一种电镀锌镁合金钢板的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种电镀锌镁合金钢板的生产方法，它是以经连续再结晶退火处理的冷轧IF、DP、TRIP带钢作为基板；全面去除表面残留后进行闪镀镍，然后在进行电镀锌和真空镀镁，最后进行合金化处理和涂油或钝化的表面处理后卷取。本发明采用电镀锌结合真空镀镁方式，大大提高了镁的沉积速率，提高了生产效率，降低了生产成本，更容易实现工业化大生产。与传统方法相比，本发明生产的锌镁合金镀层钢板具备更好的耐蚀性，锌镁合金镀层与基板的结合力好，避免了基板中铁与镀层中锌的互扩散，锌铁合金相不会大量形成，从而保证了优良的镀层附着力，该锌镁合金镀层板同时具有较低的表面摩擦系数。
【专利说明】一种电镀锌镁合金钢板的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电镀锌镁合金钢板的生产方法，属于钢板加工领域。
【背景技术】
[0002]随着汽车、建筑、精密仪器、重型机械等行业的快速发展，人们对钢板耐蚀性提出更高的要求，一般来说，通过增加镀层厚度能有效提高镀层耐蚀性，但镀层厚度的一味增加也会导致成本的不断增加和资源浪费，当前市场上锌的价格长期居高不下，因此开发具有薄镀层、高耐蚀特点的新型合金镀层钢板具有非常重要的意义。
[0003]采用电镀法制备锌镁合金镀层主要有两种方法，一是水溶液电镀，二是熔融盐电镀。对水溶液电镀方法而言，由于其采用的电镀液体系是有机体系，其生产成本(原料合成成本)较高，同时该体系的危险性很大。另外，要获得Zn-Mg合金镀层，完成电镀之后还需要进行热处理，热处理过程中可能会导致Zn、Fe的互扩散产生Zn-Fe合金相，导致镀层脆性增加，与基板结合性能变差。对于熔融盐电镀而言，其典型特点是需要的温度条件非常高，因而相应能耗大，成本高，并且高温条件下Zn层与钢板之间会因元素扩散而生成合金相，严重影响钢板的力学性能。
[0004]相对而言，真空镀膜法是实现工业化大生产更有效的方法之一，其优点一是沉积材料广泛，可沉积铝、镁等湿法电镀很难沉积的标准电位很负的金属。二是真空涂层的附着力、致密度、耐腐蚀性等都相当优良。此外，真空镀膜方法更适宜进行多层结构复合镀层的制备，为镀层结构多样化开发提供了很好的手段。本发明所涉及的工艺充分利用了电镀与真空镀膜的特点，将电镀锌方法与真空镀镁方法结合起来，形成连续带钢镀锌镁合金产品产线。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种结合电镀锌工艺和真空镀镁工艺的锌镁合金镀层钢板的生产方法，以解决目前常用的水溶液电镀或熔融盐电镀同时沉积锌与镁所存在的电镀效率低，与基板结合能力差，耐蚀性不强等问题。
[0006]上述目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种电镀锌镁合金钢板的生产方法，它包括以下步骤:
[0008]I)选择经连续再结晶退火处理的冷轧IF、DP、TRIP带钢作为基板；
[0009]2)基板经过表面清洗，全面去除表面残留后进入闪镀镍槽，闪镀镍的目的是改善带钢表面活性，获得更加均匀的锌层，镀液采用NiSO4溶液，带钢表面闪镀镍的厚度为0.005-0.05 μ m，镀槽温度控制在30_60°C，ph值控制在8_11，电流密度控制在2_8A/dm2 ；
[0010]3)闪镀镍之后，带钢立即进入电镀锌槽，控制电镀锌槽温度为45-60°C、游离酸浓度为l-10g/l、氢离子浓度为70-110g/l、带钢运行速度为80-120m/min，镀后带钢表面锌层厚度为 20-100μπι ；
[0011]4)电镀锌完毕后的带钢先进行清洗再进行热风干燥处理，处理完毕的带钢进入真空镀镁槽，真空镀镁槽中，带钢沿水平方向运行，真空镀镁槽的上下两面各设有4-10个与蒸发坩埚连通的管道，真空镀镁槽的真空度控制在I X 10_5托以下，真空镀镁槽内杂质氧的含量控制在20ppm以下，蒸发坩埚的温度控制在670-800°C，坩埚内为金属镁，通过加热使镁蒸发后形成蒸汽沉积在带钢表面，带钢表面沉积镁的厚度控制在0.5-2 μ m，镁的沉积速度通过调节带钢运行速度和坩埚开口控制阀来控制，沉积完毕后进入合金化炉；
[0012]5)合金化炉采用辐射电加热方式，合金化炉的电加热功率为1300_2500kw，温度控制在330-550°C范围内，带钢在炉内的时间控制在6-18秒，让带钢表面镁与锌充分扩散形成 MgZn2 或 Mg2Zn11 相；
[0013]6)带钢经过涂油或钝化的表面处理后卷取。
[0014]优选地，步骤5)中，合金化炉的温度控制在350_380°C，合金化炉的温度控制在该范围内可获得单一锌镁合金相MgZrv合金相形貌受热处理温度影响很大，在350°C处理可获得片层状形貌的合金相，合金镀层连续分布且结构完整，在380°C处理获得具有多孔结构的镀层组织。
[0015]通过与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0016]I)由于采用水溶液或熔融盐电镀实现锌、镁共沉积制备锌镁合金镀层钢板的能耗高、效率低且易损伤基板，很难实现连续的工业化生产，而本发明采用电镀锌结合真空镀镁方式，大大提高了镁的沉积速率，提高了生产效率，降低了生产成本，更容易实现工业化大生产。
[0017]2)与传统方法相比，本发明生产的锌镁合金镀层钢板具备更好的耐蚀性，极化曲线及盐雾试验中本发明锌镁合金镀层钢板表现出了极佳的耐蚀性，其耐红锈能力是具有同等厚度锌层的传统镀锌钢板的3-10倍。
[0018]3)本发明中的锌镁合金镀层与基板的结合力好，合金化温度的精确控制很好地避免了基板中铁与镀层中锌的互扩散，锌铁合金相不会大量形成，从而保证了优良的镀层附着力，较低的合金化温度又不会影响钢板的力学性能。该锌镁合金镀层板同时具有较低的表面摩擦系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明所使用的真空镀镁槽的结构示意图。图中:1_真空镀镁槽，2-蒸发坩埚，3-管道，4-开口控制阀，5-工作辊。
[0020]图2是本发明制备的锌镁合金镀层钢板的表面锌镁合金相及截面SEM形貌，(a)表面锌镁合金相，(b)截面SEM形貌。从截面相结构形貌可明显看出，连续锌镁合金相均匀分布在带钢表面，基板中铁与镀层中锌未扩散，未形成锌铁合金相。
[0021]图3是本发明制备的锌镁合金镀层板与电镀法同时沉积锌与镁制备的锌镁合金镀层板的表面摩擦系数对比。
[0022]图4是本发明制备的锌镁合金镀层钢板与电镀法同时沉积锌与镁制备的锌镁合金镀层钢板的耐蚀性试验对比。
【具体实施方式】
[0023]以下结合实施例对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0024]实施例1
[0025]一种电镀锌镁合金钢板的生产方法，其步骤如下:
[0026]I)选择经连续再结晶退火处理的冷轧IF带钢作为基板，规格为0.8 X 1450m ；
[0027]2)基板经过表面清洗(依次热水漂洗、电解清洗、碱洗)，全面去除表面残留后进入闪镀镍槽，镀液采用NiSO4溶液，带钢表面闪镀镍的厚度为0.01 μ m,镀槽温度控制在55°C, ph值控制在10，电流密度控制在5A/dm2 ；
