使用鋅基合金化層涂覆分立工件的工藝的制作方法
【專利說(shuō)明】使用鋅基合金化層涂覆分立工件的工藝
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年2月4日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080006697.3、發(fā)明名稱為“使用鋅基合金化層涂覆分立工件的工藝”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及使用鋅基合金化層涂覆分立工件的工藝。具體地，本公開(kāi)文本涉及一種適合使用富鋅的完全合金化層鍍覆工件、尤其是分立工件(discrete article)的工藝。
【背景技術(shù)】
[0003]分立工件是指不連續(xù)工件，其通常有至少一個(gè)凹面。它們通常包含連接部件的組入口 ο
[0004]公開(kāi)的工藝適于在鐵或者鋼上施加鋅基保護(hù)涂層，其中在貫穿涂層的整個(gè)厚度上形成Zn-Fe金屬間化合物。這層涂層類似于由所謂“鍍鋅退火”工藝形成的層。它不同于在外表面具有不含F(xiàn)e的Zn的鍍鋅層。
[0005]設(shè)想將基體涂裝時(shí)，由Zn-Fe金屬間化合物組成的表面較Zn表面是更優(yōu)選的。它的確在涂料和含鋅層之間的分界面提供一種優(yōu)良的長(zhǎng)期的涂料粘附力和極好的抗腐蝕性。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是好的點(diǎn)焊行為，這在汽車市場(chǎng)上是重要的。然而，作為連續(xù)產(chǎn)品的典型情況，如果這種產(chǎn)品必須進(jìn)一步成形，則應(yīng)當(dāng)考慮涂層的有限的延展性。
[0006]為了產(chǎn)生一個(gè)富鋅的完全合金化層，通常通過(guò)將在先的鍍鋅表面在高于鋅熔點(diǎn)的溫度立刻再加熱從而將連續(xù)產(chǎn)品、例如板和線鍍鋅退火。
[0007]JP-A-58034167描述了一個(gè)典型的工藝，其中通過(guò)在約465°C熔融Zn浴中熱浸鍍的方法將連續(xù)產(chǎn)品鍍鋅。當(dāng)從浴中取出時(shí)，用所謂的氣刀吹走在所述鍍鋅層上的額外的液態(tài)鋅。然后，將表面迅速加熱至最高達(dá)600°C并且在高溫保持一段時(shí)間，以完成退火工藝。
[0008]根據(jù)在JP-A-2194162中公布的另一工藝，將產(chǎn)品在真空沉積站內(nèi)鍍鋅。在100至300°C的溫度下將確定量的鋅沉積于相對(duì)冷的鋼基體上。因?yàn)橹挥袔酌氲亩虝旱奶幚頃r(shí)間，以及鋼的相對(duì)較低的溫度，Zn沉積的機(jī)理基于冷凝作用。然后使所述鍍鋅的產(chǎn)品通過(guò)一個(gè)加熱站以進(jìn)行退火。
[0009]JP-A-59083765涉及一種用以在鋼板上鍍鋅的連續(xù)真空沉積工藝。因此鋼板的溫度保持在300°C以下、優(yōu)選200°C以下，以避免鋅的再氣化。該過(guò)程針對(duì)鋅鍍層，其中可以在表面上觀察到鋅晶體。沒(méi)有提到Zn-Fe的形成:常用于連續(xù)涂裝的低處理溫度和相對(duì)短的停留時(shí)間，從邏輯上排除了 Zn-Fe合金的形成。
[0010]JP-A-63004057也涉及一種用以在鋼板上鍍鋅的連續(xù)真空沉積工藝。其描述了一種2步工藝。第一步在真空沉積室中進(jìn)行，其中在所述真空沉積室中使Zn凝結(jié)在鋼板上。除了凝結(jié)熱以外，通過(guò)一個(gè)卷繞的輥將另外的熱提供給鋼板。然后，在第二步形成Zn-Fe合金，第二步在鋼板出口室進(jìn)行。這篇文件也教導(dǎo)了 Zn的物理凝結(jié)，作為形成合金的反應(yīng)條件僅在之后達(dá)到。
[0011]只能在有簡(jiǎn)單的幾何形狀的連續(xù)產(chǎn)品上、例如板和線上進(jìn)行上述工藝。對(duì)于離散產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，使用分批法。
[0012]通過(guò)在相對(duì)高的560至630°C溫度的Zn浴中熱浸鍍，可以在單一步驟內(nèi)在離散產(chǎn)品上形成完全合金化表面。因?yàn)樵谠摐囟认耑n流動(dòng)性特別好，從浴池中取出工件時(shí)的天然的氣流足以消除額外的表面Zn。雖然如此，有時(shí)也將工件離心以加速Zn的除去。高溫促進(jìn)在貫穿涂層的整個(gè)厚度上Zn-Fe金屬間化合物的形成。
