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，其中在沿带运行方向观察的第一电解槽中或前组电解槽中存在低电流密度(j

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
本专利技术涉及一种用于制造涂覆有涂层的金属带的方法。
技术介绍
为了制造包装材料，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。尽管由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材料的成型方法中，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施加到带状钢板上。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WO2015/177314A1公开了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系，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，基本上将金属铬以上至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，将区域(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(未涂覆钢板)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。为了确保在涂层中氧化铬的这种最小涂覆量，适宜的是，在电解工艺中施加高电流密度，因而能够在如下区域(区段III)中工作，在该区域中将具有较高氧化铬含量的涂层沉积在钢基底上。因此，为了获得具有高氧化铬含量的涂层，必须使用高电流密度。然而，在电解槽中实现高电流密度却需要可观的用于阳极加载高电流的能量耗费。
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、尽可能高效且节能的方法。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电解沉积到金属带、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，其中在沿带运行方向上观察的第一电解槽中或前组电解槽中存在低电流密度j1，在沿带运行方向上随后的第二电解槽中或中间组电解槽中存在中等电流密度j2，并且在沿带运行方向上观察的最后电解槽或后组电解槽中存在高电流密度j3，其中j1≤j2<j3，并且低电流密度j1大于20A/dm2。在此，如下选择低电流密度j1>20A/dm2，即在第一电解槽中或前组电解槽中已经在金属带上沉积包含铬和/或氧化铬的涂层。借助所选择的20A/dm2的电流密度下限值，即使在低带运行速度(例如v＝100m/min)的情况下已经能够沉积包含铬和/或氧化铬的涂层。为了实现高产率，v≥100m/min的带运行速度是优选的。通过划分沿带运行方向依次设置的各电解槽以及通过在各个电解槽中设定不同的沿带运行方向提高的电流密度，能够一方面保持100m/min或者更高的高带运行速度，另一方面在金属带的至少一个侧面上沉积有涂层的足够高的涂覆重量，其中涂层具有至少5mg/m2、优选大于7mg/m2对于充足耐腐蚀性来说所需的氧化铬份额。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)及它们的混合物。通过在第一电解槽中或前组电解槽中以及在第二电解槽中或中间组电解槽中使用与沿带运行方向观察的最后电解槽或后组电解槽中相比更低的电流密度j1或j2，能够节约能量，因为在第一电解槽中或前组电解槽中以及在第二电解槽中或中间组电解槽中需要更小的用于加载阳极的电流密度。因此，在涂层中产生氧化铬足够大的涂覆重量，因为即使在第一和第二电解槽中或者在前组和中间组电解槽中设定较低电流密度j1和j2的情况下，也已经在金属基底上沉积一定份额的氧化铬。在沿带运行方向观察的最后电解槽中或后组电解槽中沉积更大的氧化铬份额，因为在最后电解槽中或后组电解槽中设定了高电流密度j3，其中氧化铬占涂层的总涂覆量的份额更高。因为在第一电解槽中或前组电解槽中以及在第二电解槽中或中间组电解槽中已经将所沉积涂层的总涂覆量大约9％至25％的一定重量份额分摊到氧化铬上，所以在第一电解槽中或前组电解槽中以及在第二电解槽中或中间组电解槽中已经在金属带表面上形成氧化铬晶体。该氧化铬晶体在最后电解槽中和/或在后组电解槽中起到用于生长其他氧化物晶体的晶核的作用，所以由此在最后电解槽中或后组电解槽中氧化铬的沉积效率或氧化铬占涂层的总涂覆量的份额增加。因此，在节能地应用第一和第二电解槽中或前组和中间组电解槽中较低电流密度j1和j2的情况下，能够在金属带表面上产生优选大于5mg/m2的氧化铬的足够高的涂覆量。由于涂层中更高的氧份额，在第一电解槽中或前组电解槽中以及在第二电解槽中或中间组电解槽中产生的氧化铬份额形成与以更高电流密度实现的电解沉积(进而更低的氧份额)相比更紧密的涂层，其改进了耐腐蚀性。使用至少三个依次设置的电解槽，使得能够在电流密度尽可能低的情况下维持高带运行速度，由此提高本方法的效率。已证明，为了维持至少100m/m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)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至1h)，其中，在沿带运行方向上观察的第一电解槽(1a)中或前组电解槽(1a、1b)中存在低电流密度(j

【技术特征摘要】
20181213 DE 102018132074.41.一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)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至1h)，其中，在沿带运行方向上观察的第一电解槽(1a)中或前组电解槽(1a、1b)中存在低电流密度(j1)，在沿带运行方向的随后的第二电解槽(1c)中或中间组电解槽(1c-1f)中存在中等电流密度(j2)，并且在沿带运行方向上观察的最后电解槽(1h)或后组电解槽(1g、1h)中存在高电流密度(j3)，其中j1≤j2<j3，并且所述低电流密度(j1)大于20A/dm2。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解槽(1a-1h)中的电流密度(j1、j2、j3)分别匹配于所述带运行速度(v)，其中尤其且至少基本上在所述带运行速度(v)与相应的所述电流密度(j1、j2、j3)之间存在线性关系。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在每个所述电解槽(1a-1h)中设置具有两个相对置的阳极的至少一个阳极对(AP)，其中所述金属带在所述阳极对(AP)的相对置的所述阳极之间穿行。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在沿带运行方向上观察的最后电解槽(1c；1h)中设置至少一个阳极对(APc)，该阳极对与之前的电解槽(1a、1b或1a至1g)中的阳极对(AP)相比具有沿带运行方向的更小延展。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在每个所述电解槽(1a-1c；1a-1h)中，所述金属带(M)与所述电解溶液(E)电解作用接触的电解持续时间(tE)小于2.0秒，尤其在0.5秒与1.9秒之间，并且优选小于1.0秒，尤其在0.6秒与0.9秒之间。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，经过全部电解槽(1a-1c；1a-1h)、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)小于16秒，且尤其在4秒与16秒之间，并且优选小于8秒，尤其在5秒与7秒之间。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电解槽(1a-1c；1a至1h)填充有所述电解溶液(E)，其中，在全部电解槽(1a至1h)中，所述电解溶液(E)的温度和/或组分至少基本相同，其中，在全部电解槽(1a-1c；1a至1h)中，所述电解溶液的平均温度小于40℃。


8.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；1h)中或所述后组电解槽(1g、1h)中，所述电解溶液的平均温度在20℃与40℃之间，优选在25℃与37℃之间，尤其为35℃。


9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述最后电解槽(1c；1h)中，所述电解溶液的温度低于40℃，尤其在25℃与38℃之间，并且在所述最后电解槽(1h)之前的电解槽(1a、1b；1a至1...

【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，
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