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表面处理钢板的开发和发展趋势

表面处理钢板的发展现状和发展方向

(1)表面处理钢板应用的扩展和性能

大多数表面处理过的钢板是镀锌钢板。 2008年,日本的镀锌钢板产量为1500万吨,其中77%为热浸镀锌板。镀锌钢用于汽车,建筑,电气和其他应用,其中一半用于汽车。

自1980年代以来,日本已广泛使用55%的Al-Zn热浸钢板。在海盐影响较大的沿海地区,镀铝钢板会发生点蚀,并且耐腐蚀性降低。长期暴露腐蚀的结果表明,镀锌钢板由于消耗锌而产生红色刺绣,而5%Al和55%Al-Zn涂层钢板则保持了耐蚀性并替代了腐蚀防护。 55%Al-Zn涂层的金属结构使得在富含Al的初级结晶相晶粒之间存在b-Zn富锌相。 Townsend指出,在暴露腐蚀的初始阶段,第一个富锌相表现出了替代的腐蚀保护作用。在暴露腐蚀的后期,富铝相起到了耐腐蚀的作用。这种防腐蚀机理也反映在镀锌钢板和55%Al-Zn涂层钢板的端面腐蚀中。根据研究数据,在长期的暴露实验中,暴露初期的55%Al-Zn涂层钢板的涂层膨胀(线性腐蚀)的腐蚀率大,镀锌钢板在暴露的后期膨胀。腐蚀速率大。在曝光开始时,55%Al-Zn涂层钢板的富锌相在涂层和涂层之间的界面处溶解。因此,腐蚀从样品的端面到内部迅速进行。当腐蚀进行到一定距离时,距阴极的距离增加。腐蚀速率降低。由于腐蚀发生后镀锌钢板不具有富Al相,因此阴极面积增加并且腐蚀继续。

为了提高5%Al-Zn被覆钢板的耐腐蚀性,开发了添加了3%Mg的6%11%的Al-3%Mg-Zn合金镀覆系列钢板。在6%的Al-Zn中添加Mg可以延长产生红锈的时间,并且在暴露于大气的样品中也可以证实Mg改善了耐腐蚀性。在沿海地区,由板系列的涂层系列产生的腐蚀产物中未发现ZnO。通过暴露于腐蚀而产生并累积的腐蚀产物极大地抑制了阴极反应。镀锌钢板的腐蚀产物中的ZnO具有半导体性质,并且不能抑制氧化还原的阴极反应。在镀3%Mg的钢板的腐蚀产物中未检测到ZnO,这与上述实验结果一致。

从1980年代开始,在铬酸盐薄膜上涂有约1 organic有机膜的耐指纹钢板和润滑钢板,以及涂有约20有机膜的钢板被省略了,省略了涂覆过程的涂覆。钢板已经商业化并被广泛使用。此后,2006年开始在电气和电子设备中使用P,Cr6 +和Cd6 + RoHS(某些有害物质的使用限制),并且推进了非Cr处理工艺。预涂钢板的性能是耐腐蚀性,高加工性,抗表面篡改,耐污染性,抗菌性能,吸热,散热等。这些特性主要取决于涂膜的特性。

(2)非铬处理工艺

近年来,保护地球环境,防止污染,建设循环型社会的观念越来越密集,减轻材料环境负荷的要求也越来越高。在欧洲,RoHS电气和电子设备指令将P,Hg,Cr6 +和Cd6 +和两种有机物质的最大允许值规定为欧盟法律形式的1000 ppm。禁止在欧盟地区销售任何超过该值的产品。关于汽车报废的ELV法令,禁止使用P,Hg,Cr6 +和Cd6 +。

在日本,铬酸盐处理过程会产生有害的Cr6 +。自1970年代以来,一直在探索替代铬酸盐处理技术。由于尚未找到有效的方法,因此继续使用铬酸盐处理工艺。然而,在上述法令公布后,有关措施的研究得到了加速。该法令生效的那天,日本的非铬处理技术得到了充分的发展。

非铬处理工艺仍应保持铬酸盐处理膜的阻挡功能和自修复功能。非Cr处理的机理是使用小于几微米的树脂膜以确保阻挡功能,使用抗蚀剂以确保耐腐蚀性,以及使用基于硅烷的偶联剂以改善有机树脂膜的附着力金属氧化物层和涂层。高性能无铬有机复合涂层钢板的耐腐蚀性与铬酸盐处理钢板相当。

