專利名稱：用于制造扁鋼制品的方法以及扁鋼制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造扁鋼制品的方法，該扁鋼制品由基礎(chǔ)層和涂覆在該基礎(chǔ)層上的、防腐蝕的、具有多層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)成，該基礎(chǔ)層由鋼材料構(gòu)成。本發(fā)明還涉及一種扁鋼制品，其由基礎(chǔ)層和涂覆在該基礎(chǔ)層上的具有多層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)成，該基礎(chǔ)層由鋼材料構(gòu)成。
背景技術(shù)：
長期以來，為了防止鋼板腐蝕而采用金屬涂層。對(duì)此，除了純鋅涂層或鋁涂層之外，近些年來還越來越多采用雙元和三元鍍層系統(tǒng)。相對(duì)于純鋅涂層或鋁涂層，這樣的鍍層系統(tǒng)除了具有優(yōu)化的防腐性能外，還特別改善了粘附性能、耐磨損性能、焊接性能以及變形性能。由鋅、鋁、鎂構(gòu)成的三元合金涂層(可能還混合較少量的硅)通常采用熱浸鍍層的方式生成。在此，鍍層厚度在4-10 μ m的范圍內(nèi)，實(shí)際上在該范圍內(nèi)，對(duì)于這樣進(jìn)行鍍層的扁鋼制品的焊接過程造成困難。特別對(duì)于要求零焊縫(NullfUgespalt)的激光焊接來說會(huì)造成困難，這方面在具有相對(duì)較厚的三元涂層的鋼板中已經(jīng)證實(shí)是關(guān)鍵性的。然而具有較高保護(hù)效果的較薄防腐涂層這樣制成，即，對(duì)于鋼基質(zhì)、即鋼帶或鋼板首先進(jìn)行電鍍鋅處理，然后在鋅鍍層上再涂覆鎂鍍層。接下來，通過熱處理，使鎂在鋅鍍層中形成合金Zn2Mg。對(duì)電鍍鋅的鋼板鍍鎂例如可以借由真空條件的物理氣相沉積法(PVD) 來實(shí)現(xiàn)。由此獲得的基于蒸鍍的Mg的電鍍鋅的鋼板的鋅鎂涂層具有出色的防腐性能，并且顯著減小了涂層厚度，涂層厚度的減小特別對(duì)于焊接性能產(chǎn)生積極影響。當(dāng)然，在ZnMg鍍層系統(tǒng)中，實(shí)際制造是困難的且耗費(fèi)工本的，因?yàn)樵谡翦冩V之前必須使鋅表面徹底不含有氧化物顆?；蛄蚧镱w粒。否則的話，在后續(xù)熱處理中鋅鎂鍍層會(huì)出現(xiàn)較差的粘附性。對(duì)于盡可能不含氧化物和硫化物的表面的要求在實(shí)際情況下是相對(duì)立的，因?yàn)樵陔婂冞^程中以及接下來的在工作條件下與外界大氣環(huán)境相接觸的過程中都會(huì)產(chǎn)生氧化物和硫化物。因此，在Mg鍍層沉積在鋅鍍層上之前，必須再次將氧化物和硫化物從鋅鍍層的表面除掉。適宜的處理方案是，在噴涂之前使Si表面在真空中進(jìn)行等離子精洗處理。在此用氬離子對(duì)表面進(jìn)行噴射，從而除去表面的氧化物。在實(shí)際情況下，如EP 0 780 485 Bl (DE 696 10 064 T2)所述，等離子精洗還可以作為逆向的磁控管噴鍍酸洗來實(shí)現(xiàn)。等離子精洗的優(yōu)勢(shì)在于其具有相對(duì)較好的可操控性。因此，這樣的等離子精洗通常應(yīng)用于所有公知的鍍層方法中，公知的鍍層方法指的是使金屬在真空中沉積在基質(zhì)上。然而，考慮到制造扁鋼制品的條件，公知的用于等離子精洗的方法由于使用大型機(jī)器而具有較高的耗費(fèi)。因此，一方面需要較高的投資成本用于必要的設(shè)備技術(shù)。同時(shí)，這些設(shè)備僅具有較短的停車時(shí)間并且需要較短的維修間隔期，這是因?yàn)?，通過離子噴射而脫落的表面材料會(huì)殘留在設(shè)備中。相應(yīng)地，必須要在短時(shí)間內(nèi)除掉，從而避免各個(gè)待加工的扁管制品被存在于等離子精洗設(shè)備中的剩余物污染。為了回避耗費(fèi)工本的等離子精洗，在DE 10 2005 045 780 Al中公開了，待鍍層的扁鋼制品在電鍍ai鍍層之后進(jìn)行級(jí)聯(lián)式?jīng)_洗，從而同樣能夠?qū)i鍍層表面上的氧化物除掉。接下來，在由此清洗的ai鍍層上沉積Mg鍍層，并且以優(yōu)化的工作參數(shù)進(jìn)行后續(xù)熱處理。這樣確保實(shí)現(xiàn)，即使省去等離子精洗處理也能夠使ZnMg涂層在鋼基質(zhì)上具有充分的粘附性。然而為此保留的退火的過程窗口要很狹窄，以至于在實(shí)際條件下難以保證所要求的精確度。

