一种局部强化热轧镀锌铝钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢板产品表面防护领域，特别涉及一种局部强化镀锌铝合金热轧板带及其制造方法。
【背景技术】
[0002]钢板产品表面镀锌或锌合金是一种最常用、最有效的防护方法之一，工业上特别是汽车、家电工业有着非常广泛的应用。随着电力、铁路及军工工业的发展和对表面防护性能的不断提高，单纯的镀锌产品在耐蚀、机械性能方面已不能满足要求，以Galvalume(55%Α1-43.4%锌-1.6%Si )和Galfan (锌_5%A10.1%RE)为代表的热浸镀锌铝合金逐渐成为热镀工业发展的主要方向。锌铝合金镀层综合了纯铝镀层耐蚀性和纯锌镀层牺牲阳极保护的优点,耐大气腐蚀、海水腐蚀和抗高温氧化性能显著提高。
[0003]申请号201010205272.7的专利公开了一种锌镁或锌铝镁镀层钢板生产方法及其锌铝镁镀层钢板，利用冷喷涂处理设备对镀锌钢板进行冷喷涂镁或镁合金粉末，接着在连续退火炉中还原性保护气氛下对钢板进行热处理，加热后立即对镀层进行冷却至室温，获得锌铝镁镀层钢板在镀层表面含有铝镁，镀层内部铝镁含量逐渐降低，与钢板结合部位以镀纯锌为主的覆膜钢板，耐蚀性、加工性能和表面质量良好。申请号201110119690.9的专利公开一种金属防腐涂层及其电弧喷涂工艺，金属防付涂层包括锌铝合金底层、纯铝中间层和封闭漆面层，锌铝合金底层的厚度为100 μ m、纯铝中间层80-100 μ m、封闭漆面层的厚度70-90 μ m，漆面层材质为氟碳面漆。锌铝合金底层、纯铝金属中层采用二次雾化电弧金属的方式进行喷涂，封闭面漆层采用喷涂方式进行。申请号201010596519.2的专利公开了一种耐熔蚀FeAl金属间化合物基复合机构涂层的制备方法，以Fe、Al及陶瓷颗粒为原料，以球磨方法制备出合金粉末，采用冷喷涂在基体上沉积涂层，通过热处理制备出FeAl金属间化合物基复合机构涂层，在一定氧分压下使其表面形成一层均匀致密的A1203薄膜，该方法获得的涂层自身具有较好的高温耐磨损性能与耐锌(Al)腐蚀性能，主要用于钢铁镀锌等行业。申请号JP59009162A的专利提供了一种钢板表面耐蚀涂层的制备方法，首先用喷砂或其它方法线状粗化钢板表面，然后在钢板表面喷涂锌、Al或合金涂层，喷涂方法为冷态喷涂，细小的阳极牺牲材料(如锌)放电熔化后由压缩空气驱动粘附在钢板表面，具有很高的抗铁锈能力。申请号CN200480001145.8的专利提供一种相对原材钢板的镀层附着性优良的合金化热镀锌钢板及其制造方法其特征在于，在合金化热镀锌镀层和形成该合金化热镀锌镀层的原材钢板的界面上，间距为0.5 μ m以下且具有1nm以上深度的凹凸在每5 μ m的界面长度上存在I个以上。
[0004]上述技术中，一般对原始板材都有较高要求，无法实现热轧板表面锌铝合金涂层制备。众所周知，涂层与基体的界面处理是涂镀技术最薄弱的环节，上述技术中主要利用界面制备过渡金属层或机械过粗化的方法，来提高涂层与基体的附着力，过渡层的制备增加了涂镀工艺的复杂性。冷气动力喷涂技术可以在温度低于喷涂材料熔点的固态下在钢板表面制备锌铝合金涂层，致密度高，对粉末颗粒无热影响，制备的涂层性质基本上与原料性质相同。本发发明技术通过冷喷涂和后续适当的热处理工艺，在涂层与基体界面形成一层自身局部扩散强化结构，大大改善机械嵌入结合较差的特点，缩短工艺流程。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有局部界面强化结构的热轧镀锌铝钢板，与常规热浸镀锌或锌铝板相比，通过控制界面金属间化合物的形成和分布，形成局部界面强化区域，具有较好的附着强度和成形性能。本发明目的还提供一种局部界面强化热轧镀锌铝钢板的制造方法，包括热轧钢板预处理、冷喷涂锌铝及后续热处理，可同步实现无酸除鳞、表面晶粒细化和粗化效果，效率高，污染小，环境友好；镀层适应性强，产品范围广泛。
[0006]本发明的技术解决方案如下:一种局部强化热轧镀锌铝钢板，包括基板和镀层，所述镀锌铝钢板的镀层与基板界面存在非连续分布的局部扩散强化区域，有效增强镀层附着力，所述非连续强化扩散区域由铁锌化合物和铁铝化合物组成。
[0007]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板，优选的是，所述热轧镀锌铝钢板从所述基体到镀层依次为热轧钢板基体、局部铁锌化合物层、局部铁铝化合物层和锌铝镀层。
[0008]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板，优选的是，所述钢板厚度为2-10mm，优选4-5mm。
[0009]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板，优选的是，局部铁锌化合物层厚度小于
15μ m,局部铁招化合物层厚度小于30 μ m。
[0010]本发明还提供一种局部强化热轧镀锌铝钢板的制备方法，包括如下步骤:
