CN111690894A

CN111690894A - 一种附着强度优异的真空镀钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN111690894A
Application number: CN201910196367.8A
Authority: CN
Inventors: 汪义如; 李山青; 熊斐
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-09-22

Abstract

本发明公开一种附着强度优异的真空镀钢板，其包括基板和抗腐蚀层，其还包括预镀层，所述预镀层形成在基板表面，所述抗腐蚀层形成在所述预镀层表面；其中所述预镀层具有铁、铬、镍、钛、锌、铝、锡元素的至少其中之一。此外，本发明还公开了上述的附着强度优异的真空镀钢板的制造方法，其包括步骤：(1)对钢板进行预处理；(2)在1×10^‑4Pa～100Pa的真空度下，采用PVD真空镀膜工艺在钢板表面沉积形成预镀层；(3)在1×10^‑4Pa～100Pa的真空度下，采用PVD真空镀膜工艺在预镀层表面沉积形成抗腐蚀层。该真空镀钢板附着强度极佳，表面性能优异，镀层的粘附性与耐腐蚀性均表现良好。

Description

一种附着强度优异的真空镀钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种真空镀钢板及其制造方法。

背景技术

通过在钢板表面镀耐腐蚀镀层可提高钢板耐腐蚀性能，延长其使用寿命。目前，耐腐蚀镀层的组成根据镀层钢板的用途而有所不同，例如：镀层可以是锌、锌-铝-镁、铝-硅等。并且可以使用不同的镀覆技术镀耐腐蚀镀层，例如：热镀、电镀和真空镀等。

对于软钢而言，由于电镀工艺存在厚镀层难以生产、能耗大、有废水排放等缺陷，而热镀工艺又存在速度难以提高、含B钢可镀性差的问题，对于普通高强钢(＜780MPa)，电镀工艺存在能耗大、镀层厚度难以提高、废水排放等问题；热镀工艺存在合金含量高、含B钢可镀性差、速度受限等问题。对于超高强钢(≥780MPa)，电镀工艺存在严重氢脆、镀层厚度难以提高等问题，并且热镀工艺存在可镀性差、合金含量很高、强度级别难以提高和氢脆等问题。而真空镀覆耐腐蚀镀层不仅可以提高镀覆速度，而且还可以解决氢脆问题、可镀性问题，同时无环境污染。此外，采用真空镀工艺，还可以更加灵活的优化镀层成分和结构。

然而，真空镀工艺存在镀层附着强度不足的问题，在产品加工时，会出现镀层脱落的现象，最终导致真空镀钢板的加工性能降低的结果。国内外虽然从表面处理、镀层成分改进、热处理和镀膜设备等方面进行了大量研究，但是却仍旧无法很好地满足工业大生产的需求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种附着强度优异的真空镀钢板，该真空镀钢板的镀层粘附性优异，具有良好的可加工性能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种附着强度优异的真空镀钢板，其包括基板和抗腐蚀层，其还包括预镀层，预镀层形成在基板表面，抗腐蚀层形成在预镀层表面；其中预镀层具有铁、铬、镍、钛、锌、铝、锡元素的至少其中之一。

在本发明所述的技术方案中，由于真空中，沉积到基板表面的粒子越小，越有利于实现耐蚀层的低孔隙率，因而，综合考虑环保以及经济角度，优选地采用预镀层具有铁、铬、镍、钛、锌、铝、锡元素的至少其中之一，以使得本案的真空镀钢板具有优异的附着强度。

进一步地，在本发明所述的附着强度优异的真空镀钢板中，预镀层由纯铁、纯铬、纯镍、纯钛、纯锌、纯铝、纯锡，以及铁、铬、镍、钛、锌、铝、锡的合金的至少其中之一制得。

进一步地，在本发明所述的附着强度优异的真空镀钢板中，抗腐蚀层具有锌、镁、铝元素的至少其中之一。

进一步地，在本发明所述的附着强度优异的真空镀钢板中，抗腐蚀层由纯锌、纯镁、纯铝、锌-镁合金、锌-铝合金、铝-镁合金、锌-铝-镁合金、铝-硅合金的至少其中之一制得。

进一步地，在本发明所述的附着强度优异的真空镀钢板中，预镀层的厚度为3-1200nm；并且/或者抗腐蚀层的厚度为2～12μm。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种上述的附着强度优异的真空镀钢板的制造方法，通过该制造方法可以获得附着强度优异的真空镀钢板，且该制造方法可以在带钢连续真空镀中广泛推广使用，具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明提出了一种上述的附着强度优异的真空镀钢板的制造方法，其包括步骤：

