一种锌铝镁镀层钢及其制备方法与流程

1.本发明实施例涉及钢材制备技术领域，特别涉及一种锌铝镁镀层钢及其制备方法。


背景技术：

2.锌铝镁镀层钢从研发推广到应用以来，由于其出色的综合性能，尤其是防腐耐蚀能力，被广泛应用到建筑用钢中。其耐蚀能力可达纯镀锌钢板的十几倍，并且对钢板切口有保护作用，制备过程简便，因此，近几年在汽车工业方面的应用开始增加。
3.伴随着国民经济的快速腾飞发展，人民从自行车交通发展到汽车交通，汽车的使用和消耗日趋增多，节能减排成为了汽车未来发展的首要目标。利用高分子等轻质材料代替传统的金属部件，可减轻车重，减少尾气排放量。其中漆膜和胶接部分使用的最多，传统的制备方法的锌铝镁镀层钢由于其工艺原因和锌铝镁镀层钢本身的特性，在对市场上部分的胶粘剂无法达到很好的匹配效果，即钢板与有机的胶粘接结合能力若，胶接性能较差。
4.因此，如何开发一种胶接性能好的锌铝镁镀层钢，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明实施例提供了一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，该锌铝镁镀层钢与有机的胶粘接结合能力增强，胶接性能好。
6.在本发明实施例的一个方面，提供了一种锌铝镁镀层钢，包括钢板和镀层；
7.所述镀层的化学成分质量分数为：mg：0.5～11.5％，al：1～3.5％，其余为zn和不可避免的杂质；其中，所述mg、al的质量分数满足mg：al＝(0.5～1)：1.2。
8.在本发明实施例的二个方面，提供了一种锌铝镁镀层钢，包括钢板和镀层；
9.所述镀层的化学成分质量分数为：mg：0.5～11.5％，al：1～3.5％，稀土元素0.05～0.1％，其余为zn和不可避免的杂质；其中，所述mg、al的质量分数满足mg：al＝(0.5～1)：1.2。
10.在一些实施方式中，所述稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪、铍、钙、锶、钡、锂、钠、镓和铟中的至少一种。
11.在一些实施方式中，所述镀层的表面形成有共晶组织，所述共晶组织包括mg2zn
11
。
12.在一些实施方式中，所述钢板的厚度为0.5～6mm。
13.在一些实施方式中，所述镀层厚度不小于所述钢板厚度的5
‰
。
14.在本发明实施例的第三个方面，提供了所述锌铝镁镀层钢的制备方法，所述制备方法包括：
15.采用所述锌铝镁镀层钢的所述镀层的化学成分配比获得镀液；将所述镀液加热，获得预热镀液；
16.获得钢板，将所述钢板加热，获得预热钢板；
17.将所述预热钢板浸入所述预热镀液中，获得带有镀层的钢板；
18.将所述带有镀层的钢板冷却，获得预处理锌铝镁镀层钢；其中，所述冷却具体包括：
19.采用非氧气气氛吹扫将所述带有镀层的钢板以20～30℃/s的速率降温至340～360℃并保持10～40s，后以5～10℃/s的速率降温至100～200℃；
20.将所述预处理锌铝镁镀层钢进行轧制、表面处理和卷曲，获得锌铝镁镀层钢。
21.在一些实施方式中，所述预热镀液的温度为400～600℃。
22.在一些实施方式中，所述预热钢板的温度为600～800℃。
23.在一些实施方式中，所述将所述预热钢板浸入所述预热镀液中，获得带有镀层的钢板，具体包括：
24.将所述预热钢板浸入所述预热镀液中30～60s，获得带有镀层的钢板。
25.在一些实施方式中，所述表面处理包括化学氧化处理、高温氧化处理中的至少一种。
26.本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
