用于制造涂覆有涂层的金属带的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造涂覆有涂层(B)的金属带(M)的方法，其中涂层包含铬金属和氧化铬，并且通过作为阴极连接的金属带在电解持续时间内与包含三价铬化合物的电解溶液(E)接触，涂层从电解溶液中以电解的方式施加到金属带上。当金属带以预设的带运行速度(v)沿带运行方向接连地被引导经过在带运行方向上依次设置的多个电解槽时，有效地沉积具有高的氧化铬份额的涂层，其中至少在沿带运行方向上观察的最后电解槽(1c；1h)中或者在后组电解槽(1g、1h)中，电解溶液的在电解槽体积上取平均的温度为最高40℃，并且在最后电解槽(1c)中或后组电解槽(1g、1h)中，金属带与电解溶液电解作用接触的电解持续时间小于2.0秒。

Method for manufacturing coated metal strips

【技术实现步骤摘要】
用于制造涂覆有涂层的金属带的方法
本专利技术涉及用于制造涂覆有由铬和氧化铬构成的涂层的金属带的方法。
技术介绍
为了制造包装，现有技术中已知以电解方式为钢板涂覆由铬和氧化铬构成的涂层，该钢板称为无锡钢板(“TinFreeSteel”，TFS)或称为“电解铬覆层钢(ECCS)”，为马口铁的替代品。这种无锡钢板的特征尤其在于：对漆或有机保护涂层(例如，由PP或PET构成的聚合物涂层)的良好附着能力。尽管铬和氧化铬的涂层厚度很小(通常小于20nm)，但铬涂层的钢板具有良好的耐腐蚀性，并且在用于制造包装的成型方法中，例如在深冲和展薄拉伸方法中具有良好的可加工性。为了用含有金属铬和氧化铬的涂层来涂覆钢基底，现有技术中已知电解涂层方法，借助电解涂层方法利用含六价铬的电解质在带涂层设施中将涂层沉积到带状钢板上。当然，这种涂层方法由于在电解方法中使用含六价铬的电解质而危害环境和健康的特性而具有显著的缺点，并且必须在可预见的将来通过替代涂层方法来代替，因为将来会很快禁止使用含六价铬的材料。由于上述原因，现有技术中已经开发出了可以避免使用含六价铬的电解质的电解涂层方法。因此，例如WO2015/177315A1公开了一种用于为导电基底电解涂覆铬金属-氧化铬(Cr-CrOx)层的方法，其中导电基底尤其可以是无锡钢板(未涂覆钢板)或马口铁(镀锡钢板)，在该方法中，作为阴极连接的基底与包含三价铬化合物(Cr(III))的电解溶液接触，其中设有阳极，阳极抑制或至少减少铬(III)离子氧化成铬(VI)离子，并且移除在涂层电解沉积到基底表面期间形成的氢气气泡。在此已经确定，电解沉积涂层的沉积反应和表面质量与电解溶液的温度相关，在30℃与70℃之间的电解溶液温度适于产生具有良好表面外观的涂层。在此，40℃与60℃之间的优选温度范围被认为在高效的沉积反应方面是有利的，因为电解溶液在该温度下具有良好的导电性。WO2015/177314A1公开一种用于在带涂层设施中为带状钢板电解涂覆铬金属-/氧化铬(Cr-CrOx)层的方法，在该方法中，作为阴极连接的钢板以大于100m/min的高带运行速度被引导经过电解溶液，电解溶液包含三价铬化合物(Cr(III))。在此已观察到：涂层的组成极其显著地与电解质在阴极处的电流密度相关，其中涂层根据电解溶液中除三价铬化合物(Cr(III))之外还包含的成分而除了组成部分金属铬和氧化铬外还可以包含硫化铬和碳化铬，其中电流密度在电解沉积工艺中包含电解溶液的电解槽的阳极处被设定。已经确定：根据电流密度形成三个区域(区段I，区段II和区段III)，其中在具有最高为第一电流密度阈值的低电流密度的第一区域(区段I)中尚未在钢基底上进行含铬沉积，在具有中等电流密度的第二区域(区段II)中在所沉积的涂层的涂覆重量与电流密度之间存在线性关联，而在电流密度高于第二电流密度阈值(区段III)的情况下，所沉积的涂层部分分解，使得所沉积涂层的铬在该区域中的涂覆重量随电流密度上升首先下降，随后在电流密度更高时被调整到一稳定值。在此，在具有中等电流密度的区域(区段II)中，基本上将金属铬以直至80％的重量份额(以涂层总重量计)沉积在钢基底上，而在第二电流密度阈值之上(区段III)，涂层包含更高份额的氧化铬，该份额在具有更高电流密度的区域中为涂层的总涂覆重量的1/4与1/3之间。在此，发现各区域(区段I至区段III)相互限界的电流密度阈值与钢板移动经过电解溶液的带运行速度相关。