目前,日本钢厂的化学处理已基本实现了无铬化。将来,应当进一步开发具有更好的自愈性能和耐腐蚀性的薄膜。由Araki提出的通过硅烷化合物对链烷硫醇自组织单分子膜进行化学改性以形成二元聚合物的方法可以获得具有几纳米厚膜的高耐腐蚀性,这是值得关注的方法。

(3)钢板和汽车的表面处理

自1970年代以来,汽车表面处理钢板的目标设定为防腐。此后,随着目标值的逐渐增加,已开发出电镀锌钢板,镀锌合金钢板,合金化热浸锌板,有机薄膜涂层锌板等,并且汽车表面处理用钢的数量正在增加。最近,为了减少燃油消耗,减少二氧化碳排放并满足ELV指令的要求以减少环境负荷并提高安全性,我们正在开发汽车表面处理钢板,以减轻重量,消除Cr并改善性能。碰撞安全。工作。

从1970年代到1980年代,在电镀锌钢板中,由于电镀过程中良好的耐腐蚀性和耐电弧坑性,电镀的铁锌合金钢板和两层镀锌钢板已被广泛使用。还使用电镀的Ni-Zn钢板,在Ni-Zn镀层上的铬酸盐涂层以及包含约1的含有SiO 2的有机膜的有机复合涂层钢板。由于铬酸盐膜的钝化和有机膜的阻挡功能以及SiO 2的防锈作用,因此含有SiO 2有机膜的铬酸盐覆膜陶瓷涂层钢板具有优异的耐腐蚀性。但是,在1980年代,美国汽车工业宣布了汽车的耐蚀性标准(无点蚀为10年,无锈外观为5年,无锈发动机锈为2年)。随后欧洲提出了确保汽车防锈12年的标准。为了满足这些标准,日本转向了合金化的热浸锌钢板,并通过增加涂层的厚度确保了良好的耐腐蚀性。增加涂层的厚度是提高耐蚀性的简单有效的方法。目前,合金化的热浸锌钢板已成为日本表面处理钢板的主流。在欧洲,主要使用电镀锌和非合金化热浸锌钢板,其涂层厚度大于日本的合金化热浸锌钢板。

(4)汽车用高强度表面处理钢板

通常,钢的屈服强度增加而伸长率降低。但是,由于残留奥氏体加工引起的马氏体相变硬化而变形增加的变形量增加的铁素体和马氏体双相钢(DP钢)和TRIP钢(相变诱导塑性钢)高于传统的高强度。钢具有更大的延展性。另外,已经开发出在烘烤和烘烤期间在200℃下具有增加的硬度的烘烤硬化钢(BH钢),以及添加了Ti和Nb的超低碳BH钢。

当将热浸锌或合金化的热浸锌应用于高强度钢时,钢中Mn和Si等强化元素与氧气的亲和力大,并且在镀锌之前的连续退火过程中会优先氧化。在钢板的表面上形成诸如SiO 2或Mn 2 SiO 4的氧化物。这些氧化物降低了锌液和钢的润湿性,并且是镀锌钢板的“外露钢”缺陷的原因。

(5)表面处理钢板的发展方向

由于Zn的良好耐腐蚀性和对基材的替代腐蚀保护功能,被Zn和Zn合金表面处理过的钢板被广泛使用。可以认为难以用简单的方法来代替Zn的这些优异特性。但是,就锌的替代腐蚀保护功能而言,由于锌阳极反应的非极化特性(阳极过电压很难增加),其替代腐蚀电位非常低,基本上为-1.0V,因此在替换腐蚀反应的过程中氢会渗透到钢中并使钢变脆。研究表明,使用Al-Mg-Si合金代替Zn进行热浸镀钢板可以抑制替代腐蚀电位的降低和氢向钢中的渗透。因此,这是一种通过选择合适的合金组合来减少氢脆的表面处理方法。

简而言之,由于Zn的物理,机械和化学性质,在钢板的表面处理中难以改变Zn的主要位置。因此,重要的是不要用其他金属或合金代替Zn,而是通过适当地结合热处理,加工,化学转化和钢的涂覆工艺来开发适合不同用途和不同特性的表面处理工艺。

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