(1)对钢板进行预处理；

(2)在1×10^-4Pa～100Pa的真空度下，采用PVD真空镀膜工艺在钢板表面沉积形成预镀层；

(3)在1×10^-4Pa～100Pa的真空度下，采用PVD真空镀膜工艺在预镀层表面沉积形成抗腐蚀层。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中，预处理至少包括在对钢板进行清洗后，将钢板置于真空室内进行预热，预热温度为150～300℃。

在本发明所述的制造方法中，考虑到预热温度过低，会导致镀层形成细长的柱状结构，从而引起镀层孔隙率高，进而使得镀层耐腐蚀性降低。然而，温度过高，则会使得粒子沉积到表面后，能量难以很快被吸收，会再次脱离基体表面，从而引起镀料收得率低，镀料弥散在真空室中，影响镀膜设备稳定运行。基于此，本发明所述的技术方案中将预热温度控制在150～300℃之间。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中，预处理还包括：在预热后，在真空室内对钢板进行等离子清洗，清洗时满足下述各参数的至少其中之一：真空度为1×10^-2Pa～10Pa；清洗时间为5～15min；清洗工作气体为氩气或氮气。

上述方案中，等离子清洗可以去除基板表面附着的气体和钢板表面的氧化物。而在等离子清洗时，需要充入氩气或氮气，通过电离氩气或氮气产生等离子体进行清洗。若真空度过低，则会使产生的等离子密度过低，清洗效果不好；若真空度过高，则会需要充入较多的氩气或氮气，这一方面会导致氩气或氮气的浪费，而另一方面则会影响二次抽真空时间。基于此，综合考虑清洗效果以及经济成本的角度下，控制清洗时的参数满足下述各参数的至少其中之一：真空度为1×10^-2Pa～10Pa；清洗时间为5～15min；清洗工作气体为氩气或氮气。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，PVD真空镀膜工艺为多弧离子镀、磁控溅射镀、感应蒸发镀、电阻蒸发镀、感应蒸发喷射沉积镀、电阻蒸发喷射沉积镀的其中之一；其中当采用多弧离子镀或磁控溅射镀时，靶材与钢板的距离为50～100mm；当采用感应蒸发镀、电阻蒸发镀、感应蒸发喷射沉积镀或电阻蒸发喷射沉积镀时，蒸发源与钢板的距离为10～100mm；并且/或者，当采用感应蒸发喷射沉积镀或电阻蒸发喷射沉积镀时，喷射速度为200～500m/min。

上述方案中，蒸发源与钢板之间的间距控制在10-100mm是由于本案发明人通过大量实验研究发现，当距离小于10mm时，会影响镀层的均匀性，而当距离大于100mm时，则会影响镀层的致密度。基于此，在本发明所述的技术方案中控制蒸发源与钢板的距离为10～100mm。

本发明所述的附着强度优异的真空镀钢板及其制造方法具有如下优点和有益效果：

本发明所述的附着强度优异的真空镀钢板可以大幅度提高真空镀钢板的镀层附着强度，从而保证了镀层钢板优异的加工性能，提高了镀覆速度。此外，本发明所述的真空镀钢板解决了现有技术所存在的氢脆问题、可镀性问题，并且生产过程中环境友好。

另外，本发明所述的制造方法除了同样具有上述优点和有益效果外，其还由于对钢板成分无要求，因而可以在带钢连续真空镀中进行推广应用，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的附着强度优异的真空镀钢板在一种实施方式下的的结构示意图。

图2为实施例1的真空镀钢板的截面形貌图。

图3为本发明所述的制造方法在一种实施方式下的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图说明和具体的实施例对本发明所述的附着强度优异的真空镀钢板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6

实施例1-6的真空镀钢板采用以下步骤制得：

(1)根据表1所列的材料，选择实施例1-6的真空镀钢板的基板、抗腐蚀层以及预镀层所用的材料。

(2)对基板进行预处理，其中，预处理包括对基板表面进行碱洗、刷洗、电解清洗、漂洗以及干燥，从而去除基板表面的油脂和固体颗粒物，利用反射率法检测清洗后的表面清洁度，当反射率大于90％则认为清洗合格，否则需要重新进行清洗；将清洗合格的基板置于真空室内进行预热，预热温度为150～300℃，在预热后，在真空室内对钢板进行等离子清洗，清洗时满足下述各参数的至少其中之一：真空度为1×10^-2Pa～10Pa；清洗时间为5～15min；清洗工作气体为氩气或氮气。

(3)在1×10^-4Pa～100Pa的真空度下，采用PVD真空镀膜工艺在基板表面沉积形成预镀层。

(4)在1×10^-4Pa～100Pa的真空度下，采用PVD真空镀膜工艺在预镀层表面沉积形成抗腐蚀层。

需要说明的是，在上述步骤中，PVD真空镀膜工艺为多弧离子镀、磁控溅射镀、感应蒸发镀、电阻蒸发镀、感应蒸发喷射沉积镀、电阻蒸发喷射沉积镀的其中之一；其中当采用多弧离子镀或磁控溅射镀时，靶材与钢板的距离为50～100mm；当采用感应蒸发镀、电阻蒸发镀、感应蒸发喷射沉积镀或电阻蒸发喷射沉积镀时，蒸发源与钢板的距离为10～100mm；并且/或者，当采用感应蒸发喷射沉积镀或电阻蒸发喷射沉积镀时，喷射速度为200～500m/min。

表1列出了实施例1-6的真空镀钢板中基板、抗腐蚀层以及预镀层所采用的材料。

表1.