在WO2014/079909A1中提到了，为了实现涂覆有铬-氧化铬涂层的无锡钢板(钢板)具有足以用于包装应用的耐腐蚀性，需要至少20mg/m2的涂层最小涂覆量，以便实现与常规ECCS类似的耐腐蚀性。还证实：为了实现足以用于包装应用的耐腐蚀性，在涂层中需要至少5mg/m2的氧化铬的最小涂覆量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供基于具有三价铬化合物的电解溶液制造涂覆有由铬和氧化铬构成的涂层的金属带的、尽可能高效且能大规模在带涂层设施中实施的方法，其中涂层应具有尽可能高的氧化铬含量，以便实现被涂覆金属带的充足耐腐蚀性以及对于有机覆层，例如由PET或PP构成的聚合物薄膜或漆的良好的附着基层。该目的通过具有权利要求1特征的方法来实现。该方法的优选实施方式可由从属权利要求得出。在根据本专利技术的方法中，通过作为阴极连接的金属带与电解溶液接触，将包含铬金属和氧化铬的涂层以电解方式从包含三价铬化合物的电解溶液中沉积到金属带，尤其钢带上，其中金属带以预设的带运行速度沿带运行方向被相继引导经过在带运行方向上依次设置的多个电解槽，其中至少在沿带运行方向上观察的最后电解槽中或者在后组电解槽中，电解溶液关于电解槽体积取平均的温度为最高40℃，并且在最后电解槽中或在后组电解槽中，金属带与电解溶液电解作用接触的电解持续时间小于2.0秒。当提及电解溶液的温度或电解槽中的温度时，所指的分别是以下平均温度，其关于电解槽的总体积以平均值的方式得出。通常，在电解槽中存在温度自上向下提高的温度梯度。当提及氧化铬时，在此所指的是铬的全部氧化形式(CrOx)，包括氢氧化铬，尤其是氢氧化铬(III)和水合氧化铬(III)以及它们的混合物。已证明，当电解溶液温度为40℃或更低时，促进氧化铬的形成。因此，当电解溶液的温度为最高40℃时，产生具有更高氧化铬份额的涂层。在改进被涂层的金属带的耐腐蚀性方面，涂层中更高的氧化铬份额被证实是有利的。通过至少在最后电解槽中或在后组电解槽中很短的、2.0秒以下的电解持续时间，同样能够提高涂层中的氧化铬份额。此外，通过最后电解槽中或在后组电解槽中的很短的电解持续时间，在优选大于100m/min的高带运行速度的情况下能够在带涂层设施中以连续的过程实施电解涂覆方法。在此适宜的是，在每个电解槽中，金属带与电解溶液电解作用接触的电解持续时间低于2秒，使得金属带能够以均匀的带运行速度被引导经过在带运行方向上依次设置的多个电解槽，这些电解槽优选分别构造相同。在大于100m/min的优选带运行速度的情况下，在每个电解槽中的电解持续时间优选在0.5秒与2.0秒之间，尤其在0.6秒与1.8秒之间。根据所选择的带运行速度，在每个电解槽中的电解持续时间也可以在0.3秒与2.0秒之间，优选在0.5秒与1.4秒之间。根据依次设置的电解槽的数量，金属带与电解溶液电解作用接触的、经过全部电解槽的总电解持续时间(tE)优选处于2秒与16秒之间，尤其在4秒与14秒之间。为了更优的沉积效率，能够有利的是，将第一电解槽中或前组电解槽中的电解溶液的温度选择为大于最后电解槽中的温度。适宜地，在第一电解槽中或前组电解槽中的电解溶液的温度为大于50℃，尤其在53℃与70℃之间，因为在该温度范围内能够观察到更有效的铬沉积，铬尤其呈金属铬形式。在将第一电解槽中或前组电解槽中电解溶液的更高温度设定为大于50℃且同时将最后电解槽中或后组电解槽中电解溶液的温度设定为小于40℃的情况下，能够在金属带的表面上沉积以下涂层，其包括至少一个下层和上层，其中下层在第一电解槽中或前组电解槽中沉积出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造涂覆有涂层(B)的金属带(M)的方法，其中，所述涂层(B)包含铬金属和氧化铬，并且通过作为阴极连接的所述金属带(M)在电解持续时间内与包含三价铬化合物的电解溶液(E)接触，所述涂层从所述电解溶液(E)中以电解方式沉积到所述金属带(M)上，其特征在于，所述金属带(M)以预设的带运行速度(v)沿带运行方向被相继引导经过在带运行方向上依次设置的多个电解槽(1a、1b、1c；1a至1h)，其中，至少在沿带运行方向上观察的最后电解槽(1c；1h)中或者在后组电解槽(1g、1h)中，所述电解溶液(E)关于所述电解槽的体积取平均的温度小于40℃，并且在所述最后电解槽(1c)中或在所述后组电解槽(1g、1h)中，所述金属带(M)与所述电解溶液(E)电解作用接触的所述电解持续时间(t

