专利名称：生产具有改善外观的涂覆金属带材的方法
生产具有改善外观的涂覆金属带材的方法本发明涉及制造具有改善的外观、更具体地是旨在用于制造陆用机动车辆外壳部 件的金属带材的方法，然而不限于此。旨在用于制造陆用机动车辆部件的钢板通常涂覆有锌基金属涂层，用于腐蚀防 护，该涂层通过在锌基液体浴液中热浸涂覆或者通过在含锌离子的电解浴液中电沉积来进 行沉积。然后将旨在用于外壳部件制造的镀锌板进行成形和组装，以便形成白车身，然后 使该白车身涂有至少一个涂料层，从而提供较大的腐蚀防护和良好的表面外观。为此目的，常规地，机动车辆制造商首先向白车身施加电泳涂层，接着是底涂料 层、基础涂料层和任选的漆涂层。为获得令人满意的涂漆表面外观，通常施加90-120 μ m的 总涂料厚度，其构成例如为20-30 μ m厚的电泳涂层、40-50 μ m厚的底涂料层和30-40 μ m基 础涂料层。为将涂料系统的厚度限制到小于90 μ m，某些机动车辆制造商提出了省除电泳步 骤或者限制涂料层的数目以便提高生产率。然而，在目前，涂料系统的这种厚度降低总是损 害部件的最终涂漆表面外观并且在工业生产中并未得到实施。这是因为充当基础基材的锌基涂层具有波纹状表面，其目前仅可通过厚的涂料层 得到弥补，否则车身部件将具有不可接受的“桔皮”外观。表面的波纹度W是相当长的波长(0. 8-lOmm)的平缓、准周期性几何不平度，其不 同于与短波长(< 0. 8mm)的几何不平度对应的粗糙度R。在本发明中，波纹度轮廓的算术平均值Wa(以μ m计)用于表征板材的表面波纹 度，并且截止阈值为0. 8mm的波纹度测量结果用Waa8表示。因此，本发明的目的是提供制造涂有腐蚀防护涂层的金属带材的方法，其波纹度 Wa0.8与现有技术的带材相比较小，因而使得能够制造所需的总漆厚度小于现有技术部件的 涂漆金属部件。为此目的，本发明的第一主题由制造具有金属腐蚀防护涂层的金属带材的方法构 成，该方法包括在于以下的步骤-使金属带材穿过熔融金属的浴液，该浴液包含2-8重量％铝，0-5重量％镁和至 多0. 3重量％添加元素，余量为锌和不可避免的杂质，使所述浴液维持在350-700°C的温 度；然后-通过喷嘴对带材的两侧喷射气体来干燥涂覆的金属带材；然后-以受控方式冷却涂层直到涂层完全凝固，所述冷却在干燥结束时的温度和凝固 开始之间以小于15°C/s的速率进行，且然后在其凝固开始和终了之间以大于或等于15°C / s的速率进行。在优选的实施方案中，根据本发明的方法还可以包括下面单独或组合所取的特 征-所述冷却在干燥结束时的温度和凝固开始之间以小于10°C/s的速率进行，且然 后在其凝固开始和终了之间以大于或等于15°C /s的速率进行；
-所述冷却在干燥结束时的温度和凝固开始之间以小于10°C/s的速率进行，且然 后在其凝固开始和终了之间以大于或等于20°C /s的速率进行；-以这样的方式干燥涂覆的金属带材使位于干燥线和高出至少IOcm的终止处之 间的带材部分，与氧化能力比由4体积％氧气和96体积％氮气构成的气氛的氧化能力低的 气氛接触；_金属带材是钢带材。本发明的另一个主题是经热浸涂覆但尚未冷轧平整的冷轧金属带材，其可通过根 据本发明的方法获得，其金属涂层包含2-8重量％铝，0-5重量％镁和至多0. 3重量％添加 元素，余量由锌和不可避免的杂质构成，所述涂层具有0.5μπι以下，优选0. 45 μ m以下的波 纹度Waa 8。在优选的实施方案中，根据本发明的金属带材还可以包括下面单独或组合所取的 特征_金属涂层不含有镁；-金属涂层含有1-4重量％镁；_金属带材由钢制成。本发明的另一个主题是通过未冷轧平整的金属带材的变形获得的金属部件，其涂 层的波纹度Va0.8为0. 48 μ m以下，优选0. 43 μ m以下。本发明的又一个主题是通过金属带材的变形获得的金属部件，所述金属带材在变 形之前还经受冷轧平整操作，其涂层具有0. 35 μ m以下，优选0. 32 μ m或者甚至0. 31 μ m以 下的波纹度Watl. 8。在下面以非限制性实施例的方式给出的描述的过程中，本发明的特征和优点将变 得更为清楚明显。