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表麵處理鋼板的開發和發展趨勢
時間(jiān):2016-11-02 來源:www.190642.com

表麵處理鋼板的開(kāi)發狀況和發展方向

(1)表(biǎo)麵處理鋼板應用領域(yù)的擴展和性能

表麵處理(lǐ)鋼板大部(bù)分是鍍Zn鋼板。2008年,日本鍍Zn鋼板產量是1500t,其中77%是熱鍍Zn鋼板。鍍Zn鋼板用於(yú)汽車、建築、電器和其他方麵,其中有(yǒu)一半用於汽車。

80年代(dài)起55%Al-Zn熱鍍鋼板(bǎn)在日本得到廣泛應用。在海鹽影響很(hěn)大的(de)海岸地帶,鍍Al鋼板發生(shēng)孔(kǒng)蝕,耐(nài)蝕性下降(jiàng)。長期暴(bào)露腐蝕的結果(guǒ)表(biǎo)明(míng),鍍(dù)Zn鋼板由於Zn的消耗而產生紅繡,而5%Al55%Al-Zn鍍層(céng)鋼板保(bǎo)持了(le)耐蝕(shí)性和替代腐蝕保護(hù)功能(néng)。55%Al-Zn鍍層的金屬組(zǔ)織是(shì)在一次(cì)結晶的富Al相晶粒之間存在著含b-Zn的(de)富Zn相。Townsend指出,在暴露腐蝕初期,富Zn相首先溶解表現出替(tì)代腐蝕保護作用;在暴露腐蝕後期,富Al相(xiàng)起到耐蝕作用。這種(zhǒng)防腐蝕機製也體現在鍍Zn鋼(gāng)板和55%Al-Zn鍍(dù)層鋼板的端麵腐蝕中。研究資料指出,在長期暴露實(shí)驗中(zhōng),在暴露初期55%Al-Zn鍍(dù)層鋼板由試樣端麵(miàn)開始發生的鍍層膨脹(線狀腐蝕)的腐蝕速(sù)度較大,在暴露後期,鍍Zn鋼(gāng)板的鍍層膨脹腐蝕速度較大。在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板的富Zn相在塗層和鍍層的界麵上溶解,所以(yǐ),腐蝕從試樣端麵(miàn)迅速(sù)向內部進行(háng),當腐蝕進行到(dào)一定距離時,與陰(yīn)極距離(lí)增大,腐(fǔ)蝕速度就減(jiǎn)小了。鍍Zn鋼板在(zài)腐蝕發生後由於沒有富Al相,所(suǒ)以陰極麵積增加,腐蝕一直進行下去。

為提高(gāo)5%Al-Zn鍍層鋼板的耐蝕性,開發出添加3%Mg6%11%Al-3%Mg-Zn合金鍍層係列鋼板。在6%Al-Zn中添加Mg延長了紅鏽產生的時間,Mg提高耐蝕性的效果(guǒ)在大氣暴(bào)露試樣中也得到證實。在濱海(hǎi)地區(qū)該鍍層係列(liè)鋼(gāng)板暴露實(shí)驗生成的(de)腐蝕產物中,都沒有發現ZnO。暴露腐蝕生(shēng)成並積累的腐蝕產物大大抑(yì)製了陰極反應。而鍍Zn鋼板腐蝕產物中的ZnO具有半導體的性質,不能抑製氧化還原的陰極反應。在3%Mg鍍層鋼板腐蝕產物中沒有檢測出ZnO,這與上(shàng)述實驗結果一致。

從上世紀80年代開始,在鉻酸鹽皮膜上塗敷約1靘有機膜的耐指紋鋼板和潤(rùn)滑鋼板、塗敷約20靘有機膜(mó)的鋼板,省去塗敷工序的預塗層鋼(gāng)板實現(xiàn)了商品化,並(bìng)得到廣(guǎng)泛應用。之後,在電氣電子設備中禁(jìn)止使用PCr6+Cd6+RoHS(對某些有害物(wù)質(zhì)限製使用的規定(dìng))法令於2006年開始生效,推(tuī)進了無Cr化處理(lǐ)工藝的進程。預塗層鋼板的性(xìng)能特點是耐蝕性、高(gāo)加工性、抗表麵瑕(xiá)疵性(xìng)、抗汙染性、抗菌性、吸熱性、散熱性等等,這(zhè)些特性主要(yào)是由塗敷皮膜的特性(xìng)來決定。

(2)Cr化處理工藝

近年來,保(bǎo)護地球(qiú)環境、防止汙染、構築循環型社(shè)會的理念越來越強化,對(duì)材料提出(chū)降低環境負荷的要求也越來越高(gāo)。在歐洲,針對電氣電子設備(bèi)的RoHS法令以歐盟法律的形(xíng)式將PHgCr6+和(hé)Cd6+以及兩種有(yǒu)機物(wù)的最大允許值規定為1000ppm,凡是超過該值的產品禁止在歐盟區域銷售。關於汽(qì)車報廢的ELV法令,則(zé)禁止使用PHgCr6+Cd6+

日本根(gēn)據(jù)鉻(gè)酸鹽處理工藝會產生有(yǒu)害的Cr6+情況,從上世紀70年代起(qǐ)開始探索替代鉻(gè)酸鹽處理的技術(shù),由於沒有找到有效的方法,鉻酸(suān)鹽處理工藝仍在繼續(xù)使用。但是,在上述法(fǎ)令公布之後加快了對應措施的(de)研究,在法令生效之日,日本的無Cr化處(chù)理技術已(yǐ)經完全(quán)開(kāi)發成功。

Cr化處理(lǐ)工藝應仍能保持鉻酸鹽處理皮膜所具有的阻隔功能和自修複功能。無Cr化處理的機理是(shì)用不到幾微(wēi)米的有機(jī)樹脂(zhī)膜來保證阻隔功能(néng),用阻化劑來保證耐蝕性,添加矽烷類耦合劑改善有機樹(shù)脂膜與金屬氧化層和塗層的(de)密(mì)著性。高功能無Cr有機複合塗層鋼(gāng)板的耐蝕性基本上可與鉻酸鹽處理鋼板相媲美。

目前,日本(běn)鋼鐵廠的化成(chéng)處理基本上實現了無Cr化。今後應進一(yī)步開(kāi)發出自(zì)修複性和耐蝕性更好的皮(pí)膜(mó)。荒(huāng)木提出的(de)用矽烷類化合物對烷烴硫醇自(zì)己組織化單分子膜進行化學改性,形成二元聚合體的方法,可以用(yòng)幾納米厚的薄膜(mó)獲(huò)得高耐蝕性,是值(zhí)得關注的方法。

(3)表麵處理鋼(gāng)板與汽車

從上世紀(jì)70年代開始(shǐ),就將汽車用表麵處理鋼板的(de)目標(biāo)定為(wéi)車身防蝕。此(cǐ)後隨(suí)著目標值(zhí)的逐級提高,開發出電鍍(dù)Zn鋼板、Zn合金(jīn)鍍層鋼板、合金化熱鍍Zn鋼板、有機薄膜塗敷鍍Zn鋼板等等,用於汽車表(biǎo)麵處理鋼板的比例不斷增加。最(zuì)近,為降低燃料消耗、CO2減排和達到ELV法(fǎ)令要求(qiú)的減少環境負荷、提(tí)高安全性的要求,以車身輕量化、無Cr化處理、提高衝撞安全性為目標,進行汽(qì)車表麵(miàn)處理鋼板(bǎn)的開發工作。