【技术特征摘要】
20181213 DE 102018132075.21.一种用于制造涂覆有涂层(B)的金属带(M)的方法，其中，所述涂层(B)包含铬金属和氧化铬，并且通过作为阴极连接的所述金属带(M)在电解持续时间内与包含三价铬化合物的电解溶液(E)接触，所述涂层从所述电解溶液(E)中以电解方式沉积到所述金属带(M)上，其特征在于，所述金属带(M)以预设的带运行速度(v)沿带运行方向被相继引导经过在带运行方向上依次设置的多个电解槽(1a、1b、1c；1a至1h)，其中，至少在沿带运行方向上观察的最后电解槽(1c；1h)中或者在后组电解槽(1g、1h)中，所述电解溶液(E)关于所述电解槽的体积取平均的温度小于40℃，并且在所述最后电解槽(1c)中或在所述后组电解槽(1g、1h)中，所述金属带(M)与所述电解溶液(E)电解作用接触的所述电解持续时间(tE)小于2.0秒。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个所述电解槽(1a-1h)中，所述金属带(M)与所述电解溶液(E)电解作用接触的所述电解持续时间(tE)小于2.0秒。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个所述电解槽(1a-1h)中，所述金属带(M)与所述电解溶液(E)电解作用接触的所述电解持续时间(tE)处于0.3秒与2.0秒之间。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属带(M)与所述电解溶液(E)电解作用接触的总电解持续时间(tE)处于2秒与16秒之间。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述最后电解槽(1c)中或在所述后组电解槽(1g、1h)中，所述电解溶液的平均温度处于25℃与38℃之间。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第一电解槽(1a)中或在前组电解槽(1a、1b)中，所述电解溶液的平均温度大于40℃。


7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在全部电解槽(1a-1c；1a-1h)中，所述电解溶液关于相应的所述电解槽的体积取平均的温度处于20℃与小于40℃之间。


8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在全部电解槽(1a-1c；1a-1h)中，所述电解溶液关于相应的所述电解槽的体积取平均的温度处于25℃与38℃之间。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属带至少被引导经过第一电解槽(1a)或前组电解槽(1a、1b)并且经过最后电解槽(1c)或后组电解槽(1g、1h)，其中，在所述第一电解槽(1a)或所述前组电解槽(1a、1b)中的所述电解溶液的平均温度大于在所述最后电解槽(1c)或所述后组电解槽(1g、1h)中的所述电解溶液的平均温度。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属带首先被引导经过第一电解槽(1a)或前组电解槽(1a、1b)，随后经过第二电解槽(1b)或中间组电解槽(1c-1f)，最后经过最后电解槽(1c)或后组电解槽(1g、1h)，其中，在所述第一电解槽(1a)或所述前组电解槽(1a、1b)中的所述电解溶液的平均温度高于在所述最后电解槽(1c)或所述后组电解槽(1g、1h)中的所述电解溶液的平均温度。


11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在沿带运行方向观察的所述第一电解槽(1a)中或所述前组电解槽(1a、1b)中存在低电流密度(j1)，在沿带运行方向观察的随后的第二电解槽(1b)中或在中间组电解槽(1c-1f)中存在中等电流密度(j2)，并且在沿带...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚·马尔曼，克里斯托夫·莫尔斯，赖纳·格尔茨，托马斯·伦茨，
申请(专利权)人：蒂森克虏拉塞斯坦有限公司，蒂森克虏股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE