專利名稱：生產(chǎn)具有改善外觀的涂覆金屬帶材的方法
生產(chǎn)具有改善外觀的涂覆金屬帶材的方法本發(fā)明涉及制造具有改善的外觀、更具體地是旨在用于制造陸用機動車輛外殼部 件的金屬帶材的方法，然而不限于此。旨在用于制造陸用機動車輛部件的鋼板通常涂覆有鋅基金屬涂層，用于腐蝕防 護，該涂層通過在鋅基液體浴液中熱浸涂覆或者通過在含鋅離子的電解浴液中電沉積來進 行沉積。然后將旨在用于外殼部件制造的鍍鋅板進行成形和組裝，以便形成白車身，然后 使該白車身涂有至少一個涂料層，從而提供較大的腐蝕防護和良好的表面外觀。為此目的，常規(guī)地，機動車輛制造商首先向白車身施加電泳涂層，接著是底涂料 層、基礎(chǔ)涂料層和任選的漆涂層。為獲得令人滿意的涂漆表面外觀，通常施加90-120 μ m的 總涂料厚度，其構(gòu)成例如為20-30 μ m厚的電泳涂層、40-50 μ m厚的底涂料層和30-40 μ m基 礎(chǔ)涂料層。為將涂料系統(tǒng)的厚度限制到小于90 μ m，某些機動車輛制造商提出了省除電泳步 驟或者限制涂料層的數(shù)目以便提高生產(chǎn)率。然而，在目前，涂料系統(tǒng)的這種厚度降低總是損 害部件的最終涂漆表面外觀并且在工業(yè)生產(chǎn)中并未得到實施。這是因為充當基礎(chǔ)基材的鋅基涂層具有波紋狀表面，其目前僅可通過厚的涂料層 得到彌補，否則車身部件將具有不可接受的“桔皮”外觀。表面的波紋度W是相當長的波長(0. 8-lOmm)的平緩、準周期性幾何不平度，其不 同于與短波長(< 0. 8mm)的幾何不平度對應(yīng)的粗糙度R。在本發(fā)明中，波紋度輪廓的算術(shù)平均值Wa(以μ m計)用于表征板材的表面波紋 度，并且截止閾值為0. 8mm的波紋度測量結(jié)果用Waa8表示。因此，本發(fā)明的目的是提供制造涂有腐蝕防護涂層的金屬帶材的方法，其波紋度 Wa0.8與現(xiàn)有技術(shù)的帶材相比較小，因而使得能夠制造所需的總漆厚度小于現(xiàn)有技術(shù)部件的 涂漆金屬部件。為此目的，本發(fā)明的第一主題由制造具有金屬腐蝕防護涂層的金屬帶材的方法構(gòu) 成，該方法包括在于以下的步驟-使金屬帶材穿過熔融金屬的浴液，該浴液包含2-8重量％鋁，0-5重量％鎂和至 多0. 3重量％添加元素，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)，使所述浴液維持在350-700°C的溫 度；然后-通過噴嘴對帶材的兩側(cè)噴射氣體來干燥涂覆的金屬帶材；然后-以受控方式冷卻涂層直到涂層完全凝固，所述冷卻在干燥結(jié)束時的溫度和凝固 開始之間以小于15°C/s的速率進行，且然后在其凝固開始和終了之間以大于或等于15°C / s的速率進行。在優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以包括下面單獨或組合所取的特 征-所述冷卻在干燥結(jié)束時的溫度和凝固開始之間以小于10°C/s的速率進行，且然 后在其凝固開始和終了之間以大于或等于15°C /s的速率進行；
-所述冷卻在干燥結(jié)束時的溫度和凝固開始之間以小于10°C/s的速率進行，且然 后在其凝固開始和終了之間以大于或等于20°C /s的速率進行；-以這樣的方式干燥涂覆的金屬帶材使位于干燥線和高出至少IOcm的終止處之 間的帶材部分，與氧化能力比由4體積％氧氣和96體積％氮氣構(gòu)成的氣氛的氧化能力低的 氣氛接觸；_金屬帶材是鋼帶材。本發(fā)明的另一個主題是經(jīng)熱浸涂覆但尚未冷軋平整的冷軋金屬帶材，其可通過根 據(jù)本發(fā)明的方法獲得，其金屬涂層包含2-8重量％鋁，0-5重量％鎂和至多0. 3重量％添加 元素，余量由鋅和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，所述涂層具有0.5μπι以下，優(yōu)選0. 45 μ m以下的波 紋度Waa 8。在優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的金屬帶材還可以包括下面單獨或組合所取的 特征_金屬涂層不含有鎂；-金屬涂層含有1-4重量％鎂；_金屬帶材由鋼制成。本發(fā)明的另一個主題是通過未冷軋平整的金屬帶材的變形獲得的金屬部件，其涂 層的波紋度Va0.8為0. 48 μ m以下，優(yōu)選0. 43 μ m以下。本發(fā)明的又一個主題是通過金屬帶材的變形獲得的金屬部件，所述金屬帶材在變 形之前還經(jīng)受冷軋平整操作，其涂層具有0. 35 μ m以下，優(yōu)選0. 32 μ m或者甚至0. 31 μ m以 下的波紋度Watl. 8。在下面以非限制性實施例的方式給出的描述的過程中，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變 得更為清楚明顯。根據(jù)本發(fā)明的方法的第一步驟在于使金屬帶材例如鋼帶材連續(xù)穿過包含在熔爐 中的含有熔融金屬的涂覆浴液。在工業(yè)生產(chǎn)線上帶材行進速度通常為40m/分鐘_200m/分鐘，例如優(yōu)選大于120m/ 分鐘或者甚至大于150m/分鐘。待用于根據(jù)本發(fā)明的方法中的涂覆浴液的組成是基于鋅的，并且含有2-8重量％ 鋁，其因此是涂層的必要元素。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)包含小于2重量％鋁的涂層不允許根據(jù)本發(fā) 明的方法改善波紋度。同樣，包含大于8重量％鋁的涂層也不能提供根據(jù)本發(fā)明的這種所 需效果。該元素還使抗腐蝕性能夠得到改善。浴液還可以含有至多5重量％鎂以便改善鍍鋅涂層的抗腐蝕性、特別是其抗紅銹 性。為獲得對抗腐蝕性的明顯作用，優(yōu)選以至少0. 1重量％或0. 2重量％以及優(yōu)選至少1 重量％的量加入鎂。其在浴液中的含量限于5重量％，或甚至4重量％，因為在較高含量的 情形中所獲得的涂層可在隨后成形操作期間具有脆性和附著性問題。此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn) 加入這種元素沒有損害通過加入鋁所獲得的關(guān)于波紋度的結(jié)果。浴液的組成還可以任選含有至多0. 3重量％的量的添加元素，例如Si，Sb，Pb，Ti， Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, &或Bi。例如，這些各種元素特別使得能夠改善涂層的抗腐蝕 性或其脆性或其附著性。知曉它們對涂層特性的影響的本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何取決于所 需另外目對它們加以使用。還證實這些元素不妨礙通過根據(jù)本發(fā)明的方法控制波紋度的方式。然而在某些情況下可優(yōu)選將鈦含量限制到小于0.01%，或甚至小于0. 005%，因為該元 素可以在汽車制造商所用的除油脂和磷化的浴液中導致污染問題。最后，浴液可以含有源自于熔爐進料坯錠或者源自于由穿過該浴液的帶材的不可 避免的雜質(zhì)。因而，浴液特別可包含鐵等。使浴液維持在液相線+10°C和700°C之間的溫度，液相線溫度取決于其組成而變 動。對于用于本發(fā)明的涂層的范圍，所以該溫度將為350°C-70(TC?？苫仡櫟氖牵合嗑€ 是高于其時合金完全處于熔融狀態(tài)的溫度，固相線是低于其時合金完全處于凝固狀態(tài)的溫 度。對于某些組成，液相線溫度將等于固相線溫度。在穿過熔爐后，然后通過置于帶材的兩側(cè)上的噴嘴對兩側(cè)上均得到涂覆的金屬帶 材進行干燥操作，所述噴嘴將氣體例如空氣或惰性氣體噴射到帶材表面上。這種本領(lǐng)域技 術(shù)人員公知的常規(guī)操作使得涂層在尚未凝固時涂層厚度得到準確調(diào)節(jié)。在干燥操作后，根據(jù)本發(fā)明的方法的必要步驟是受控的涂層冷卻直到其完全凝 固。具體地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在凝固開始之前與凝固開始之后必須不同地冷卻涂層。因此，在干燥結(jié)束時的溫度和凝固開始之間(即，當涂層剛好降到低于液相線溫 度時)，以小于15°C /s，優(yōu)選小于10°C /s，更優(yōu)選等于或小于5°C /s的速率進行冷卻，且然 后在其凝固開始和終了之間(即，當涂層達到固相線溫度時)以大于或等于15°C/s，優(yōu)選 大于或等于20°C /s的速率進行冷卻。通過遵照所述設(shè)置，如下文給出的試驗所證明，觀測到了有關(guān)涂層的波紋度的出 人意料且明顯的改善。如果需要以不超過約5°C /s的速率冷卻，則可以通過自然對流實現(xiàn)一直到凝固開 始的冷卻。高于該速率時，將必須采用強制冷卻，該強制冷卻使用任何合適的技術(shù)手段，例 如通過吹送冷氣。同樣，從凝固開始的冷卻將一般通過強制冷卻進行。當涂覆板材已完全冷卻時，可以對其進行冷軋平整操作，使其能夠產(chǎn)生有利于其 隨后成形操作的織構(gòu)。具體地，通過板材成形之前促進對板材所施用的油的良好保持性，冷 軋平整操作使得能夠?qū)⒋植诙?其對于該板材適當成形是足夠的)轉(zhuǎn)印到板材的表面。通常對旨在制造用于陸用機動車輛的車身部件的金屬板材進行這種冷軋平整操 作。例如，當根據(jù)本發(fā)明的金屬板材旨在制造家用電器時，不進行這種附加操作。然后對不管冷軋平整與否的板材進行成形操作，例如通過拉拔、彎曲或壓型 (profiling)，優(yōu)選通過拉拔，以便形成然后可涂漆的部件。對于家用電器的部件，還可任選 地使用本身已知的物理和/或化學方式對該涂料層進行退火操作。為此目的，可使涂漆部 件穿過感應(yīng)爐或熱風爐，或者UV燈下方或電子束散射裝置下方。為了生產(chǎn)機動車輛部件，將其浸沒在電泳浴液并且相繼施加底涂料層、基礎(chǔ)涂料 層和任選的頂漆涂層。在將電泳涂層施加到所述部件之前，首先將后者除油脂并然后進行磷化以確保電 泳處理的附著性。電泳涂層提供具有另外腐蝕防護的部件。通常用噴槍施加的底涂料層為 所述部件的最終外觀做好準備并且保護其不遭受碎屑和UV?；A(chǔ)涂料層為部件提供了其顏 色和其最終外觀。漆涂層給部件表面提供良好的機械強度、對侵蝕性化學物質(zhì)的抵抗性和良好的表面外觀。用于保護和保證鍍鋅部件的優(yōu)化表面外觀的涂料層(或涂料系統(tǒng))具有例如 10-20 μ m厚的電泳涂層、30 μ m底漆下涂層和40 μ m的基礎(chǔ)漆下涂層。在其中涂料系統(tǒng)還包括漆涂層的情形中，各個涂料層的厚度通常為如下-電泳涂層小于10-20μ m ；-底涂料層小于20μ m ；-基礎(chǔ)涂料層小于20μ m,且有利地小于10 μ m ；禾口-漆涂層優(yōu)選小于30μ m。對于涂料系統(tǒng)，還可能不包括電泳涂層，并且可以僅包含底涂料層、基礎(chǔ)涂料層和 任選的漆涂層。此外，補充研究通過在涂層經(jīng)干燥的區(qū)域中采取特殊措施進一步改善了根據(jù)本發(fā) 明的板材和部件的波紋度水平。具體地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過確保該區(qū)域中的氣氛的氧化能力小于由4體積％氧 氣和96體積％氮氣構(gòu)成的氣氛的氧化能力，進一步降低了根據(jù)本發(fā)明的已冷卻板材的波 紋度水平。