從上世紀70年代到80年代(dài),在電(diàn)鍍Zn鋼板方麵,電鍍Fe-Zn合金鋼板和(hé)兩層電鍍鋼板因良好的耐蝕性以及電鍍時的抗電弧坑特性而得(dé)到(dào)廣泛應用(yòng),同時,電(diàn)鍍Ni-Zn鋼板、鍍Ni-Zn層上塗敷鉻酸鹽皮膜和約1靘含SiO2有機皮膜的有(yǒu)機(jī)複合塗層鋼板也被采用。由於鉻酸鹽皮膜的鈍化作用和有(yǒu)機皮膜的阻隔功(gōng)能以及SiO2的防鏽作用,使塗敷鉻酸鹽皮(pí)膜-含SiO2有機皮膜的複合塗層鋼板具有極(jí)好的耐蝕性。但是80年代,美國汽車業(yè)公布了汽車的耐蝕標準(10年無孔蝕(shí)、5年外(wài)表無鏽、2年(nián)發動(dòng)機倉無鏽);隨後(hòu)歐洲(zhōu)提出(chū)了保證汽車12年防(fáng)鏽的標準。為適應這些標準,日本轉向采用合金(jīn)化熱鍍Zn鋼(gāng)板,並通過增加鍍層厚度來確保良好的耐(nài)蝕性。增加鍍層厚度是提高(gāo)耐蝕性的簡單而有效的方法。目前合金化熱鍍Zn鋼板已(yǐ)成為日本表麵處理(lǐ)鋼板的主流,歐洲則主要采用電鍍Zn和(hé)非合(hé)金化熱鍍Zn鋼板(bǎn),鍍層厚度大(dà)於日本的合金化(huà)熱鍍Zn鋼板。

(4)汽車(chē)用高強度表麵處理鋼板

一般來說,鋼的屈服強度增加,伸長率降(jiàng)低。但鐵(tiě)素體和馬氏體雙相鋼(DP鋼)和由於殘餘奧氏(shì)體加工誘發馬氏體相(xiàng)變發生硬化而使變形量增加的(de)TRIP鋼(相(xiàng)變誘導塑性鋼),比傳統高強度(dù)鋼具有更大的延性。此外,還(hái)開發出在200℃左右(yòu)塗漆烘烤(kǎo)加熱時硬度增加的烘烤硬化鋼(BH鋼)和添加TiNb的超(chāo)低碳BH鋼。

在對高(gāo)強度鋼進行(háng)熱鍍Zn或合金化熱鍍Zn時,由於鋼中的MnSi等強(qiáng)化元素和(hé)氧的親和力較大,在鍍Zn前的連續退火過程中優先被氧(yǎng)化,在鋼板表麵生成(chéng)SiO2Mn2SiO4等氧化物(wù)。這些氧化物降低了(le)Zn液與鋼的浸潤性,是鍍Zn鋼板(bǎn)產生“露鋼”缺陷的一個原因。

(5)表麵處理鋼板的發展方向

由於(yú)Zn的良好耐蝕性以及(jí)對基板的替代腐蝕保護(hù)功能,用ZnZn合金進行表麵處理的鋼板(bǎn)得到廣泛的應用。可以認為很難用(yòng)簡單方(fāng)法來取(qǔ)代Zn的這些優良(liáng)特性(xìng)。但(dàn)是,在Zn的替代腐(fǔ)蝕保護功能方麵(miàn),由於對Zn陽極反應(yīng)的非極化特性(陽極過電壓很難增加),替代腐(fǔ)蝕電位(wèi)很低,基(jī)本上是-1.0V,所以,在替代腐蝕反應過(guò)程中氫會滲入鋼材,使(shǐ)鋼材發生脆化。研究表明,用Al-Mg-Si合金替代Zn進行鋼板熱鍍(dù),可(kě)以抑製替代腐蝕電位的(de)降低和氫滲入鋼中。因此這是一個通過選擇適(shì)當的合金組合減小氫脆的表麵處理方法。

總之,由於Zn的物理、力學以及化學特性,很難改變Zn在鋼板表麵處理中的優勢地位。因此,重要的不是單純地(dì)用其他金屬或合金替代Zn,而是通過(guò)鋼的熱處理、加工、化成處理、塗裝(zhuāng)等工藝(yì)的適當組合(hé),開發出適用於不同用途和不同特(tè)性要求(qiú)的表麵處理工藝。

 

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