用涂层处理钢管以抗腐蚀的方法及系统与流程

技术领域

本申请一般涉及一种用涂层处理钢管以抗腐蚀的方法及系统。

背景技术：

本部分仅提供与本公开相关的背景信息且可能不构成现有技术。

由铁或含铁合金(如钢)制成的零件由于在氧气或湿气中暴露一段时间而发生腐蚀。已知该领域的用涂层处理这样的零件以抗腐蚀的各种技术。在一个已知的技术中，零件穿过熔融的锌-铝合金浴。穿过该浴后，使用氮气吹脱系统将多余的锌-铝合金从零件移除。

虽然已知的用于涂覆零件以抗腐蚀的技术已被证实对它们的预期目的来说一般是能接受的，每个已知技术都具有缺点。例如，应用至零件的抗腐蚀涂层通常是不一致的。结果是，通常有必要要求增加涂层标称厚度。此外，有必要治理锌-铝合金废料。

因此，相关领域存在对改进上述问题的不断需求。

技术实现要素：

本部分提供本公开的一般性概述，而不是本公开全部范围或其全部特征的全面公开。

根据一个具体方面，本教导提供一种用涂层处理零件以抗腐蚀的方法。所述方法包括使钢管穿过熔融的锌-铝合金的槽。所述方法还包括用电流建立磁场并调节所述电流以调节所述钢管上的所述锌-铝合金涂层的厚度。所述方法还包括使所述钢管穿过所述磁场。

根据另一具体方面，本教导提供一种用涂层处理钢管以抗腐蚀的方法，该方法包括使所述钢管沿处理路径前进。该方法还包括将所述钢管加热至第一温度并用氢-氮气体混合物清洁加热至所述第一温度的所述钢管。该方法还包括将清洁后的所述钢管冷却至第二温度，将清洁后的所述钢管再加热至第三温度并将锌-铝涂层应用至再加热后的所述钢管。

更进一步的适用领域在本文提供的描述中将变得明显。本概述中的描述和特定示例仅用于说明，而不意在限制本公开的范围。

附图说明

通过详细的描述、任何所附的权利要求以及以下附图将可以更加充分地理解本教导。这些附图仅用于说明而不意在限制本公开的范围。

图1为显示出根据本教导的用涂层处理零件以抗腐蚀的系统的示意图。

图1A为图1的系统的陶瓷定心器的立体图；

图1B为穿过图1A的陶瓷定心器的剖视图；

图2为包括根据本教导涂覆的钢管的示例性管结构的立体图；

图3为包括根据本教导涂覆的钢管的另一示例性管结构的立体图；

图4A为穿过根据本教导涂覆的钢管的一部分的剖视图；

图4B为类似于图4A的显示出根据现有技术涂覆的钢管的一部分的剖视图；

图5为显示出根据本教导的用涂层处理以抗腐蚀的方法的一般步骤的示意图。

相应的参考标号表示全体附图的各视图的相应部分。

具体实施方式

以下描述实际上仅是示例性的，并无意于对本公开、其应用或用途进行限制。应该理解的是，在附图各处，相应的参考标记表示相似或相应部分或特征。

首先，参照附图1，按图说明跟据本教导的用涂层处理零件以抗腐蚀的系统并整体用参考标号10表示。显然，对本领域技术人员来说此处描述的方法和系统可应用于多种铁或铁合金构成的零件，以涂覆零件以抗腐蚀。在一个具体应用中，系统10适于处理钢管12。钢管12可用于汽车应用，如刹车油管、燃料油管、变速器和油冷却器管线等。然而，应当认识到，本教导可易于用于结合涂覆其它零件使用。

在图1的示意图中，管12沿处理路径从第一卷绕机24向第二卷绕机26延伸。管12从第一卷绕机移动至钢卷接合焊接台(coil join and weld station)28。钢卷接合焊接台以常规方式沿处理路径连续处理，将一个钢卷接合至在前的板卷。

管12接下来前进至第一感应加热线圈30，在此处管12被加热至第一预期温度。在一些应用中，第一预期温度至少约1300℉(约700℃)。管12的温度由第一高温计32监控。第一高温计32通常可控制第一感应加热线圈30达到第一预期温度。