必須維持在低氧化水平的區(qū)域最小是始于干燥線直接上方且止于高出至少IOcm 并在行進的帶材的兩側(cè)上圍繞該帶材的區(qū)域。術(shù)語“干燥線”此處理解為是指連接噴嘴與 板材的最短部分，對應(yīng)于干燥氣體沿著行進的最小路徑。以這種方式，氧化水平可以用任何合適手段例如覆蓋干燥區(qū)域且供給有惰性氣體 例如氮氣的發(fā)貨箱進行控制。還將能夠使用貧氧氣體作為干燥氣體并且不特別地向該箱供 給惰性氣體，于是僅向所述箱供給干燥氣體流。為確定帶材周圍氣氛的氧化能力，測量其在平衡時的等效氧氣分壓。當存在的唯一氧化氣體是混有惰性氣體(氮氣或氬氣)的O2時，在該壓力等于可 通過合適的傳感器實時測量的O2體積含量。當存在混有還原性氣體(例如H2或CO)的其它氧化氣體(例如H2O或CO2)時，通 過有關(guān)氣體溫度下的質(zhì)量作用定律計算等效氧氣分壓。例如，對于Η2/Η20對，反應(yīng)可寫作如下 在熱力學平衡中，氣體的分壓遵循以下方程其中R是理想氣體常數(shù)，T是絕對開氏氣體溫度，AG是與反應(yīng)有關(guān)的自由能變化， 其可以在熱力學表中找到，取決于常數(shù)R的取值以卡/摩爾或焦耳/摩爾計。有關(guān)氣體混合物在平衡時的PO2 (即等效氧氣分壓)的值由上面方程求得。在本發(fā)明的上下文中，p02必須為0. 0015-0. 04。此外，可期望使任選的密閉(confinement)箱延伸遠至浴液的表面或者遠至浴液 和干燥線之間的中間位置，以便在干燥之前限制任何氧化。具體地，當板材的表面暴露于自 由空氣中時，自動形成這種氧化層，但是大多數(shù)時間在干燥噴射作用下被除去并返回到涂覆浴液中。因此，這種密閉使得能夠降低浴液的氧化物的量，該氧化物可以在帶材從中穿過 時被帶材帶走且因此產(chǎn)生不可接受的缺陷。然而，其具有促進鋅從浴液蒸發(fā)的缺點，該蒸氣則可污染密閉箱。雖然可使用所有種類的干燥噴嘴來實施根據(jù)本發(fā)明的方法，但是將更特別優(yōu)選使 用具有孔板(I’ orifice)的噴嘴，該孔板為寬度超過待涂覆帶材寬度的板片形式。這種類 型的噴嘴允許適當?shù)叵拗圃诟稍飬^(qū)的底部。試驗在由冷軋無晶隙鈦鋼制成的金屬板材上進行試驗，使所述金屬板材穿過含有鋅基 金屬浴液(包含可變比例的鋁和鎂)的熔爐。使浴液維持在低于所述組合物液相線的70°C 的溫度。在離開浴液時，通過兩種常規(guī)噴嘴用氮氣干燥所獲得的涂層，以便獲得約7μπι的
涂層厚度。在帶材的兩側(cè)上，將一系列用于吹送空氣的冷卻箱置于這些干燥噴嘴的上方，以 便通過強制對流使所述涂層凝固。取決于流速、吹送氣體的溫度和所使用的箱的數(shù)目，可將 冷卻速率調(diào)節(jié)為5-50°C /s。通過改變這些參數(shù)和所使用的箱的位置，進行一系列試驗以便在達到液相線溫度 之前和在該溫度與固相線溫度之間獲得各種冷卻速率的控制冷卻。當斷開所有的箱時，涂 層僅經(jīng)歷約5°C /s速率的自然對流。還通過在限制箱中用氮氣干燥進行試驗(參照17)，所述限制箱在以干燥線為起 始水平且在高出至少IOcm終止的區(qū)域中具有限于4體積％的氧氣含量。最后，將所獲得的樣品以3. 5%等雙軸(Marciniak)變形模式進行拉拔。將一些樣 品以1. 5%的延伸率預(yù)先進行冷軋平整操作。隨著試驗進行，測量波紋度值Waa8。這種測量在于使用不具有滾動體的機械測隙 規(guī)來獲得長度為50mm的板材輪廓，在與軋制方向成45°處測得。通過至少5階多項式從所 獲得的信號減去其一般式的近似值。然后通過高斯濾波(filtre Gaussien)在0.8mm截止 閾值從粗糙度Ra中分離出波紋度Wa。在下表中給出了所獲得的結(jié)果
權(quán)利要求