[0011]首先对热轧钢板表面进行预处理清除氧化皮和引入超细晶粒组织，获得晶粒尺寸小于I μ m和粗糙度达到Ra0.6-2.0ym,优选粗糙度Ral.0-1.2 μ m的活化表面；其次在经预处理的热轧钢板表面冷喷涂沉积50-200 μ m的锌铝合金涂层；最后对镀锌铝合金热轧板进行380-450°C、保温5-120min的扩散退火，获得非连续局部扩散强化区；
[0012]所述超细晶粒组织的晶粒尺寸小于I μ m,优选尺寸27-lOOnm。
[0013]所述在经预处理的热轧钢板表面冷喷涂沉积优选100-150 μ m的锌铝合金涂层。
[0014]所述对镀锌铝合金热轧板进行优选400-42(TC、优选保温30-100min的扩散退火。
[0015]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板的制备方法，优选的是，所述经预处理钢板的表面形成一层硬度梯度过渡区，表面硬度比心部提高30%以上，过渡区厚度大于ΙΟΟμπι。
[0016]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板的制备方法，优选的是，所述冷喷涂锌铝合金的载气为压缩空气或氮气，所述载气压力为0.5-2.5MPa，载气温度0-300°C，所述冷喷涂锌铝合金的喂粉速率50-300g/min，优选喂粉速率130_160g/min。
[0017]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板的制备方法，优选的是，所述冷喷涂锌铝合金过程中，冷喷涂锌铝粉末中Al元素含量为5-35wt.%。
[0018]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板的制备方法，优选的是，所述冷喷涂锌铝合金中锌铝的粉末原料为球形或椭球形，其中粒径为15-50 μ m的体积比例为50-70%，优选60-68%,粒径为50-80 μ m的体积比例为20_30%，优选21_24%，其余颗粒粒径为80-100 μ m。
[0019]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板的制备方法，优选的是，所述保温时间完成后随炉冷却，200°C以上冷却速率小于10°C /min，200°C大于20°C /min ;进一步优选的是200°C以上冷却速率小于8°C /min，200°C大于25°C /min。
[0020]本发明所述局部强化热轧镀锌铝钢板的制备方法，所述热轧镀锌铝板热处理环境为真空或还原性气氛。
[0021]本发明所述制备方法中热处理过程随炉加热，加热速率大于10°C /min。
[0022]本发明所述制备方法中清除氧化层利用高速气-固双相射流冲击热轧钢板表面清除氧化铁皮，免除酸洗工序，降低环境污染。
[0023]本发明制备方法中钢板表面超细晶(纳米晶)层、粗化和除鳞同步完成，效率高。
[0024]本发明所述一种局部强化热轧镀锌铝钢板的制造方法，所述的方法首先对热轧板表面进行预处理，同步清除氧化皮和引入晶粒尺寸小于I μ m、深度大于10 μ m的超细晶粒组织，获得粗糙度达到Ra0.6-2.0 μ m活化表面；然后在经预处理的热轧板表面冷喷涂沉积50-200 μ m的锌铝合金涂层；最后对镀锌铝合金热轧板进行380-450°C、保温5_120min的扩散退火，获得非连续局部扩散强化区。
[0025]所述预处理钢板表面形成一层硬度梯度过渡区，表面硬度较心部提高30%以上，过渡区厚度大于100 μ m，有效强化镀层与基体的协调变形性能；
[0026]所述冷喷涂锌铝载气为压缩空气或氮气，载气压力为0.5-2.5MPa,载气温度0-3000C，喂粉速率50-300g/min，此工艺范围内可以有效避免“枪管堵塞”现象。
[0027]所述冷喷涂锌铝粉末中Al元素含量为5_35wt.%。
[0028]所述冷喷涂锌招粉末原料为球形或椭球形,其中粒径范围15-50 μ m体积比例为50-70%, 50-80 μ m的体积比例为20_30%，其余颗粒为80-100 μ m。
[0029]本发明所述界面局部强化镀锌铝合金热轧钢板附着力较常规冷喷涂技术提高20%以上，更优达到40%以上，抗划伤性能显著提高，塑性显著改善，抗弯变形提高30%以上，更优达到60%以上。
[0030]本发明的有益技术效果:
[0031]本发明提供的具有局部界面强化结构的热轧镀锌铝钢板和制备方法，所述界面局部强化镀锌铝合金热轧钢板附着力较常规冷喷涂技术提高20%以上，抗划伤性能显著提高，塑性显著改善，抗弯变形提高30%以上；在基板预处理过程在热轧钢板表面引入的超细晶结构，大幅度提高了晶界比例，可充分利用晶界高扩散通道的优势，使扩散区形成效率更高；本发明成分的锌铝合金分布的特点，避免了界面过多脆性相形成，通过控制热处理工艺，实现界面局部扩散强化区的比例，从而大大改善镀锌铝合金热轧钢板的协调变形能力。
【附图说明】
[0032]图1为热轧钢板预处理后表面超细化示意图，设计表面特殊的超细