金属镀覆方法以及由此生产出的镀层的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2008年12月9日、发明名称为"金属镀覆方法以及由此生产出 的镀层"的申请号为200880126575. 0的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明公开了一种镀覆金属基板的方法以及由此生产出的镀层。该方法发现了锌 /铝型镀层在钢基板上的具体但不排他的应用。
【背景技术】
[0003] -种镀覆金属基板的已知方法包括将钢带热浸镀在锌和铝的熔融浴中以形成锌/ 铝合金镀层。该方法被称为ZINCALUME?工艺。可以向浴中加入硅（大约1.5wt% ) 以防止在熔融镀覆金属和钢带之间发生过度合金化。在不存在硅的情况下，这种合金化作 用可迅速发生，从而所产生出的热量实际上能够加热钢带。在不存在硅的情况下，所得到 的镀层因此形成厚的（>20ym)的脆性Al-Fe-Zn合金镀层，从而使得产品毫无用处。在浴 中存在娃时，可以形成薄的（约lym)Al-Fe-Zn-Si四元合金层，其在钢表面上起到覆盖层 (blanket)的作用，以使得该表面与熔融镀覆金属隔开，由此防止了快速的合金化并且允许 形成足够的镀层覆盖。
[0004] 但是，硅在浴中的存在引起其它问题。例如，已经观察到，在镀层固化期间，硅针沉 淀析出并且在镀层内生长。这些硅针往往与Al-Fe-Zn-Si四元合金层连接，并且可以提供 通向合金层的腐蚀路径。这些硅针也会增加镀层的脆性。还有，硅在浴中的存在意味着某 些其它浴添加剂例如镁不能用于产生出所期望的镀层性能。例如，硅与镁反应产生出脆性 Mg2Si相，这反过来增大了该镀层的脆性。
[0005] 上面的说明不应该认为是对公知常识的认可。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种镀覆金属基板的方法，所述方法包括以下步骤：
[0007] (a)如本文所述，将合金控制材料蒸汽沉积或电沉积到所述基板上；以及
[0008] (b)将所述基板通过熔融镀覆材料浴，并且使所述镀覆材料的镀层形成到所沉积 的合金控制材料上。
[0009] 在整个说明书中所采用的术语"合金控制材料"指的是用于控制在金属基板的金 属和镀覆材料的一种或多种组分之间合金化程度的材料。
[0010] 在将金属基板通过熔融材料浴之前，将合金控制材料通过蒸汽沉积或电沉积在金 属基板上，在用于在钢基板上形成镀层的锌、铝和硅的浴中对浴硅可实现类似或改进的效 果。所述合金控制材料也可以在钢基板上形成替代（例如，甚至更薄）的合金层，以对浴硅 实现增强的效果，并且使用更少的材料。因此，在例如蒸汽沉积的合金控制材料为硅的情况 下，与在熔融浴中所需的材料相比，可以沉积更少的材料，并且仍然可以实现同样或更好的 合金控制结果。
[0011] 另外，可以将浴配制成为没有硅，这又能够便于形成无硅且因此更易延展的镀层。 另外，然后可以将其它添加剂例如镁加入到浴中。
[0012] 除了前面的段落之外，该方法可以包括向熔融镀覆材料浴加入所述合金控制材 料，以在所述基板通过所述熔融镀覆材料浴时，使得蒸汽沉积或电沉积的合金控制材料从 所述基板中的溶出降到最低。例如，如果硅为合金控制材料并且所述熔融浴不含硅，则一旦 发生润湿，在基板通过熔融浴时，对于从在基板上蒸汽沉积或电沉积的硅中使硅溶出而言 存在非常强的驱动力，至少直到在所述基板和所述熔融浴之间就硅而言达到平衡。
[0013] 该方法可以包括使得在所述蒸汽沉积或电沉积的合金控制材料上氧化物的形成 降到最低。优选的是，在进入熔融镀覆材料浴中的基板上，蒸汽沉积或电沉积的合金控制材 料上没有任何氧化物。该方法可以包括在将基板传送到熔融镀覆材料浴之前，在蒸汽沉积 或电沉积的合金控制材料上形成锌镀层。
[0014] 该合金控制材料可以通过物理蒸汽沉积技术或化学蒸汽沉积技术或电沉积技术 (如下文所述）沉积在基板上。
[0015] 在这方面，合金控制材料可以沉积到基板上成为具有足够厚度的层，所述厚度足 以防止在金属基板的金属和镀覆材料中的一种或多种组分之间出现过度合金化。
[0016] 该层可以为连续层。
[0017] 与镀层相比，合金控制材料层可以相对较薄，例如大约（oftheorderof)为 0?Ol-L0ym，并且优选小于0? 5ym。
[0018] 该合金控制材料可以为与金属基板的金属和镀覆材料中的一种或多种组分两者 都能形成合金的材料，由此能够将镀覆材料的镀层形成到合金控制材料上。
[0019] 在镀覆材料为锌铝合金的情况下，尤其在金属基板包含钢时，该合金控制材料可 以包含31、11、]\111、附、他、了3、￥和211中的任一种或多种。