一種用于制造具有金屬腐蝕防護涂層的金屬帶材的方法，該方法包括在于以下的步驟 使金屬帶材穿過熔融金屬的浴液，該浴液包含2 8重量％鋁，0 5重量％鎂和至多0.3重量％添加元素，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)，使所述浴液維持在350 700℃的溫度；然后 通過噴嘴對帶材的兩側(cè)噴射氣體來干燥涂覆的金屬帶材；然后 以受控方式冷卻涂層直到涂層完全凝固，所述冷卻在干燥結(jié)束時的溫度和凝固開始之間以小于15℃/s的速率進行，且然后在其凝固開始和終了之間以大于或等于15℃/s的速率進行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述冷卻在干燥結(jié)束時的溫度和凝固開始之間以小 于10°C /s的速率進行，且然后在其凝固開始和終了之間以大于或等于15°C /s的速率進 行。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述冷卻在干燥結(jié)束時的溫度和凝固開始之間以小 于10°C /s的速率進行，且然后在其凝固開始和終了之間以大于或等于20°C /s的速率進 行。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中以這樣的方式干燥涂覆的金屬帶材使 位于干燥線和高出至少IOcm的終止處之間的帶材部分，與氧化能力比由4體積％氧氣和96 體積％氮氣構(gòu)成的氣氛的氧化能力低的氣氛接觸。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述金屬帶材是鋼帶材。
6.一種經(jīng)熱浸涂覆但尚未冷軋平整的冷軋金屬帶材，其可通過如權(quán)利要求1-5中任一 項所述的方法獲得，其金屬涂層包含2-8重量％鋁，0-5重量％鎂和至多0. 3重量％添加元 素，余量由鋅和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，所述涂層具有0.5μπι以下的波紋度Waa8。
7.如權(quán)利要求6所述的金屬帶材，其金屬涂層不含有鎂。
8.如權(quán)利要求6所述的金屬帶材，其金屬涂層含有1-4重量％鎂。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項所述的金屬帶材，其由鋼制成。
10.一種通過如權(quán)利要求6-9中任一項所述的金屬帶材的變形所獲得的金屬部件，其 涂層的波紋度Waa8為0. 48 μ m以下。
11.一種通過如權(quán)利要求6-9中任一項所述的金屬帶材的變形獲得的金屬部件，所述 金屬帶材在變形之前還經(jīng)受了冷軋平整操作，其涂層具有0. 35 μ m以下的波紋度Waa8。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造具有防腐蝕金屬涂層的金屬帶材的方法，該方法包括在于以下的步驟將金屬帶材浸入熔融金屬的浴液中，該浴液包含2-8重量％鋁，0-5重量％鎂和至多0.3重量％添加元素，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)，使所述浴液維持在350-700℃的溫度；通過噴嘴對帶材的兩側(cè)噴射氣體來干燥涂覆的金屬帶材；以及以受控方式冷卻涂層直到涂層完全凝固，所述冷卻在干燥之后的溫度和凝固開始之間以小于15℃/s的速率進行，且然后在其凝固開始和終了之間以大于或等于15℃/s的速率進行。本發(fā)明還涉及可通過使用該方法獲得的金屬帶材以及通過所述帶材的變形獲得的金屬部件。
文檔編號C23C2/26GK101981219SQ200980107022
公開日2011年2月23日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者J-M·馬泰格納, L·迪茲 申請人:安賽樂米塔爾研究與發(fā)展有限責任公司