27.本发明实施例提供的一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，(1)化学成分上，采用本发明实施例的镀层的化学成分质量分数为：mg：0.5～11.5％，al：1～3.5％，稀土元素0.05～0.1％，其余为zn和不可避免的杂质；其中，所述mg、al的质量分数满足mg：al＝(0.5～1)：1.2；(2)制备方法上，采用本发明实施例的冷却工艺；从而使得锌铝镁镀层钢表面形成平衡相金属间化合物—mg2zn
11
，由于其表面的mg2zn
11
消耗的镁元素较传统工艺制备的锌铝镁镀层钢的mgzn2多，因此本发明实施例中的锌铝镁镀层钢中的氧化镁含量少，由于氧化镁疏松多孔，不利于胶接，从而提高胶接能力，并且mg2zn
11
相对于mgzn2较为不规则，不连续，因此，本发明实施例中的锌铝镁镀层钢表面电子自由度相比于含有mgzn2的锌铝镁镀层钢表面较高，从而导致表面极性的差异，即本发明实施例中的锌铝镁材料极性较强，更易吸附空气中的羟基，使钢板与有机的胶粘接结合能力增强，改善胶接性能。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1为本发明实施例提供的锌铝镁镀层钢的制备方法的流程图；
30.图2为本发明实施例1
‑
3提供的锌铝镁镀层钢以及现有技术中锌铝镁镀层钢gi、ga和zm进行力学拉伸测试的撕裂图；其中(a)为实施例1；(b)为实施例2；(c)为实施例3；(d)为gi；(e)为ga；(f)为zm。
具体实施方式
31.下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明实施例，本发明实施例的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明实施例，而非限制本发明实施例。
32.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常
所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明实施例所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
33.除非另有特别说明，本发明实施例中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。
34.本发明实施例提供的了一种锌铝镁镀层钢，总体思路如下：
35.根据本发明实施例一种典型的实施方式，提供了一种锌铝镁镀层钢，包括钢板和镀层；
36.所述镀层的化学成分质量分数为：mg：0.5～11.5％，al：1～3.5％，其余为zn和不可避免的杂质；其中，所述mg、al的质量分数满足mg：al＝(0.5～1)：1.2。
37.mg：0.5～11.5％的原因：首先要求镀层中具有一定的镁元素，镁元素的主要作用在于在腐蚀初期形成流动性良好的水溶液，这种含有镁离子的水溶液一方面可以加快溶解铝和锌，形成铝离子和锌离子，另一方面又能够防止溶液中的铝离子和锌离子快速沉淀为疏松化合物，而是让铝离子和锌离子溶液在大气中与二氧化碳等缓慢反应，形成致密氧化物。因此镀层中的镁含量如果低于0.5％，则不能发挥该效果。如果镁的含量过高，表面会出现黑变现象，影响美观。。
38.al：1～3.5％的原因：铝是形成双层化合物的主要骨架元素，也是填充疏松氧化锌和氢氧化锌空隙的主要元素。如果铝的含量过高，则表面会容易形成铝基氧化物，使合金表面变暗，影响美观。
39.所述mg、al的质量分数满足mg：al＝(0.5～1)：1.2的原因：
…………
该参数下更容易得到包括mg2zn
11
的共晶组织。锌铝镁镀层钢表面形成平衡相金属间化合物—mg2zn
11
，由于其表面的mg2zn
11
消耗的镁元素较传统工艺制备的锌铝镁镀层钢的mgzn2多，因此本发明实施例中的锌铝镁镀层钢中的氧化镁含量少，由于氧化镁疏松多孔，不利于胶接，从而提高胶接能力，并且mg2zn