根据本发明的方法的第一步骤在于使金属带材例如钢带材连续穿过包含在熔炉 中的含有熔融金属的涂覆浴液。在工业生产线上带材行进速度通常为40m/分钟_200m/分钟，例如优选大于120m/ 分钟或者甚至大于150m/分钟。待用于根据本发明的方法中的涂覆浴液的组成是基于锌的，并且含有2-8重量％ 铝，其因此是涂层的必要元素。本发明人发现包含小于2重量％铝的涂层不允许根据本发 明的方法改善波纹度。同样，包含大于8重量％铝的涂层也不能提供根据本发明的这种所 需效果。该元素还使抗腐蚀性能够得到改善。浴液还可以含有至多5重量％镁以便改善镀锌涂层的抗腐蚀性、特别是其抗红锈 性。为获得对抗腐蚀性的明显作用，优选以至少0. 1重量％或0. 2重量％以及优选至少1 重量％的量加入镁。其在浴液中的含量限于5重量％，或甚至4重量％，因为在较高含量的 情形中所获得的涂层可在随后成形操作期间具有脆性和附着性问题。此外，本发明人发现 加入这种元素没有损害通过加入铝所获得的关于波纹度的结果。浴液的组成还可以任选含有至多0. 3重量％的量的添加元素，例如Si，Sb，Pb，Ti， Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, &或Bi。例如，这些各种元素特别使得能够改善涂层的抗腐蚀 性或其脆性或其附着性。知晓它们对涂层特性的影响的本领域技术人员知道如何取决于所 需另外目对它们加以使用。还证实这些元素不妨碍通过根据本发明的方法控制波纹度的方式。然而在某些情况下可优选将钛含量限制到小于0.01%，或甚至小于0. 005%，因为该元 素可以在汽车制造商所用的除油脂和磷化的浴液中导致污染问题。最后，浴液可以含有源自于熔炉进料坯锭或者源自于由穿过该浴液的带材的不可 避免的杂质。因而，浴液特别可包含铁等。使浴液维持在液相线+10°C和700°C之间的温度，液相线温度取决于其组成而变 动。对于用于本发明的涂层的范围，所以该温度将为350°C-70(TC。可回顾的是，液相线 是高于其时合金完全处于熔融状态的温度，固相线是低于其时合金完全处于凝固状态的温 度。对于某些组成，液相线温度将等于固相线温度。在穿过熔炉后，然后通过置于带材的两侧上的喷嘴对两侧上均得到涂覆的金属带 材进行干燥操作，所述喷嘴将气体例如空气或惰性气体喷射到带材表面上。这种本领域技 术人员公知的常规操作使得涂层在尚未凝固时涂层厚度得到准确调节。在干燥操作后，根据本发明的方法的必要步骤是受控的涂层冷却直到其完全凝 固。具体地，本发明人发现在凝固开始之前与凝固开始之后必须不同地冷却涂层。因此，在干燥结束时的温度和凝固开始之间(即，当涂层刚好降到低于液相线温 度时)，以小于15°C /s，优选小于10°C /s，更优选等于或小于5°C /s的速率进行冷却，且然 后在其凝固开始和终了之间(即，当涂层达到固相线温度时)以大于或等于15°C/s，优选 大于或等于20°C /s的速率进行冷却。通过遵照所述设置，如下文给出的试验所证明，观测到了有关涂层的波纹度的出 人意料且明显的改善。如果需要以不超过约5°C /s的速率冷却，则可以通过自然对流实现一直到凝固开 始的冷却。高于该速率时，将必须采用强制冷却，该强制冷却使用任何合适的技术手段，例 如通过吹送冷气。同样，从凝固开始的冷却将一般通过强制冷却进行。当涂覆板材已完全冷却时，可以对其进行冷轧平整操作，使其能够产生有利于其 随后成形操作的织构。具体地，通过板材成形之前促进对板材所施用的油的良好保持性，冷 轧平整操作使得能够将粗糙度(其对于该板材适当成形是足够的)转印到板材的表面。通常对旨在制造用于陆用机动车辆的车身部件的金属板材进行这种冷轧平整操 作。例如，当根据本发明的金属板材旨在制造家用电器时，不进行这种附加操作。然后对不管冷轧平整与否的板材进行成形操作，例如通过拉拔、弯曲或压型 (profiling)，优选通过拉拔，以便形成然后可涂漆的部件。对于家用电器的部件，还可任选 地使用本身已知的物理和/或化学方式对该涂料层进行退火操作。为此目的，可使涂漆部 件穿过感应炉或热风炉，或者UV灯下方或电子束散射装置下方。