發(fā)明內(nèi)容
在上述背景情況下，本發(fā)明的目的是提供一種方法，在適合實(shí)際條件的同時(shí)以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式使扁鋼制品鍍上ZnMg涂層，這樣的涂層不僅具有良好的粘附性能、防腐性能以及變形性能，而且還能夠具有較薄的結(jié)構(gòu)，從而使具有該涂層的扁鋼制品還具有良好的焊接性能。此外，還應(yīng)該提供一種在適合實(shí)際條件的同時(shí)還能夠低成本制造的扁鋼制品，其能夠防腐蝕，并且同時(shí)具有良好的變形性能和焊接性能。關(guān)于方法，本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的方法步驟來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明方法的具有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)方案在權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求中給出。關(guān)于扁鋼制品，本發(fā)明的前述目的通過具有權(quán)利要求12的技術(shù)特征的扁鋼制品來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明制品的具有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)方案在權(quán)利要求12的從屬權(quán)利要求中給出。根據(jù)本發(fā)明，扁鋼制品由基礎(chǔ)層和涂覆在基礎(chǔ)層上的、防腐蝕的、具有多層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)成，基礎(chǔ)層由鋼材料構(gòu)成，這種扁鋼制品的制造由以下步驟來實(shí)現(xiàn)a)準(zhǔn)備扁鋼制品的由鋼材料構(gòu)成的基礎(chǔ)層，其中，該基礎(chǔ)層指的是未鍍層的鋼帶或鋼板。b)通過電鍍的方式在基礎(chǔ)層上涂覆鋅鍍層。c)在鋅鍍層的表面上涂覆最大為25nm厚的鋁鍍層。在此，除了鋁鍍層具有很小的厚度之外，本發(fā)明的重點(diǎn)還在于，鋅鍍層表面鑒于在加工環(huán)境下其表面上的氧化物和硫化物，而保持到一直存在于電鍍鋅層處理的結(jié)束或?qū)⑦M(jìn)入到鋁鍍層處理的狀態(tài)中。這意味著， 將Ai鍍層直接涂覆在ai鍍層上，而在這之前沒有進(jìn)行特別的清洗處理或除掉鍍層上的氧化物或硫化物的預(yù)處理。涂覆在ai鍍層上的鋁粘接著存在于鋅鍍層上的ai氧化物和硫化物。因此，根據(jù)本發(fā)明，在涂覆Al鍍層之前，在涂有Si涂層的扁鋼制品上既沒有進(jìn)行等離子精洗處理，也沒有進(jìn)行特別的沖洗處理或類似的清理方法。代替這種方式，本發(fā)明有意地接受了，在ai鍍層的表面上具有氧化物和/或硫化物，在傳統(tǒng)的情況下，這樣的氧化物和/或硫化物會(huì)阻礙生成充分可靠粘附的防腐層。由于本發(fā)明省去了在鋅鍍層表面上的除掉氧化物或硫化物的處理，因此相對(duì)于公知的視為這種處理是必不可少的方法，本發(fā)明的方法明顯得到簡(jiǎn)化。d)在涂覆鋁鍍層之后，再在鋁鍍層上涂覆鎂鍍層。e)接下來，對(duì)這樣涂覆的由Si鍍層、Al鍍層和Mg鍍層構(gòu)成的涂層進(jìn)行后續(xù)熱處
4理。為此設(shè)定的工作參數(shù)不再具有較小的范圍，而是僅這樣進(jìn)行調(diào)整，從而由于熱傳入而在涂層的表面方向上、于Al鍍層上、在涂層中形成MgZn2鍍層。同樣令人驚奇的是，位于Si鍍層和Mg鍍層之間的薄的Al鍍層使Si擴(kuò)散到鎂鍍層中。同時(shí)，Al鍍層作為增附劑確保實(shí)現(xiàn)了 即使在沒有進(jìn)行等離子精洗處理的情況下、以及沒有達(dá)到后續(xù)熱處理的優(yōu)化溫度的情況下、或是沒有實(shí)現(xiàn)特別用于在涂覆Mg鍍層之前而對(duì)Si鍍層表面進(jìn)行沖洗的沖洗條件，本發(fā)明的涂層都具有出色的層粘附性能。對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明重要的是，Al鍍層以這樣薄的程度進(jìn)行涂覆，從而通過該鋁鍍層仍然能夠?qū)崿F(xiàn)Si到Mg中的擴(kuò)散。