气体喷射器34用氢-氮气体混合物将表面污染物从加热至第一预期温度的钢管12去除。在一个应用中，气体混合物是约10-20％的氢和80-90％的氮。然后，清洁后的管12冷却至第二温度。在图示的应用中，可用一个或多个冷却浴36将清洁后的管12冷却至第二温度。如图所示，该一个或多个冷却浴可包括多个冷却浴36。在一个应用中，冷却浴36将钢管12冷却至小于第一温度的第二温度，至少约700℉(约370℃)。在该具体应用中，第二温度不超过约600℉(约315℃)。

钢管12接下来在涂覆合金前被重新加热至第三温度。这样，首先冷却钢管12然后重新加热钢管12促进合金涂覆的均匀度。将钢管12加热至第三温度可由第二感应加热线圈40完成。第二感应加热线圈40可将管12加热至第三温度以涂覆合金。在一些应用中，第三温度至少约800℉(约425℃)，优选为至少约850℉(约450℃)。再次加热的钢管12的温度可由第二高温计42监控。第二高温计42通常可控制第二感应加热线圈42。

如图所示本教导的系统10包括涂层槽14和磁流体动力(MHD)线圈16。涂层槽14容纳熔融的锌-铝合金浴。锌-铝合金可包含约95％(重量)的锌和5％(重量)的铝。一种合适的锌-铝合金是市售的(来自Eastern Alloys,Inc.，商标为GALFAN^TM)。应当理解的是，其它锌-铝合金可用于本教导的范围内。锌-铝合金优选为保持在至少约800℉(约425℃)的温度。更优选地，锌-铝合金在涂层槽14内可保持为在约820℉(约440℃)和约880℉(约470℃)之间的温度。在一个具体应用中，锌-铝合金在涂层槽14内保持在约850℉(约450℃)的温度。熔融的锌-铝合金的温度可约等于钢管12进入涂层槽14前的再加热温度或第三温度。

一种合适的MHD线圈16是市售的，来自SunWyre,Incorporated。应当理解的是，其它MHD线圈可用于本教导的范围内。可控制MHD线圈16产生电场，用于使熔融的锌-铝合金导电。

随着钢管12穿过涂层槽14，定心器18可用于保证钢管相对于磁场是居中的。在一个应用中，定心器18可以是陶瓷定心器。或者，定心器18可以由具有相当低的摩擦系数并具有合适强度和耐久性的替代材料构成。定心器18可置于槽14内。

图1A和图1B更详细地示出定心器18。如图所示，定心器18可整体构造，以包括管状部分20和径向延伸凸缘22。径向延伸凸缘22可靠近定心器18的端部并可以使定心器18易于安装在涂层槽14内。定心器18限定出内径D。

根据一个具体步骤，本教导的方法可包括使钢管12穿过熔融锌-铝合金的槽14。在一个应用中，槽14可配置为使钢管12水平地穿过熔融的锌铝。钢管12穿过涂层槽14近端和远端的开口(未明确示出)。

根据进一步的具体步骤，本教导的方法可包括用电流建立磁场。可通过调节电流调节磁场的强度。根据一个示例，由线圈16建立的磁场可具有平行于钢管的行进方向的12”的长度。

在另一具体步骤中，基于在钢管12上获得预期的锌-铝合金涂层厚度的目的，本教导的方法可包括调节电流。就这一点而言，在钢管12上获得锌-铝合金涂层的预定涂层厚度所必须的磁场强度还将根据钢管12在磁场内的持续时间变化。持续时间是磁场长度和钢管12通过磁场的速度的函数。可通过调节输送至磁线圈16的电流的功率和/或频率调节磁场。由于功率增大(例如，磁场增强)，锌-铝合金涂层的所得厚度减小。相反，由于功率减小(例如，磁场减弱)，锌-铝合金涂层的所得厚度增加。

在另一具体步骤中，钢管12穿过磁场。在锌-铝合金穿过磁场时，磁场用于使锌-铝合金悬浮。这样，可将均匀的锌-铝合金涂层沉积于钢管12上。如上文所述，钢管12在其穿过磁场时，相对于磁场居中。