为了生产机动车辆部件，将其浸没在电泳浴液并且相继施加底涂料层、基础涂料 层和任选的顶漆涂层。在将电泳涂层施加到所述部件之前，首先将后者除油脂并然后进行磷化以确保电 泳处理的附着性。电泳涂层提供具有另外腐蚀防护的部件。通常用喷枪施加的底涂料层为 所述部件的最终外观做好准备并且保护其不遭受碎屑和UV。基础涂料层为部件提供了其颜 色和其最终外观。漆涂层给部件表面提供良好的机械强度、对侵蚀性化学物质的抵抗性和良好的表面外观。用于保护和保证镀锌部件的优化表面外观的涂料层(或涂料系统)具有例如 10-20 μ m厚的电泳涂层、30 μ m底漆下涂层和40 μ m的基础漆下涂层。在其中涂料系统还包括漆涂层的情形中，各个涂料层的厚度通常为如下-电泳涂层小于10-20μ m ；-底涂料层小于20μ m ；-基础涂料层小于20μ m,且有利地小于10 μ m ；禾口-漆涂层优选小于30μ m。对于涂料系统，还可能不包括电泳涂层，并且可以仅包含底涂料层、基础涂料层和 任选的漆涂层。此外，补充研究通过在涂层经干燥的区域中采取特殊措施进一步改善了根据本发 明的板材和部件的波纹度水平。具体地，本发明人发现，通过确保该区域中的气氛的氧化能力小于由4体积％氧 气和96体积％氮气构成的气氛的氧化能力，进一步降低了根据本发明的已冷却板材的波 纹度水平。必须维持在低氧化水平的区域最小是始于干燥线直接上方且止于高出至少IOcm 并在行进的带材的两侧上围绕该带材的区域。术语“干燥线”此处理解为是指连接喷嘴与 板材的最短部分，对应于干燥气体沿着行进的最小路径。以这种方式，氧化水平可以用任何合适手段例如覆盖干燥区域且供给有惰性气体 例如氮气的发货箱进行控制。还将能够使用贫氧气体作为干燥气体并且不特别地向该箱供 给惰性气体，于是仅向所述箱供给干燥气体流。为确定带材周围气氛的氧化能力，测量其在平衡时的等效氧气分压。当存在的唯一氧化气体是混有惰性气体(氮气或氩气)的O2时，在该压力等于可 通过合适的传感器实时测量的O2体积含量。当存在混有还原性气体(例如H2或CO)的其它氧化气体(例如H2O或CO2)时，通 过有关气体温度下的质量作用定律计算等效氧气分压。例如，对于Η2/Η20对，反应可写作如下 在热力学平衡中，气体的分压遵循以下方程其中R是理想气体常数，T是绝对开氏气体温度，AG是与反应有关的自由能变化， 其可以在热力学表中找到，取决于常数R的取值以卡/摩尔或焦耳/摩尔计。有关气体混合物在平衡时的PO2 (即等效氧气分压)的值由上面方程求得。在本发明的上下文中，p02必须为0. 0015-0. 04。此外，可期望使任选的密闭(confinement)箱延伸远至浴液的表面或者远至浴液 和干燥线之间的中间位置，以便在干燥之前限制任何氧化。具体地，当板材的表面暴露于自 由空气中时，自动形成这种氧化层，但是大多数时间在干燥喷射作用下被除去并返回到涂覆浴液中。因此，这种密闭使得能够降低浴液的氧化物的量，该氧化物可以在带材从中穿过 时被带材带走且因此产生不可接受的缺陷。然而，其具有促进锌从浴液蒸发的缺点，该蒸气则可污染密闭箱。虽然可使用所有种类的干燥喷嘴来实施根据本发明的方法，但是将更特别优选使 用具有孔板(I’ orifice)的喷嘴，该孔板为宽度超过待涂覆带材宽度的板片形式。这种类 型的喷嘴允许适当地限制在干燥区的底部。试验在由冷轧无晶隙钛钢制成的金属板材上进行试验，使所述金属板材穿过含有锌基 金属浴液(包含可变比例的铝和镁)的熔炉。使浴液维持在低于所述组合物液相线的70°C 的温度。在离开浴液时，通过两种常规喷嘴用氮气干燥所获得的涂层，以便获得约7μπι的