表2列出了实施例1-6的真空镀钢板的制造方法的具体工艺参数。

表2.

对最终获得的实施例1-6的真空镀钢板的镀层性能进行检测，检测包括表面分析、截面分析、附着强度测试、延展性测试以及耐蚀性测试。

表3列出了实施例1-6的真空镀钢板的各项性能测试结果。

表3.

从表3可以看出，采用本案的制造方法所获得的真空镀钢板各项性能表现优异，其表面性能佳、镀层的附着强度好，且耐蚀性表现良好。

如图1所示，在该实施方式中，真空镀钢板包括基板1、预镀层2和抗腐蚀层3，其中，预镀层2形成在基板1表面，而抗腐蚀层3形成在预镀层2的表面。

图2为实施例1的真空镀钢板的截面形貌图。

如图2所示，预镀层2的厚度为1μm，抗腐蚀层3的厚度为5μm。

如图3所示，选择真空镀钢板的基板、抗腐蚀层以及预镀层所用的材料后，对钢板进行预处理，其中，预处理包括对钢板表面进行碱洗、刷洗、电解清洗、漂洗以及干燥，从而去除基板表面的油脂和固体颗粒物，利用反射率法检测清洗后的表面清洁度，当反射率大于90％则认为清洗合格，否则需要重新进行清洗；将清洗合格的钢板置于真空室内进行预热，预热温度为150～300℃，在预热后，在真空室内对钢板进行等离子清洗，清洗时满足下述各参数的至少其中之一：真空度为1×10^-2Pa～10Pa；清洗时间为5～15min；清洗工作气体为氩气或氮气。随后，在1×10^-4Pa～100Pa的真空度下，采用PVD真空镀膜工艺在基板表面沉积形成预镀层。然后在1×10^-4Pa～100Pa的真空度下，采用PVD真空镀膜工艺在预镀层表面沉积形成抗腐蚀层。最终对所获得的真空镀钢板进行镀层性能检测，检测合格的作为最终产品。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种附着强度优异的真空镀钢板，其包括基板和抗腐蚀层，其特征在于，还包括预镀层，所述预镀层形成在基板表面，所述抗腐蚀层形成在所述预镀层表面；其中所述预镀层具有铁、铬、镍、钛、锌、铝、锡元素的至少其中之一。

2.如权利要求1所述的附着强度优异的真空镀钢板，其特征在于，所述预镀层由纯铁、纯铬、纯镍、纯钛、纯锌、纯铝、纯锡，以及铁、铬、镍、钛、锌、铝、锡的合金的至少其中之一制得。

3.如权利要求1所述的附着强度优异的真空镀钢板，其特征在于，所述抗腐蚀层具有锌、镁、铝元素的至少其中之一。

4.如权利要求3所述的附着强度优异的真空镀钢板，其特征在于，所述抗腐蚀层由纯锌、纯镁、纯铝、锌-镁合金、锌-铝合金、铝-镁合金、锌-铝-镁合金、铝-硅合金的至少其中之一制得。

5.如权利要求1所述的附着强度优异的真空镀钢板，其特征在于，所述预镀层的厚度为3-1200nm；并且/或者所述抗腐蚀层的厚度为2～12μm。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的附着强度优异的真空镀钢板的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)对钢板进行预处理；

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，预处理至少包括在对钢板进行清洗后，将钢板置于真空室内进行预热，预热温度为150～300℃。

8.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，预处理还包括：在预热后，在真空室内对钢板进行等离子清洗，清洗时满足下述各参数的至少其中之一：真空度为1×10^-2Pa～10Pa；清洗时间为5～15min；清洗工作气体为氩气或氮气。

9.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述PVD真空镀膜工艺为多弧离子镀、磁控溅射镀、感应蒸发镀、电阻蒸发镀、感应蒸发喷射沉积镀、电阻蒸发喷射沉积镀的其中之一；其中当采用多弧离子镀或磁控溅射镀时，靶材与钢板的距离为50～100mm；当采用感应蒸发镀、电阻蒸发镀、感应蒸发喷射沉积镀或电阻蒸发喷射沉积镀时，蒸发源与钢板的距离为10～100mm；并且/或者，当采用感应蒸发喷射沉积镀或电阻蒸发喷射沉积镀时，喷射速度为200～500m/min。