11
相对于mgzn2较为不规则，不连续，因此，本发明实施例中的锌铝镁镀层钢表面电子自由度相比于含有mgzn2的锌铝镁镀层钢表面较高，从而导致表面极性的差异，即本发明实施例中的锌铝镁材料极性较强，更易吸附空气中的羟基，使钢板与有机的胶粘接结合能力增强，改善胶接性能。
40.根据本发明实施例另一种典型的实施方式，提供了一种锌铝镁镀层钢包括钢板和镀层；
41.所述镀层的化学成分质量分数为：mg：0.5～11.5％，al：1～3.5％，稀土元素0.05～0.1％，其余为zn和不可避免的杂质；其中，所述mg、al的质量分数满足mg：al＝(0.5～1)：1.2。
42.该实施方式中进一步添加了稀土元素0.05～0.1％，稀土元素可提高镀层的耐高温，耐腐蚀能力，改善镀层钢整体的综合性能。若添加过少，难以起到改善作用；若添加过量，会影响合金镀层的正常使用。
43.作为可选的实施方式，所述稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪、铍、钙、锶、钡、锂、钠、镓和铟中的至少一种。
44.作为可选的实施方式，所述镀层的表面形成有共晶组织，所述共晶组织包括mg2zn
11
。所述共晶组织还包括mgzn2。
45.作为可选的实施方式，所述钢板的厚度为0.5～6mm；所述镀层厚度不小于所述钢
板厚度的5
‰
。
46.根据本发明实施例另一种典型的实施方式，提供了所述锌铝镁镀层钢的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括：
47.s1、采用所述锌铝镁镀层钢的所述镀层的化学成分配比获得镀液；将所述镀液加热，获得预热镀液；
48.s2、获得钢板，将所述钢板加热，获得预热钢板；
49.s3、将所述预热钢板浸入所述预热镀液中，获得带有镀层的钢板；
50.s4、将所述带有镀层的钢板冷却，获得预处理锌铝镁镀层钢；其中，所述冷却具体包括：采用非氧气气氛吹扫将所述带有镀层的钢板以20～30℃/s的速率降温至340～360℃并保持10～40s，后以5～10℃/s的速率降温至100～200℃；
51.s5、将所述预处理锌铝镁镀层钢进行轧制、表面处理和卷曲，获得锌铝镁镀层钢。
52.该实施方式中采用的所述冷却工艺目的为获得mg2zn11平衡相金属间化合物。mg2zn
11
相对于mgzn2较为不规则，不连续，因此，本发明实施例中的锌铝镁镀层钢表面电子自由度相比于含有mgzn2的锌铝镁镀层钢表面较高，从而导致表面极性的差异，本发明实施例中的锌铝镁材料极性较强，更易吸附空气中的羟基，使钢板与有机的胶粘接结合能力增强，改善胶接性能。
53.此外，该实施方式还具有以下优点：
54.本发明实施例利用特殊的淬火工艺，制备出平衡相金属间化合物—mg2zn
11
，其相比于非平衡相的mgzn2，耐蚀能力性能更好，由于mg2zn
11
平衡稳定相结构，并且消耗mg元素较多，因此在形成为微电池发生电化学反应时，可稳定的生成碱式氯化锌，该产物可阻隔腐蚀离子进一步入侵镀层，从而提升镀层钢整体的防腐能力。
55.本发明实施例制备的锌铝镁镀层钢，由于其表面极性较好，在磷化电泳等涂装工艺进行时，电泳漆膜接触牢固且无颗粒，附着力强，方便面漆粘附，可与表面材料很好的结合，降低其表面的粗糙度和波纹度。
56.作为可选的实施方式，所述预热镀液的温度为400～600℃。若温度过高，热镀效果差，达不到预期效果；若温度过低，热镀不成功。
57.作为可选的实施方式，所述预热钢板的温度为600～800℃。温度过高，热镀后镀层表面有缺陷；若温度过低，热镀不会成功，镀层与钢基体易剥离。
58.作为可选的实施方式，所述将所述预热钢板浸入所述预热镀液中，获得带有镀层的钢板，具体包括：
59.将所述预热钢板浸入所述预热镀液中30～60s，获得带有镀层的钢板。所述浸液时间过长，表面质量差；时间过短，镀层薄厚不均一，防腐性能差。