[0020] 在蒸汽沉积或电沉积时，Si可能是最佳的，由于其能够模仿在浴中的Si功能，所 以替代材料例如Ti、Mn、Ni、Nb、Ta、W、Zn等的蒸汽沉积或电沉积也能够实现类似的有益效 果和其它有益效果，例如改变合金层的晶相结构以改善镀层的延展性。
[0021] 金属基板可以包含钢。
[0022] 金属基板可以为片材（sheet)形式，更具体地说为金属带材例如钢带。
[0023] 另外，熔融镀覆材料浴可以包含锌和铝。
[0024] 锌铝浴可以包含至少IOwt%的锌，优选至少20wt%的锌。
[0025] 典型的锌铝浴可以分别包含55wt%的铝和45wt%的锌。
[0026] 熔融镀覆材料浴可以包含以下范围的锌、铝和硅（以wt%表示）：
[0027] 铝：40-60
[0028] 锌：40-60
[0029] 硅：0.3-3 〇
[0030] 在金属基板包含钢并且浴包含锌和铝的情况下，与沉积的合金控制材料（ACM)形 成的合金可以包括Al-Fe-Zn-ACM四元合金（例如，在ACM为Si时形成Al-Fe-Zn-Si四元 合金）。
[0031] 熔融镀覆材料浴还可以进一步包含镁。镁可以起到提高镀层例如在酸性或盐性 环境中耐腐蚀性的作用，尤其是在暴露出基板和镀层之间边界的切割边缘处。镁含量可以 高达浴材料的5wt%。在一个实施方案中，镁可以在浴材料中代替相应部分的锌。但是，根 据所需的镀层耐腐蚀性和当前金属成本，镁也可以代替一部分A1，或同时代替一部分Al和 Zn0
[0032] 熔融镀覆材料浴可以不包含元素钛、钙、锰、钾、铋、铈和镧中的任一种或多种作为 有意的添加剂。
[0033] 将基板通过熔融材料浴的步骤可以为热浸镀工艺步骤。
[0034] 该方法可进一步包括在将合金控制材料蒸汽沉积或电沉积到基板上之前进行化 学清洁。
[0035] 本发明还提供了一种用于在含钢基板上形成锌铝镀层的方法，该方法包括以下步 骤：
[0036] (a)将材料蒸汽沉积或电沉积到基板上，所述材料能够与钢中的铁和镀层中的铝 和锌形成合金；以及
[0037] (b)将所述基板通过任选不添加硅的锌铝熔融浴，并且在基板上形成锌铝镀层。
[0038] 所述蒸汽沉积或电沉积的材料可以为上述合金控制材料。
[0039] 本发明还提供了一种金属基板，其包括上述蒸汽沉积或电沉积的合金控制材料 层，所述合金控制材料层位于所述基板的至少一个表面上。
[0040] 所述金属基板可以进一步包括上述镀覆材料的镀层。
[0041] 所述金属基板可以为钢基板。
[0042] 本发明还提供了一种经镀覆的基板，其包括基板、位于所述基板至少一个表面上 的上述蒸汽沉积或电沉积的合金控制材料层、以及位于所述电沉积的合金控制材料层上的 上述镀覆材料的镀层。
[0043] 所述金属基板可以为钢基板。
[0044] 例如，在金属基板包含钢并且镀覆材料包含锌和铝而且合金控制材料（ACM)与所 述镀覆材料形成合金的情况下，所述合金包括Al-Fe-Zn-ACM四元合金（例如，在ACM为Si 时为Al-Fe-Zn-Si四元合金）。
【附图说明】
[0045] 下面将仅以实例的方式参照附图对本发明作进一步说明，其中：
[0046] 图1为根据本发明，用于镀覆金属基板（此处为钢带）的方法的一个实施方式的 工艺流程示意图；
[0047] 图2示意性地显示出根据本发明，具有蒸汽沉积的Si层的钢片材的一个实施方 式；
[0048] 图3示意性地显示出根据本发明的又一实施方案，具有新镀覆的Al-Zn-Mg镀层的 图2中的钢片材和Si层；以及
[0049] 图4示意性地显示出固化后图3的钢片材/Si层/镀层。
【具体实施方式】
[0050] 首先参照图1，该图示意性地显示出用于镀覆金属基板（通常为钢带）的方法。将 成卷钢带10展开，然后使之准备用于随后用合金控制材料进行的蒸汽沉积或电沉积。在这 方面，通常采用碱性溶液对钢带进行化学清洁，然后在工段12处将化学清洁溶液干燥。可 选的是，可以采用化学溶剂进行清洁。
[0051] 在一个变型中，在清洁之前，可以将钢带成形为其所期望的形状（例如，波纹状、 槽形等）。但是，由于随后蒸汽沉积或电沉积的层非常薄，所以所述钢带通常是柔性的。另 外，因为蒸汽沉积或电沉积的层被机械锁定在钢带表面上，所以通常该层能够通过乳辊而 不会剥落。因此不必要对钢带进行预成形。
[0052] 然后，将准备好的钢带送入蒸汽沉积或电沉积工段14,在那里将钢带进行物理蒸 汽沉积（PVD)步骤、化学蒸汽沉积（CVD)步骤或者电沉积步骤，这些沉积步骤在钢带上形成 合金控制材料层。下面将对这些步骤进行更详细的说明。
[0053] 更具体地说，在工段14中，将合金控制材料沉积到钢带上，通常沉积在其两面和 边缘上，以便合适地制备出用于随后在熔融浴热浸镀的钢带。例如，可以以大约80-180纳 米（nm)范围内的厚度将硅蒸汽沉积到钢带上，但是该范围可以根据应用而改变。
[0054] 然后，将经蒸汽沉积或电沉积的钢带送入热浸