[0013]然而，在這樣高的溫度下熱浸鍍會(huì)導(dǎo)致工件中潛在的有害熱應(yīng)力。而且，鋼自身的特征可能受到不良影響。而一個(gè)典型的熱浸鍍架帶有多個(gè)由不同的鋼號(hào)制成的分立工件，這更加重了這個(gè)問(wèn)題。這導(dǎo)致無(wú)法確定適合全部工件的工藝參數(shù)，例如浴溫或者浸鍍時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)本發(fā)明的分批工藝提供一種較鍍鋅退火更優(yōu)的替代方式。即使在工件由不同的鋼號(hào)制成或者具有復(fù)雜的形狀時(shí)，也能夠獲得均一的金屬間化合物涂層厚度。此外，由于固有的更慢和更均一的加熱工藝，可以基本上避免由熱應(yīng)力引起的問(wèn)題。
[0015]公開(kāi)的使用Zn-Fe金屬間化合物層涂覆鐵或鋼工件的工藝包含如下步驟:
[0016]-提供可密封的爐，其包括裝配有加熱裝置的工藝室，引入和引出氣體的裝置，以及待涂覆工件的進(jìn)入口；
[0017]-將待涂覆工件置于工藝室；
[0018]-在工藝室中使所述工件在200至650°C的溫度下與還原氣體接觸，從而除去表面的氧化物；
[0019]-從工藝室中引出氣體至殘余壓力低于lOOOPa、優(yōu)選低于lOOPa；
[0020]-在工藝室中使所述工件在225至650°C的溫度下與金屬Zn蒸氣接觸，從而在工件上涂覆Zn-Fe金屬間化合物層；
[0021]-從工藝室取出涂覆的工件。
[0022]其特征還在于，在工件與金屬Zn蒸氣接觸的步驟中，工件的溫度，優(yōu)選在該步驟中不變，等于或者高于Zn蒸氣的露點(diǎn)。
[0023]Zn蒸氣的露點(diǎn)是指Zn在環(huán)境分壓下冷凝的溫度?？梢杂靡阎谋砀駨姆謮旱玫铰饵c(diǎn)。如上提到的情形能夠，例如在實(shí)踐中通過(guò)在涂覆反應(yīng)器內(nèi)提供一個(gè)冷凍區(qū)或者指形冷凍器來(lái)保證。冷凍是指一個(gè)控制為略低于待涂覆鋼工件溫度的溫度。
[0024]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在工件與金屬Zn蒸氣接觸的步驟中，工件的溫度可以等于或者高于Zn蒸氣的溫度。溫度的這種關(guān)系將防止鋅在工件上凝結(jié)。
[0025]可以方便地通過(guò)使用還原性氣體、例如隊(duì)和!12的混合物獲得所需的還原條件。工件的溫度優(yōu)選350到550°C。
[0026]在與金屬Zn蒸氣接觸的步驟中，工件的溫度優(yōu)選350到550°C。部分Zn分壓應(yīng)當(dāng)有利地處于1至500Pa的范圍內(nèi)尤其以避免任何凝結(jié)，其中根據(jù)工件的溫度確定分壓的上限。更高的溫度和更高的Zn分壓導(dǎo)致涂層更快的層生長(zhǎng)。
[0027]可將所獲工件有效地涂裝。Zn-Fe金屬間化合物層提供需要的粗糙度以確保良好的涂料粘附力。
[0028]通常，在進(jìn)入涂覆爐之前，工件經(jīng)歷初步的表面處理。工件實(shí)際上通常被來(lái)自鋼熱乳工藝或來(lái)自其生產(chǎn)工藝的氧化物覆蓋。通常，除去這層的處理包括酸洗或者噴砂。這在專用儀器里采用已知的方式進(jìn)行。在這個(gè)步驟之后，由于在常溫下的空氣氧化，表面仍然被幾納米厚的天然氧化物薄層覆蓋。根據(jù)本發(fā)明，在涂覆爐之內(nèi)進(jìn)行的步驟中還原剩余的氧化物。這個(gè)步驟的目的是為了活化朝向鋅蒸氣的表面反應(yīng)性。
[0029]在還原氣體接觸工藝中，需要200°C或更高的工件溫度以確保足夠快的還原動(dòng)力學(xué)。例如，在靜態(tài)條件下這個(gè)步驟可以在大氣壓下在隊(duì)/U混合物中進(jìn)行。在高速流動(dòng)氣體條件下還原還可以在低壓下、例如100至lOOOPa進(jìn)行。負(fù)壓有利于確保沒(méi)有凡從爐中溢出；過(guò)壓則會(huì)提高還原動(dòng)力學(xué)。工件的溫度優(yōu)選為350至550°C。
[0030]在Zn接觸工藝中，需要225°C或更高的工件溫度以允許Zn_Fe金屬間化合物