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，雖然Al中間層是公知的，但是在現(xiàn)有技術(shù)中卻用于防止擴(kuò)散。例如在火焰鍍鋅中形成的APe中間層，其目的在于防止&1和狗的擴(kuò)散。與前述本發(fā)明的方法相對(duì)應(yīng)地，還提供一種扁鋼制品，由基礎(chǔ)層和涂覆在所述基礎(chǔ)層上的具有多層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)成，該基礎(chǔ)層由鋼材料構(gòu)成，其中，該涂層包括位于基礎(chǔ)層上的Si鍍層、鄰近表面的MgZn2擴(kuò)散層和位于Si鍍層和MgZn2擴(kuò)散層之間的、最大為25nm 厚的Al鍍層。本發(fā)明的扁鋼制品的涂層的MgSi2鍍層的厚度通常為400-2500nm，其中，在厚度為400-1000nm的情況下具有最佳的保護(hù)效果。在MgSi2鍍層的上方還可以具有一層僅有鎂構(gòu)成的較薄的鍍層，該鍍層通常僅占據(jù)上方的原子層。因此，本發(fā)明含有鋅鎂涂層，該鋅鎂涂層這樣形成，S卩，在該鋅鎂涂層的形成過程中首先于經(jīng)電鍍的鋼板上沉積一層較薄的用于改善粘附性能的鋁鍍層。然后進(jìn)行涂覆鎂鍍層，再于鎂鍍層上進(jìn)行后續(xù)熱處理。在后續(xù)熱處理的范圍內(nèi)，形成一個(gè)鄰近表面的MgZn2相。 在此，厚度小于25nm的較薄的鋁鍍層用于改善涂層的粘附性能，而不需要為此特別在涂覆 Al鍍層之前對(duì)鋅鍍層表面進(jìn)行清洗處理。同理，也省去了在將鎂沉淀在Al鍍層上之前對(duì) Al鍍層的清洗處理。這樣提供特別有效的防腐保護(hù)，S卩，在電鍍鋅的過程中形成完全由高達(dá)99. 9重量％的高純ai構(gòu)成的ai鍍層。由此可以了解到，在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)的涂層中為了充分實(shí)現(xiàn)所期望的優(yōu)化的防腐保護(hù)，使電鍍沉積的Si鍍層的厚度為2-10 μ m，其中，當(dāng)使Si鍍層以小于8 μ m的厚度涂覆在基礎(chǔ)層上時(shí)，根據(jù)本發(fā)明制成的扁鋼制品還有利于焊接性能。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)使Al鍍層以至少8nm的厚度涂覆在鋅鍍層上時(shí)，涂覆在鋅鍍層上的鋁鍍層的有益效果特別這樣可靠實(shí)現(xiàn)。當(dāng)鋁鍍層的厚度為8. 5-13nm時(shí)，使鋁鍍層的作用特別優(yōu)化。作為用于薄的Al鍍層的沉淀方法，適宜采用陰極濺射法、特別是磁控管噴鍍法。 獨(dú)立于具體采用的鍍層方法，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還在于，涂覆的Al與扁鋼制品都不依賴于設(shè)備。與在必須采用等離子精洗(用于確保實(shí)現(xiàn)ZnMg涂層的充分粘附性能) 而造成材料脫落的方法相比，在本發(fā)明的方法中，既沒有因?yàn)槌パ趸?、也沒有因?yàn)榻饘僭僖夯：庸そY(jié)果。換言之，本發(fā)明的用于生成Al鍍層的設(shè)備可以無干擾和無打斷地以較長的使用壽命進(jìn)行工作。在鎂鍍層以200-1500nm的厚度涂覆在鋁鍍層上的情況下，可靠地實(shí)現(xiàn)Mg鍍層的保護(hù)效果。在此這樣確保實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的效果，即，在隨后進(jìn)行的后續(xù)熱處理之前，使涂覆在Al 鍍層上的Mg鍍層的層厚為300-800nm。
為了可靠地實(shí)現(xiàn)在后續(xù)熱處理過程中使鋅通過Al鍍層擴(kuò)散到Mg鍍層中，應(yīng)該使后續(xù)熱處理的溫度為觀0-350°C，其中，經(jīng)證實(shí)特別有效的是后續(xù)熱處理的溫度為 325+/-10°C。典型地，熱處理的時(shí)間為5-30秒。