钢管12穿过磁场的速率可包括在预定的公差内以在钢管12上获得均匀涂层。在一个应用中，钢管12沿处理路径和穿过磁场的速度可保持在±0.5％的公差内。钢管12穿过磁场的速度可由摇晃系统(dancing system)以常规方式控制。

继MHD线圈16后，钢管12向冷却站44前进。在图示的实施例中，冷却站44包括热水淬火46和冷水淬火48。热水淬火46可将钢管12冷却至第四温度，以形成锌-铝合金涂层并停止下垂。第四温度可不超过约200℉(约93℃)。在一个具体应用中，第四温度大约在170℉(约77℃)和180℉(约82℃)之间。在热水淬火46和冷水淬火48之间，管12可暴露在空气中。

冷水淬火48可将管12冷却至第五温度。第五温度可为约不超过约100℉(约38℃)。在一个具体应用中，第五温度大约在80℉(约27℃)和100℉(约38℃)之间。第五温度可约等于环境温度。

然后可卷绕钢管12并储存在第二卷绕机26处。

参照附图4A和4B，提供了根据本教导涂覆的钢管12(图4A)与根据现有技术的氮消除工艺涂覆的钢管的对照。如图所示，本教导提供更均匀的涂层。

根据一个具体应用，待涂覆的钢管12具有约3/16”-3/4”的外壁厚度和约.028”～.038”的内壁厚度。要求钢管12上的锌-铝合金涂层平均约20-25微米，通过输送至少约700安培(更优选为至少约800安培)的电流至线圈可以将磁场保持在约60％，且穿过磁场的钢管的速度可优选为至少约200英尺/分钟(FPM)(1.016米/秒)，更优选为至少约250FPM(1.27米/秒)，公差为±0.5％。在该示例中磁场可具有平行于钢管的行进方向的12”的长度。

示例

参照图3，示出了包括根据本教导涂覆的钢管12的示例性管结构100。显示出的结构100尤其适用于低温应用，如刹车油管、燃料油管、严重腐蚀区域等。在一些应用中，钢管12可选自包括SAE J526、SAE J527、Din74-234、JASO M101等的组。结构100包括根据本教导应用的锌-铝涂层102。锌-铝涂层102可符合ASTM B750-08。锌-铝涂层102可大于约10微米。锌-铝涂层102可优选为大于约15微米。在一些应用中，锌-铝涂层102可介于约18微米和22微米之间。在一个具体应用中，锌-铝涂层102可为约20微米。结构100还可包括磷酸锌转化涂层104和尼龙底漆106。结构100的最外层108可以是尼龙6/12或12型等。

参照图4，示出了包括根据本教导涂覆的钢管12的另一示例性管结构200。显示出的结构200尤其适用于高温应用，如变速器和发动机油冷管线。在一些应用中，钢管12可选自包括SAE J526、SAE J527等的组。结构200包括根据本教导应用的锌-铝涂层102。锌-铝涂层102可符合ASTM B750-08。锌-铝涂层102可大于约10微米。锌-铝涂层102可优选为大于约15微米。在一些应用中，锌-铝涂层102可介于约18微米和22微米之间。在一个具体应用中，锌-铝涂层102可为至少约20微米。在一个具体应用中，锌-铝涂层102可为至少约25微米。结构200还可包括磷酸锌转化涂层204。结构200的最外层206可以是富铝环氧底漆等。

因此，应当理解的是本教导提出一种用涂层处理钢零件12的方法，该涂层提供更好的耐腐蚀性并减少要求治理的浪费。此外，本教导提供方法和系统10以更一致地将抗腐蚀层应用至钢管12。

虽然在说明书中讨论并在附图中显示了具体示例，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离本申请范围的情况下可以对其元件做出各种变形和等同替换。而且，在此可以明确地预期特征、元件和/或功能在各示例间的混合搭配，使得本领域技术人员将从本申请理解到一个示例的特征、元件和/或功能可视情况并入另一示例的一部分，除非另有说明。此外，在不脱离本申请基本范围的情况下，可以做出许多变型以适应本申请的具体情况或材料。因此，可意识到本申请并不局限于附图所示以及说明书中所述的具体示例，这些具体示例仅作为目前预期的实施本申请的最佳方式，而本申请的范围将包括落入上述说明和所附任意权利要求范围内的任何实施方式。