热浸镀工艺中锌基金属涂层的表面改性制造技术

本发明专利技术涉及一种热浸镀涂层有锌基金属涂层的带材或板材形式的钢基材，该钢基材具有改性表面，本发明专利技术还涉及一种用于生产具有改性表面的半成品的方法，该方法包括至少一个方法步骤，即借助于使用氧气、空气、氮氢混合气或两种或以上这些气体的混合物作为工艺气体对所述表面区域进行的常压等离子处理，对经涂层、平整、涂油和清洗的金属钢基材的表面进行至少区域性的改性。本发明专利技术还涉及由此生产的半成品和/或扁钢制品、可能情况下还有成型的半成品和/或扁钢制品及其应用。和/或扁钢制品及其应用。和/或扁钢制品及其应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热浸镀工艺中锌基金属涂层的表面改性


[0001]本专利技术涉及一种热浸镀涂层有锌基金属涂层的带材或板材形式的钢基材，该钢基材具有改性表面，本专利技术还涉及一种用于生产具有改性表面的半成品的方法，该方法包括至少一个方法步骤，即借助于使用氧气、空气、氮氢混合气或由两种或以上这些气体组成的混合物作为工艺气体对所述表面区域进行的常压等离子处理，对经涂层、平整、涂油和清洗的金属钢基材的表面进行至少区域性的改性。本专利技术还涉及由此生产的半成品和/或扁钢制品、可能情况下还有成型的半成品和/或扁钢制品及其应用。

技术介绍

[0002]在热浸镀覆层中添加合金元素对近表面层的化学组成有很大影响。近表面层的组成反过来又对后续加工工艺步骤，如预处理、粘接、磷化和/或喷漆产生重大影响。
[0003]当引入新的材料或表面配方时，由于近表面层的组成可能导致其无法被现有的工艺窗口最佳地覆盖，例如在汽车工艺中。这反过来又会对油漆附着或粘合表面的断裂行为等性能产生负面影响，从而导致无法使用新材料/表面，或不得不对现有工艺窗口进行繁琐的调整。
[0004]此外，在锌基覆层的情况下，由于工艺的原因，涂层表面上会形成锌或涂层的其他合金元素的氧化层或氢氧化层。
[0005]现有技术中已知用于对这些近表面层改性的各种方法。由EP 2824 213Al已知一种改善在设置有基于Zn
‑
Al
‑
Mg的保护涂层的钢板上的附着性的方法，其中具有天然Al203和MgO的氧化层通过施加基于氟化钠的水性组合物进行改性，而不将其去除。在US 2015125714 A中，基于Zn
‑
Al
‑
Mg的涂层的氧化镁层或氢氧化镁层通过在外表面上施加酸溶液和/或使用辊轧矫直机、刷洗装置或喷砂装置施加机械力来改性。在湿化学方法中，这些方案在职业安全和环境保护方面的成本相对较高。使用机械方法时，则需要相对复杂的设备。
[0006]理想情况下，材料和表面配方针对典型汽车工艺以及卷材涂层工艺而言必须均集成到标准流程中。
[0007]等离子处理是一种众所周知的解决方案，用于在进一步加工前清洁和活化表面部件。通过等离子处理对金属基材进行清洁、氧化还原和预处理的方法可以商业获得。典型的金属有铝、铝镁合金、不锈钢、铜合金或银合金。然而，位于表面处的氧化层本身不会受到破坏，或者其化学组成也不会发生重大变化。

