層的厚度達至lj 200腿-1000應。
10. 根據上述權利要求中任意一項所述的扁鋼產品，其特徵在於所述等離子體聚合物層由有機矽烷化合物、烴類化合物、有機金 屬化合物、或它們的混合物形成。
11. 一種製備鍍覆有防腐蝕體系的扁鋼產品的方法，其中將第一 金屬層施加到形成所述扁鋼產品的底層的鋼基底上，並且將第二金屬 層施加到所述第一金屬層上，作為熱處理的結果，所述第二金屬層與 所述第一金屬層形成合金，其中由所述第一金屬層和所述第二金屬層形成的金屬覆層的總厚度為小於3.5Mm;以及將等離子體聚合物層施加到由所述第一金屬層和所述第二金屬層形成的所述覆層上。
12. 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於所述等離子體聚合物層的厚度至多為2500pm。
13. 根據權利要求12所述的扁鋼產品，其特徵在於所述等離 子體聚合物層的厚度為100nm至1000nm。
14. 根據權利要求13所述的扁鋼產品，其特徵在於所述等離子體聚合物層的厚度為200nm至500nm。
15. 根據權利要求ll至14中任意一項所述的方法，其特徵在於所述第一層為鋅層，其通過電解鍍鋅法、熱浸鍍鋅法或真空蒸發法而 施加到所述底層上。
16. 根據權利要求11至15中任意一項所述的方法，其特徵在於所述第一層是由A1、 Zn-Ni、 Zn-Fe或Zn-Al化合物形成的。
17.根據權利要求ll至16中任意一項所述的方法，其特徵在於所述第二金屬層為含鎂的層。
18.根據權利要求ii至n中任意一項所述的方法，其特徵在於所述第二金屬層是由A1、 Ti、 Cr、 Mn、 Ni、或它們的合金形成的。
19. 根據權利要求ll至18中任意一項所述的方法，其特徵在於 所述第二金屬層通過熱蒸發法沉積到所述第一層上。
20. 根據權利要求11至19中任意一項所述的方法，其特徵在於 所述等離子體聚合物層是通過空心陰極輝光放電法沉積的。
21. 根據權利要求20所述的方法，其特徵在於所述空心陰極 輝光放電法的沉積速率為10nm/s至1000nm/s。
22. 根據權利要求21所述的方法，其特徵在於所述空心陰極 輝光放電法的沉積速率為20nm/s至75Onm/s 。
23. 根據權利要求22所述的方法，其特徵在於所述空心陰極 輝光放電法的沉積速率為50nm/s至500nm/s。
24. 根據權利要求23所述的方法，其特徵在於所述空心陰極 輝光放電法的沉積速率為50nm/s至360nm/s。
25. 根據權利要求11至24中任意-一項所述的方法，其特徵在於 所述熱處理的溫度低於500°C。
26. 根據權利要求11至25中任意一項所述的方法，其特徵在於 所述熱處理在施加所述等離子體聚合物層之前進行。
27.根據權利要求11至2 6中任意 一 項所述的方法，其特徵在於:所述熱處理在施加所述等離子體聚合物層之後進行。
全文摘要
本發明涉及一種鍍覆有覆層體系的扁鋼產品，所述扁鋼產品在被覆狀態下具有耐腐蝕性和可焊性的優化組合。根據本發明，出於該目的，所述鋼產品具有由鋼形成的底層和施加到所述底層上的防腐蝕體系，所述防腐蝕體系包含厚度小於3.5μm的金屬覆層，並且包含施加到所述金屬覆層上的等離子體聚合物層，所述金屬覆層由施加到所述底層上的第一金屬層和施加到所述第一金屬層上的第二金屬層形成，其中所述第二金屬層與所述第一金屬層形成金屬合金。
文檔編號C23C28/02GK101443132SQ200780017206
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月18日 優先權日2006年5月18日
發明者克拉西米爾·尼科洛夫, 妮科爾·魏厄, 貝恩德·舒馬赫爾 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵股份公司