具體實(shí)施例方式接下來，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，。為了驗(yàn)證本發(fā)明的技術(shù)效果，進(jìn)行不同的試驗(yàn)，這些試驗(yàn)的通用的方法流程可以如下文所述在形成為待制造的扁鋼制品的基礎(chǔ)層的鋼帶(該鋼帶由品質(zhì)為DC06的IF鋼構(gòu)成)上、于連續(xù)的流程中、電沉積一層2. 5 μ m厚的Si鍍層，該鋅鍍層富含高達(dá)99. 9重量％ 的鋅。然后，該具有Si鍍層的鋼帶直接在連續(xù)的方法流程中繼續(xù)直接傳遞到慣用的磁控管噴鍍裝置，在該裝置中，沒有進(jìn)行上文所述的表面氧化物和/或硫化物的去除，而是噴
涂一層薄Al鍍層。接下來，使涂有S1鍍層和位于其上的Al鍍層的鋼基質(zhì)分別在進(jìn)行連續(xù)的方法流程中傳遞至同樣是慣用的PVD涂層設(shè)備(PVD =物理氣相沉積)，在該涂層設(shè)備中，于真空條件下在Al鍍層上沉淀形成300nm厚的Mg鍍層。然后，分別進(jìn)行后續(xù)熱處理，在該后續(xù)熱處理中使由基礎(chǔ)層和位于該基礎(chǔ)層上的涂層構(gòu)成的扁鋼制品在320°C的條件下保持10s，基礎(chǔ)層由鋼材構(gòu)成，位于該基礎(chǔ)層上的涂層由鍍層、Al鍍層和Mg鍍層形成。以這種方式，在扁鋼制品的涂層中形成一個(gè)層狀結(jié)構(gòu)， 在該層狀結(jié)構(gòu)中，在鋼基礎(chǔ)層上是一層基本上由Si構(gòu)成的鍍層，在該鍍層上是含有鋅的氧化物和硫化物的薄層，該薄層又被Al鍍層覆蓋。在Al鍍層上又形成MgZn2鍍層，該MgSi2 鍍層再被幾個(gè)原子層厚的純的Mg鍍層覆蓋。本發(fā)明的第一試件El的Al鍍層的厚度通過適宜地調(diào)整磁控管噴鍍裝置的效率而設(shè)定為8. 5nm。以相應(yīng)的方式，將本發(fā)明的第二試件E2的Al鍍層的厚度設(shè)定為10. 5nm，而將本發(fā)明的第三試件E3的Al鍍層的厚度設(shè)定為13nm。為了進(jìn)行比較，使未實(shí)施本發(fā)明的第一試件Vl以慣用的方式通過電鍍鋅、再采用 PVD法進(jìn)行Mg鍍層沉積，并且接下來在320°C的條件下進(jìn)行后續(xù)熱處理而鍍上ZnMg涂層。同理，為了進(jìn)行比較，使未實(shí)施本發(fā)明的第二試件V2以慣用的方式通過電鍍鋅、 然后進(jìn)行等離子精洗、再采用PVD法進(jìn)行Mg鍍層沉積以及接下來在320°C的條件下進(jìn)行后續(xù)熱處理而鍍上ZnMg涂層。在涂覆Mg鍍層之前，在該試件處理過程中，沒有對(duì)Si鍍層上的氧化物和硫化物進(jìn)行去除處理。作為第一試驗(yàn)，在試件El、E2、E3、VI、V2上進(jìn)行粘接履帶彎曲測(cè)試 (Kleberaupenbiegetest)。對(duì)此，每種試件材料采用大約150mm長的帶體。在進(jìn)行限定的涂油處理之后，在這些帶體上分別涂覆慣用的商標(biāo)名為Betamate 1496的膠粘劑的粘接履帶。在膠粘劑變硬之后，首先在室溫RT條件下，使帶體突然圍繞橫向相對(duì)于縱向延伸的軸進(jìn)行折疊。以相同的方式，接下來使相應(yīng)的試件在_20°C的條件下進(jìn)行變形。在各自變形的過程中，膠粘劑產(chǎn)生脫落和斷裂。
然后，對(duì)試件的失去膠粘劑的表面進(jìn)行可視化分析。在此，要區(qū)分的是金屬涂層的內(nèi)部是否出現(xiàn)脫落(所謂的“脫層斷裂”(“Delaminati0nsbrUCh”=“DF”))；或者，在粘接材料和金屬表面之間或在粘接材料內(nèi)部是否出現(xiàn)脫落(所謂的“混合斷裂”(“Misctibruch” = “MF”))。同樣，可視化地確定各個(gè)試件的粘接履帶的斷裂面的份額。不期望的結(jié)果是， 在室溫條件下脫層斷裂的份額大于5%，這表明涂層存在粘性問題。在表1中綜合示出了進(jìn)行上述分析的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種用于制造扁鋼制品的方法，所述扁鋼制品由基礎(chǔ)層和涂覆在所述基礎(chǔ)層上的、 防腐蝕的、具有多層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)成，所述基礎(chǔ)層由鋼材料構(gòu)成，所述方法包括以下步驟-準(zhǔn)備基礎(chǔ)層；-通過電鍍的方式在基礎(chǔ)層上涂覆鋅鍍層；-在鋅鍍層的表面上涂覆最大為25nm厚的鋁鍍層，其中，鋅鍍層表面鑒于在加工環(huán)境下其表面上的氧化物和硫化物，而保持到一直存在于電鍍鋅層處理的結(jié)束或?qū)⑦M(jìn)入到鋁鍍層處理的狀態(tài)中；-在鋁鍍層上涂覆鎂鍍層；以及-對(duì)這樣的扁鋼制品進(jìn)行后續(xù)熱處理，該扁鋼制品具有由涂覆在基礎(chǔ)層上的鋅鍍層、鋁鍍層和鎂鍍層構(gòu)成的涂層，該后續(xù)熱處理在涂層的表面方向上、于Al鍍層上、在涂層中形成MgSi2鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋅鍍層由高純鋅構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鋅鍍層由高達(dá)99.9重量％的Si組成。