技术实现思路

[0008]因此，本专利技术的目的在于克服已知方法的上述缺点，并提供一种以现有工艺和工艺窗口实施的对现有方法的替代方法。此外该方法应针对锌基金属涂层进行优化。
[0009]此外，还需要提供一种用于设置有热浸镀锌基金属涂层的钢基材的处理方法的替代方案，其可在单阶段工艺步骤中改变涂层表面，从而确保与未经处理的对照组相比，粘合
剂和/或漆层的附着得到改善。
[0010]另一个目的在于提供相应的热浸镀有锌基金属涂层的基材，与未按本专利技术处理的对照组相比，该基材的粘合和喷漆特性，尤其是附着性得到改善。
[0011]该目的通过具有权利要求1和2的特征的钢基材和具有权利要求6的特征的方法实现。
[0012]因此，本专利技术涉及一种带状或板状的、热浸镀有锌基金属涂层的钢基材，其在位于表面处的原子单层中具有直径为20
‑
300μm的圆形富锌区形式的表面改性。优选地，表面改性，即圆形富锌区的直径至少为20μm、25μm、30μm，优选至少为35μm、40μm，特别优选至少为45μm，尤其是至少为50μm，并且最大直径为300μm、275μm、250μm，优选最大直径为240μm、220μm、200μm，特别优选最大直径为190μm、180μm、170μm、160μm，尤其是最大直径为150μm、140μm、130μm或120μm。
[0013]为了表征表面的，尤其是表面上存在的原子单层，可以使用所谓的ToF
‑
SIMS(飞行时间二次离子质谱法)。在此过程中，锌的浓度，可能还有涂层中的其他合金元素，如镁和/或铝的浓度，都会通过各自的信号强度反映出来，并通过ToF
‑
SIMS进行测定和相对分析。
[0014]通过ToF
‑
SIMS测定特定相对浓度，其中在代表性的测量面(5x5mm2)内网格式检测ZM表面。在网格的每个位置记录正极性光谱，并记录涂层主要成分，如Zn，以及可能情况下还有Mg和Al的原始信号。元素X，在当前情况下指代元素镁、锌和铝，的相对浓度由商数[X原始信号积分/(Zn原始信号积分+Mg原始信号积分+Al原始信号积分)]得出。
[0015]其中，在此定义中，“原始信号”指的是峰面积，“原始信号积分”指的是所有网格位置上的分配给相应的元素的积分强度。
[0016]根据本专利技术，ToF
‑
SIMS测量是通过ION
‑
TOF GmbH公司的TOF.SIMS 5仪器进行的。
[0017]根据本专利技术，锌、铝和镁等涂层合金元素的相对浓度的确定是通过确定这些元素的绝对浓度并随后归一化为100％来进行的；在此过程中，将确定的合金元素浓度总和设为100，并将各元素在这100％中所占的比例，即基于100％评估或加权为相对浓度。因此，元素(如Al、Mg、Zn)的相对浓度基于所有特定元素浓度的总和，这个总和代表100％。
[0018]由于合金元素，如Al、Mg和Zn的绝对浓度会因涂层的不同而变化，因此根据本专利技术，一般情况下使用的方法的数据是以相对浓度和百分点来表示的，以便精确定义变化。
[0019]在这种情况下，合金元素，例如并且尤其是锌、镁和铝，无论以何种形式存在，在本专利技术的意义上都被探测出；因此，这些元素是作为中性原子还是作为离子，是在例如合金或金属间相之类的化合物中还是在例如络合物、氧化物、盐、氢氧化物之类的化合物中存在，都无关紧要。因此，在本专利技术的意义中，术语“锌”、“铝”和“镁”不仅包括纯态元素，还包括氧化物和/或氢氧化物或含有这些元素的任何形式的化合物。这同样适用于涂层合金中的其他元素。
[0020]通过ToF
‑
SIMS方法的相应成像，可以表征基材表面上富锌区。所研究的不同元素(例如Zn、Mg和/或Al)的信号强度图像被叠加在一起。根据本专利技术的基材上具有圆形，优先是基本正圆形的区域，其中锌在该区域内的相对浓度超过7％，优选10％、12％、15％、20％，特别优选25％、40％、60％，尤其是70％、90％或更高。
[0021]本专利技术的另一个主题是带状或板状的、热浸镀有锌基金属涂层的钢基材，其在表面形貌中具有通过扫描电镜(REM)成像测定直径为0.2
‑
30μm的凹坑形式的表面改性。凹坑
的直径是通过扫描电镜(REM)图像光学确定的，因为它们无法被宏观检测到。该直径至少为0.2μm、0.25μm、0.5μm，优选至少为0.75μm，特别优选至少为1μm，尤其至少为2μm，最大为30μ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.带状或板状的、热浸镀有锌基金属涂层的钢基材，所述钢基材在位于表面处的原子单层中具有直径为20
‑
300μm的圆形富锌区形式的表面改性。2.带状或板状的、热浸镀有锌基金属涂层的钢基材，所述钢基材在表面形貌中具有通过REM成像测定直径为0.2
‑
30μm的凹坑形式的表面改性。3.根据前述权利要求中任一项所述的基材，每mm2至少有10处表面改性。4.根据前述权利要求中任一项所述的基材，其特征在于，所述基材至少区域性地具有通过等离子体处理而改性的表面。5.根据权利要求4所述的基材，其特征在于，通过ToF
‑
SIMS测定，位于表面处的原子单层中锌信号的相对面积分数在改性区域中至少为15％。6.用于生产具有改性表面的半成品的方法，包括以下方法步骤：I.提供带状或板状的钢基材，II.通过热浸镀层在两面至少区域性地施加锌基金属涂层，III.平整来自步骤II.的经金属涂层的基材，M.通过在步骤II和/或III之后使用空气、氧气、氮氢混合气或由2种或以上这些气体组成的混合物作为工艺气体，对所述表面区域进行常压等离子处理，对来自步骤II或III的所述基材的表面进行至少区域性的改性，如有必要，IV.对来自步骤III.的经过等离子体改性、平整和金属涂层的基材的优选平整区域进行涂油。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤IV.涂油之后包括清洁步骤V.。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤V.中清洁表面后，进行进一步的表面处理步骤VI.。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，作为进一步的表面处理步骤VI
‑
i进行卷材涂层工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比安，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：