60.作为可选的实施方式，所述表面处理包括化学氧化处理、高温氧化处理中的至少一种。
61.下面将结合实施例、对比例及实验数据对本技术的一种锌铝镁镀层钢及其制备方法进行详细说明。使用热轧钢板为基板，钢板材质为cq级别。
62.s1、制备各实施例以及各对比例的镀液，所述镀液的化学成分如1所示，其余为为zn和不可避免的杂质。
63.表1
[0064][0065][0066]
s2、获得钢板，将所述钢板加热，获得预热钢板；各实施例和对比例所用钢板钢板的化学成份质量分数为：0.1％c、0.1％mn、0.05％si、其余为fe和不可避免的杂质。各组别的所述预热钢板的温度如表2所示；
[0067]
s3、将所述预热钢板浸入所述预热镀液中，获得带有镀层的钢板；
[0068]
s4、将所述带有镀层的钢板冷却，获得预处理锌铝镁镀层钢；其中，各组别的所述冷却工艺具体如表2所示；
[0069]
s5将所述预处理锌铝镁镀层钢进行轧制、表面处理和卷曲，获得锌铝镁镀层钢。
[0070]
表2
[0071][0072]
采用粗糙度仪对3个实施例和市面上某钢公司生产的gi、ga、zm镀层钢板进行磷化电泳后，测试表面粗糙度和波纹度性能，平均每组测3次，取平均值，表面粗糙度和波纹度性
能具体见表3；
[0073]
对3个实施例和市面上某钢公司生产的gi、ga、zm镀层钢板进行胶接性能测试，选取市面上某高的胶粘剂进行力学拉伸测试，记录数值和撕裂图片，每组测3次，取平均值。胶接性能测试中的剪切结果如表3所示；
[0074]
表3
[0075][0076]
由表3的数据可知：
[0077]
对比例1中，mg：al＝0.3：1.2，小于本发明实施例(0.5～1)：1.2的范围，其他步骤均同实施例2，制备得到的锌铝镁镀层钢表面出现黑变；
[0078]
对比例2中，mg：al＝1.2：1.2，大于本发明实施例(0.5～1)：1.2的范围，其他步骤均同实施例2，制备得到的锌铝镁镀层钢表面出现黑变；
[0079]
对比例3中，未采用本发明实施例的冷却工艺，其他步骤均同实施例2，制备得到的锌铝镁镀层钢表面出现黑变，且力学性能降低，撕裂模式不佳；
[0080]
传统的制备工艺制备的锌铝镁镀层zm在电泳后的粗糙度和波纹度值较高，接近纯镀锌板gi的值，而在本发明实施例中的实施例1
‑
3，其粗糙度和波纹度的值均得到了很大的提升，其性能可媲美热镀锌铝ga板的值，因此，本发明实施例制备的汽车用锌铝镁镀层钢可以提升其涂装性能。
[0081]
附图2的说明：
[0082]
图2a
‑
c中本发明实施例1
‑
3的锌铝镁镀层钢，胶接性能最好，强度较高为3.37
‑
3.74mpa，
[0083]
图2d中锌铝镁镀层钢ga胶接性能较好，强度较高为2.58mpa且撕裂模式出现界面断裂，内聚断裂少；
[0084]
图2e中锌铝镁镀层钢gi胶接性能较好，强度较高为2.57mpa，且撕裂模式出现界面断裂，内聚断裂少；
[0085]
图2f中锌铝镁镀层钢zm的胶接性能最差，强度最低，且撕裂模式出现界面断裂，内聚断裂少；
[0086]
由上可知，本发明实施例中的锌铝镁镀层钢的胶接性能最佳，超过性能超过gi和ga钢板，达到了改善锌铝镁镀层钢的胶接性能的目的。最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0087]
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0088]
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明实施例权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明实施例也意图包含这些改动和变型在内。