4.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述鋅鍍層以2-10μ m的厚度涂覆在基礎(chǔ)層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述鋅鍍層以小于8μ m的厚度涂覆在基礎(chǔ)層上。
6.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述鋁鍍層以至少8nm的厚度涂覆在鋅鍍層上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，涂覆在所述鋅鍍層上的鋁鍍層為 8. 5-13nm 厚。
8.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述鋁鍍層通過陰極濺射法進(jìn)行涂覆。
9.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述鎂鍍層以200-1500nm的厚度涂覆在鋁鍍層上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，涂覆在所述鋁鍍層上的鎂鍍層為 300-800nm 厚。
11.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述后續(xù)熱處理的溫度為 280-350 "C。
12.—種扁鋼制品，由基礎(chǔ)層和涂覆在所述基礎(chǔ)層上的具有多層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)成，所述基礎(chǔ)層由鋼材料構(gòu)成，其特征在于，所述涂層包括位于所述基礎(chǔ)層上的Si鍍層、鄰近表面的MgZn2擴(kuò)散層和位于Si鍍層和MgZn2擴(kuò)散層之間的、最大為25nm厚的Al鍍層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的扁鋼制品，其特征在于，MgZn2鍍層的厚度為400-2500nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的扁鋼制品，其特征在于，該扁鋼制品通過權(quán)利要求1 至11中任意一項(xiàng)所述的方法制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造扁鋼制品的方法和一種扁鋼制品，該扁鋼制品由基礎(chǔ)層和涂覆在基礎(chǔ)層上的、防腐蝕的、具有多層結(jié)構(gòu)的涂層構(gòu)成，基礎(chǔ)層由鋼材料構(gòu)成，所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備基礎(chǔ)層；通過電鍍的方式在基礎(chǔ)層上涂覆鋅鍍層；在鋅鍍層的表面上涂覆最大為25nm厚的鋁鍍層，其中，鋅鍍層表面鑒于在其表面上的氧化物和硫化物根據(jù)加工方式存在于電鍍鋅的一端，或保持在進(jìn)入到鋁鍍層的過程狀態(tài)中；在鋁鍍層上涂覆鎂鍍層；以及，對(duì)這樣的扁鋼制品進(jìn)行后續(xù)熱處理，該扁鋼制品具有由涂覆在基礎(chǔ)層上的鋅鍍層、鋁鍍層和鎂鍍層構(gòu)成的涂層，該后續(xù)熱處理在涂層的表面方向上、于Al鍍層上、在涂層中形成MgZn2鍍層。
文檔編號(hào)C23C14/02GK102449193SQ201080023034
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者克里斯蒂安·施韋爾特, 妮科爾·魏厄, 理查德·溫霍爾德, 貝恩德·舒馬赫爾 申請(qǐng)人:蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司