涂层厚度。在带材的两侧上，将一系列用于吹送空气的冷却箱置于这些干燥喷嘴的上方，以 便通过强制对流使所述涂层凝固。取决于流速、吹送气体的温度和所使用的箱的数目，可将 冷却速率调节为5-50°C /s。通过改变这些参数和所使用的箱的位置，进行一系列试验以便在达到液相线温度 之前和在该温度与固相线温度之间获得各种冷却速率的控制冷却。当断开所有的箱时，涂 层仅经历约5°C /s速率的自然对流。还通过在限制箱中用氮气干燥进行试验(参照17)，所述限制箱在以干燥线为起 始水平且在高出至少IOcm终止的区域中具有限于4体积％的氧气含量。最后，将所获得的样品以3. 5%等双轴(Marciniak)变形模式进行拉拔。将一些样 品以1. 5%的延伸率预先进行冷轧平整操作。随着试验进行，测量波纹度值Waa8。这种测量在于使用不具有滚动体的机械测隙 规来获得长度为50mm的板材轮廓，在与轧制方向成45°处测得。通过至少5阶多项式从所 获得的信号减去其一般式的近似值。然后通过高斯滤波(filtre Gaussien)在0.8mm截止 阈值从粗糙度Ra中分离出波纹度Wa。在下表中给出了所获得的结果
权利要求
一种用于制造具有金属腐蚀防护涂层的金属带材的方法，该方法包括在于以下的步骤 使金属带材穿过熔融金属的浴液，该浴液包含2 8重量％铝，0 5重量％镁和至多0.3重量％添加元素，余量为锌和不可避免的杂质，使所述浴液维持在350 700℃的温度；然后 通过喷嘴对带材的两侧喷射气体来干燥涂覆的金属带材；然后 以受控方式冷却涂层直到涂层完全凝固，所述冷却在干燥结束时的温度和凝固开始之间以小于15℃/s的速率进行，且然后在其凝固开始和终了之间以大于或等于15℃/s的速率进行。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述冷却在干燥结束时的温度和凝固开始之间以小 于10°C /s的速率进行，且然后在其凝固开始和终了之间以大于或等于15°C /s的速率进 行。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述冷却在干燥结束时的温度和凝固开始之间以小 于10°C /s的速率进行，且然后在其凝固开始和终了之间以大于或等于20°C /s的速率进 行。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中以这样的方式干燥涂覆的金属带材使 位于干燥线和高出至少IOcm的终止处之间的带材部分，与氧化能力比由4体积％氧气和96 体积％氮气构成的气氛的氧化能力低的气氛接触。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述金属带材是钢带材。
6.一种经热浸涂覆但尚未冷轧平整的冷轧金属带材，其可通过如权利要求1-5中任一 项所述的方法获得，其金属涂层包含2-8重量％铝，0-5重量％镁和至多0. 3重量％添加元 素，余量由锌和不可避免的杂质构成，所述涂层具有0.5μπι以下的波纹度Waa8。
7.如权利要求6所述的金属带材，其金属涂层不含有镁。
8.如权利要求6所述的金属带材，其金属涂层含有1-4重量％镁。
9.如权利要求6-8中任一项所述的金属带材，其由钢制成。
10.一种通过如权利要求6-9中任一项所述的金属带材的变形所获得的金属部件，其 涂层的波纹度Waa8为0. 48 μ m以下。
11.一种通过如权利要求6-9中任一项所述的金属带材的变形获得的金属部件，所述 金属带材在变形之前还经受了冷轧平整操作，其涂层具有0. 35 μ m以下的波纹度Waa8。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造具有防腐蚀金属涂层的金属带材的方法，该方法包括在于以下的步骤将金属带材浸入熔融金属的浴液中，该浴液包含2-8重量％铝，0-5重量％镁和至多0.3重量％添加元素，余量为锌和不可避免的杂质，使所述浴液维持在350-700℃的温度；通过喷嘴对带材的两侧喷射气体来干燥涂覆的金属带材；以及以受控方式冷却涂层直到涂层完全凝固，所述冷却在干燥之后的温度和凝固开始之间以小于15℃/s的速率进行，且然后在其凝固开始和终了之间以大于或等于15℃/s的速率进行。本发明还涉及可通过使用该方法获得的金属带材以及通过所述带材的变形获得的金属部件。
文档编号C23C2/26GK101981219SQ200980107022
公开日2011年2月23日 申请日期2009年5月14日 优先权日2008年5月14日
发明者J-M·马泰格纳, L·迪兹 申请人:安赛乐米塔尔研究与发展有限责任公司