[0028]3)闪镀镍之后，带钢立即进入电镀锌槽，控制电镀锌槽温度为55°C、游离酸浓度为9g/l、氢离子浓度为70g/l、带钢运行速度为80m/min，镀后带钢表面锌层厚度为20 μ m ;
[0029]4)电镀锌完毕后的带钢先进行清洗再进行热风干燥处理，处理完毕的带钢进入真空镀镁槽(图1所示)，真空镀镁槽中，带钢沿水平方向运行，真空镀镁槽的上下两面各设有4-10个与蒸发坩埚连通的管道，真空镀镁槽的真空度控制在I X 10_5托以下，真空镀镁槽内杂质氧的含量控制在20ppm以下，蒸发坩埚的温度控制在680°C，坩埚内为金属镁，通过加热使镁蒸发后形成蒸汽沉积在带钢表面，带钢表面沉积镁的厚度控制在I μ m，镁的沉积速度通过调节带钢运行速度和坩埚开口控制阀来控制，沉积完毕后进入合金化炉；
[0030]5)合金化炉采用辐射电加热方式，合金化炉的电加热功率为1600kw，温度控制在350°C，带钢在炉内的时间控制在8秒，让带钢表面镁与锌充分扩散形成MgZn2相；
[0031]6)带钢经过涂油或钝化的表面处理后卷取。
[0032]图2为实施例1制备的锌镁合金镀层钢板的表面锌镁合金相及截面SEM形貌，从图中可见，实施例1获得的产品表面镀层为两层结构，分别为基板上的锌层和最表面的MgZn2合金层，其中，MgZn2合金层的存在，极大提高了镀层板的耐蚀性。
[0033]图3是实施例1制备的锌镁合金镀层钢板与电镀法同时沉积锌与镁制备的锌镁合金镀层钢板的表面摩擦系数对比。从图中可看出，传统电镀法制备的锌镁合金镀层钢板表面摩擦系数为0.4左右，而实施例1制备的锌镁合金镀层钢板的表面摩擦系数为0.26左右。
[0034]图4是本发明制备的锌镁合金镀层钢板与电镀法同时沉积锌与镁制备的锌镁合金镀层钢板的耐蚀性试验对比，两种钢板的渡层厚度相同，均为20μπι。从图中可看出，腐蚀72h后，传统钢板表面已完全被红锈所覆盖，而此时实施例1表面仅形成白锈，未见红锈出现，说明实施例1表现出极佳的耐蚀性。
[0035]实施例2
[0036]一种电镀锌镁合金钢板的生产方法，其步骤如下:
[0037]I)选择经连续再结晶退火处理的冷轧DP带钢作为基板；
[0038]2)基板经过表面清洗，全面去除表面残留后进入闪镀镍槽，镀液采用NiSO4溶液，带钢表面闪镀镍的厚度为0.005 μ m，镀槽温度控制在30°C，ph值控制在11，电流密度控制在 2A/dm2 ；
[0039]3)闪镀镍之后，带钢立即进入电镀锌槽，控制电镀锌槽温度为45°C、游离酸浓度为lg/Ι、氢离子浓度为70g/l、带钢运行速度为80m/min，镀后带钢表面锌层厚度为100 μ m ；
[0040]4)电镀锌完毕后的带钢先进行清洗再进行热风干燥处理，处理完毕的带钢进入真空镀镁槽，真空镀镁槽中，带钢沿水平方向运行，真空镀镁槽的上下两面各设有5-10个与蒸发坩埚连通的管道，真空镀镁槽的真空度控制在IX 10_5托以下，真空镀镁槽内杂质氧的含量控制在20ppm以下，蒸发坩埚的温度控制在800°C，坩埚内为金属镁，通过加热使镁蒸发后形成蒸汽沉积在带钢表面，带钢表面沉积镁的厚度控制在0.3 μ m，镁的沉积速度通过调节带钢运行速度和坩埚开口控制阀来控制，沉积完毕后进入合金化炉；
[0041]5)合金化炉采用辐射电加热方式，合金化炉的电加热功率为2500kw，温度控制在5500C，带钢在炉内的时间控制在6秒，让带钢表面镁与锌充分扩散形成MgZn2或Mg2Zn11相；
[0042]6)带钢经过涂油或钝化的表面处理后卷取。
[0043]实施例3
[0044]一种电镀锌镁合金钢板的生产方法，它包括以下步骤:
[0045]I)选择经连续再结晶退火处理的冷轧TRIP带钢作为基板；
[0046]2)基板经过表面清洗，全面去除表面残留后进入闪镀镍槽，闪镀镍的目的是改善带钢表面活性，获得更加均匀的锌层，镀液采用NiSO4溶液，带钢表面闪镀镍的厚度为
0.05 μ m,镀槽温度控制在60°C，ph值控制在8，电流密度控制在8A/dm2 ；
[0047]3)闪镀镍之后，带钢立即进入电镀锌槽，控制电镀锌槽温度为60°C、游离酸浓度为10g/l、氢离子浓度为110g/l、带钢运行速度为120m/min，镀后带钢表面锌层厚度为60 μ m ；
[0048]4)电镀锌完毕后的带钢先进行清洗再进行热风干燥处理，处理完毕的带钢进入真空镀镁槽，真空镀镁槽中，带钢沿水平方向运行，真空镀镁槽的上下两面各设有4-10个与蒸发坩埚连通的管道，真空镀镁槽的真空度控制在I X 10_5托以下，真空镀镁槽内杂质氧的含量控制在20ppm以下，蒸发坩埚的温度控制在670°C，坩埚内为金属镁，通过加热使镁蒸发后形成蒸汽沉积在带钢表面，带钢表面沉积镁的厚度控制在2 μ m,镁的沉积速度通过调节带钢运行速度和坩埚开口控制阀来控制，沉积完毕后进入合金化炉；
[0049]5)合金化炉采用辐射电加热方式，合金化炉的电加热功率为1300kw，温度控制在330°C，带钢在炉内的时间控制在18秒，让带钢表面镁与锌充分扩散形成MgZn2或Mg2Zn11相；
[0050]6)带钢经过涂油或钝化的表面处理后卷取。
【权利要求】
1.一种电镀锌镁合金钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤: 1)选择经连续再结晶退火处理的冷轧IF、DP、TRIP带钢作为基板； 2)基板经过表面清洗，全面去除表面残留后进入闪镀镍槽，闪镀镍的目的是改善带钢表面活性，获得更加均匀的锌层，镀液采用NiSO4溶液，带钢表面闪镀镍的厚度为0.005-0.05 μ m，镀槽温度控制在30_60°C，ph值控制在8_11，电流密度控制在2_8A/dm2 ； 3)闪镀镍之后，带钢立即进入电镀锌槽，控制电镀锌槽温度为45-60°C、游离酸浓度为l-10g/l、氢离子浓度为70-110g/l、带钢运行速度为80-120m/min，镀后带钢表面锌层厚度为 20-100 μ m ； 4)电镀锌完毕后的带钢先进行清洗再进行热风干燥处理，处理完毕的带钢进入真空镀镁槽，真空镀镁槽中，带钢沿水平方向运行，真空镀镁槽的上下两面各设有4-10个与蒸发坩埚连通的管道，真空镀镁槽的真空度控制在I X10—5托以下，真空镀镁槽内杂质氧的含量控制在20ppm以下，蒸发坩埚的温度控制在670-800°C，坩埚内为金属镁，通过加热使镁蒸发后形成蒸汽沉积在带钢表面，带钢表面沉积镁的厚度控制在0.5-2 μ m，镁的沉积速度通过调节带钢运行速度和坩埚开口控制阀来控制，沉积完毕后进入合金化炉； 5)合金化炉采用辐射电加热方式，合金化炉的电加热功率为1300-2500kw，温度控制在330-550°C范围内，带钢在炉内的时间控制在6-18秒，让带钢表面镁与锌充分扩散形成MgZn2 或 Mg2Zn11 相； 6)带钢经过涂油或钝化的表面处理后卷取。
2.如权利要求1所述的电镀锌镁合金钢板的生产方法，其特征在于:步骤5)中，合金化炉的温度控制在350-380°C。
【文档编号】C23C14/16GK104313579SQ201410631850
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】颜飞, 黄勇, 陈晓海, 谭运刚, 李金 , 毛利川, 苏衍战, 李祥, 钟荣飞 申请人:武汉钢铁(集团)公司