使用锌基合金化层涂覆分立工件的工艺的制作方法
【专利说明】使用锌基合金化层涂覆分立工件的工艺
[0001]本申请是申请日为2010年2月4日、申请号为201080006697.3、发明名称为“使用锌基合金化层涂覆分立工件的工艺”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及使用锌基合金化层涂覆分立工件的工艺。具体地，本公开文本涉及一种适合使用富锌的完全合金化层镀覆工件、尤其是分立工件(discrete article)的工艺。
【背景技术】
[0003]分立工件是指不连续工件，其通常有至少一个凹面。它们通常包含连接部件的组入口 ο
[0004]公开的工艺适于在铁或者钢上施加锌基保护涂层，其中在贯穿涂层的整个厚度上形成Zn-Fe金属间化合物。这层涂层类似于由所谓“镀锌退火”工艺形成的层。它不同于在外表面具有不含Fe的Zn的镀锌层。
[0005]设想将基体涂装时，由Zn-Fe金属间化合物组成的表面较Zn表面是更优选的。它的确在涂料和含锌层之间的分界面提供一种优良的长期的涂料粘附力和极好的抗腐蚀性。另一个优势是好的点焊行为，这在汽车市场上是重要的。然而，作为连续产品的典型情况，如果这种产品必须进一步成形，则应当考虑涂层的有限的延展性。
[0006]为了产生一个富锌的完全合金化层，通常通过将在先的镀锌表面在高于锌熔点的温度立刻再加热从而将连续产品、例如板和线镀锌退火。
[0007]JP-A-58034167描述了一个典型的工艺，其中通过在约465°C熔融Zn浴中热浸镀的方法将连续产品镀锌。当从浴中取出时，用所谓的气刀吹走在所述镀锌层上的额外的液态锌。然后，将表面迅速加热至最高达600°C并且在高温保持一段时间，以完成退火工艺。
[0008]根据在JP-A-2194162中公布的另一工艺，将产品在真空沉积站内镀锌。在100至300°C的温度下将确定量的锌沉积于相对冷的钢基体上。因为只有几秒的短暂的处理时间，以及钢的相对较低的温度，Zn沉积的机理基于冷凝作用。然后使所述镀锌的产品通过一个加热站以进行退火。
[0009]JP-A-59083765涉及一种用以在钢板上镀锌的连续真空沉积工艺。因此钢板的温度保持在300°C以下、优选200°C以下，以避免锌的再气化。该过程针对锌镀层，其中可以在表面上观察到锌晶体。没有提到Zn-Fe的形成:常用于连续涂装的低处理温度和相对短的停留时间，从逻辑上排除了 Zn-Fe合金的形成。
[0010]JP-A-63004057也涉及一种用以在钢板上镀锌的连续真空沉积工艺。其描述了一种2步工艺。第一步在真空沉积室中进行，其中在所述真空沉积室中使Zn凝结在钢板上。除了凝结热以外，通过一个卷绕的辊将另外的热提供给钢板。然后，在第二步形成Zn-Fe合金，第二步在钢板出口室进行。这篇文件也教导了 Zn的物理凝结，作为形成合金的反应条件仅在之后达到。
[0011]只能在有简单的几何形状的连续产品上、例如板和线上进行上述工艺。对于离散产品来说，使用分批法。
[0012]通过在相对高的560至630°C温度的Zn浴中热浸镀，可以在单一步骤内在离散产品上形成完全合金化表面。因为在该温度下Zn流动性特别好，从浴池中取出工件时的天然的气流足以消除额外的表面Zn。虽然如此，有时也将工件离心以加速Zn的除去。高温促进在贯穿涂层的整个厚度上Zn-Fe金属间化合物的形成。
[0013]然而，在这样高的温度下热浸镀会导致工件中潜在的有害热应力。而且，钢自身的特征可能受到不良影响。而一个典型的热浸镀架带有多个由不同的钢号制成的分立工件，这更加重了这个问题。这导致无法确定适合全部工件的工艺参数，例如浴温或者浸镀时间。
【发明内容】
[0014]根据本发明的分批工艺提供一种较镀锌退火更优的替代方式。即使在工件由不同的钢号制成或者具有复杂的形状时，也能够获得均一的金属间化合物涂层厚度。此外，由于固有的更慢和更均一的加热工艺，可以基本上避免由热应力引起的问题。
[0015]公开的使用Zn-Fe金属间化合物层涂覆铁或钢工件的工艺包含如下步骤:
[0016]-提供可密封的炉，其包括装配有加热装置的工艺室，引入和引出气体的装置，以及待涂覆工件的进入口；
[0017]-将待涂覆工件置于工艺室；
[0018]-在工艺室中使所述工件在200至650°C的温度下与还原气体接触，从而除去表面的氧化物；
[0019]-从工艺室中引出气体至残余压力低于lOOOPa、优选低于lOOPa；
[0020]-在工艺室中使所述工件在225至650°C的温度下与金属Zn蒸气接触，从而在工件上涂覆Zn-Fe金属间化合物层；
[0021]-从工艺室取出涂覆的工件。
[0022]其特征还在于，在工件与金属Zn蒸气接触的步骤中，工件的温度，优选在该步骤中不变，等于或者高于Zn蒸气的露点。
[0023]Zn蒸气的露点是指Zn在环境分压下冷凝的温度。可以用已知的表格从分压得到露点。如上提到的情形能够，例如在实践中通过在涂覆反应器内提供一个冷冻区或者指形冷冻器来保证。冷冻是指一个控制为略低于待涂覆钢工件温度的温度。
[0024]在一个优选实施方式中，在工件与金属Zn蒸气接触的步骤中，工件的温度可以等于或者高于Zn蒸气的温度。温度的这种关系将防止锌在工件上凝结。
[0025]可以方便地通过使用还原性气体、例如队和!12的混合物获得所需的还原条件。工件的温度优选350到550°C。
[0026]在与金属Zn蒸气接触的步骤中，工件的温度优选350到550°C。部分Zn分压应当有利地处于1至500Pa的范围内尤其以避免任何凝结，其中根据工件的温度确定分压的上限。更高的温度和更高的Zn分压导致涂层更快的层生长。
[0027]可将所获工件有效地涂装。Zn-Fe金属间化合物层提供需要的粗糙度以确保良好的涂料粘附力。
[0028]通常，在进入涂覆炉之前，工件经历初步的表面处理。工件实际上通常被来自钢热乳工艺或来自其生产工艺的氧化物覆盖。通常，除去这层的处理包括酸洗或者喷砂。这在专用仪器里采用已知的方式进行。在这个步骤之后，由于在常温下的空气氧化，表面仍然被几纳米厚的天然氧化物薄层覆盖。根据本发明，在涂覆炉之内进行的步骤中还原剩余的氧化物。这个步骤的目的是为了活化朝向锌蒸气的表面反应性。
[0029]在还原气体接触工艺中，需要200°C或更高的工件温度以确保足够快的还原动力学。例如，在静态条件下这个步骤可以在大气压下在队/U混合物中进行。在高速流动气体条件下还原还可以在低压下、例如100至lOOOPa进行。负压有利于确保没有凡从炉中溢出；过压则会提高还原动力学。工件的温度优选为350至550°C。
[0030]在Zn接触工艺中，需要225°C或更高的工件温度以允许Zn_Fe金属间化合物