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我国涂镀技术发展现状及趋势

2018-04-16 10:16:52
作者:本网发布
来源:世界金属导报

国内涂层产品主要是镀锌或者镀锌合金基板涂以底漆,然后进一步涂覆具有不同功能的面漆形成不同用途的涂层板。除了普通的建筑、家电用涂层板外,还有部分功能性涂层板。譬如自洁板、抗静电板、家电环保彩涂板、抗菌板、电磁噪声屏蔽板、热辐射板等。

  1 涂镀产品现状


    1.1 我国涂层产品现状


    国内涂层产品主要是镀锌或者镀锌合金基板涂以底漆,然后进一步涂覆具有不同功能的面漆形成不同用途的涂层板。除了普通的建筑、家电用涂层板外,还有部分功能性涂层板。譬如自洁板、抗静电板、家电环保彩涂板、抗菌板、电磁噪声屏蔽板、热辐射板等。彩涂板类型及用途见图1。


    1.2 我国镀层产品现状


    我国镀层产品经过20多年的发展,形成了比较齐全的产品系列。国内镀锌和锌合金镀层产品包括热镀锌GI、GL、GF、AlSi和电镀锌EG产品,以及代表热镀锌技术水平的热镀锌合金外板、热镀锌先进高强钢产品、汽车家电用自润滑和磷化板等已经形成批量供货能力,热镀锌产品最高抗拉强度已达到1180MPa。但是合金镀层产品比例仍然很低,主要是GI和GA为主。


    我国镀层高强钢产品等级及强度见表1。


    2 涂镀技术现状


    2.1 我国涂层技术现状


    涂镀技术是指采用热涂镀、电镀、有机、无机涂层和多种后处理工艺生产高附加值钢铁产品的生产技术。涂镀技术在节省资源和能源、减少排放和保护环境、促进人类和自然和谐发展等方面起到了重要的作用。目前我国彩涂主要采用辊涂+烘干的形式,主要有三种工艺类型,具体情况见图2和表2。


    2.2 我国镀层技术现状


    1)热镀锌技术现状


    热镀锌工艺技术主要分为:森吉米尔法、改良的森吉米尔法和美钢联法3种。森吉米尔法和改良的森吉米尔法工艺简单,产品成品低,但是由于采用火焰直接加热,虽然能烧掉钢板表面的轧制油,但影响带钢表面质量,也不利于生产薄规格产品。美钢联法在退火炉前设置清洗段,采用电解脱脂,可将钢带表面油污全部除掉,另外该工艺采用全辐射管退火炉,镀锌层表面质量较好。该工艺虽然复杂,热效率低,但是可以生产表面质量更好、厚度更薄的热镀锌钢板。


    目前国内热镀锌技术主要集中在汽车高强钢和合金化镀层技术,如先进高强钢DP和Q&P退火技术、GA合金镀层技术、AlSi热成型钢技术等。


    2)电镀锌技术现状


    目前国内有近20条EGL生产线,其中大部分采用重力法生产工艺,主要技术为Zn-Ni合金电镀、锌基复合电镀、 Zn-Ni合金基复合电镀、 Zn-Fe合金基复合电镀、 Zn-Co合金基复合电镀等。从阳极板的选择来分,又分为可溶性阳极和不溶性阳极。电镀锌工艺类型见表3和图3。


    3)涂镀技术发展趋势


    随着社会的进步和发展以及人们对于环境、资源等可持续发展的要求越来越高,开发新型节能、环保、功能化的高性能涂镀产品已经成为未来钢铁行业发展的趋势。


    3.1 连续涂层技术发展趋势


    1)功能化涂层


    涂层产品通常会根据客户的要求具有特殊的质量、性能,如可成形性、可焊接性、可涂覆性、耐腐蚀性或者装饰性等。这些特殊的性能是通过对镀层钢板再进行有机或者无机的处理后实现或者得以加强的。


    韩国钢铁企业在家电和建筑领域,开发了如黑色树脂涂层、紫外光固化材料(UV)、彩色镀层钢板等各种具有高级功能的涂镀层钢板,正在陆续推向市场,很好地应对了来自铝、镁、塑料、复合材料的竞争。国外许多的公司和研究机构正在致力于扩大涂层板应用领域,如将彩涂板应用到太阳能电池领域。


    2)连续粉末涂层技术


    粉末涂层技术主要是为了去除传统涂料的有机溶剂,降低VOC。粉末涂层工艺分为静电法、云雾室法和电磁刷法,其中电磁刷法还未用于商业生产,见表4。粉末涂层技术生产的产品涂膜厚度、色调、光泽均匀,耐划伤、抗腐蚀、抗粉化、抗褪色性好,涂料中没有溶剂,也没有热固黏结剂,无爆炸及火灾隐患,是环保安全的彩涂工艺。


    3.2 连续热镀锌技术发展趋势


    3.2.1减量化高耐蚀合金镀层


    为了减少锌的消耗,提高产品耐腐蚀性以延长涂镀产品的使用寿命,开发新的锌铝合金镀层已成为新的研究热点。采用其他镀层产品,譬如热镀铝硅产品、热镀锌铝镁合金镀层板是继热镀锌板、热镀铝锌板之后全新的一代锌基合金镀层钢板。国际上热镀Al-Si、Zn-Al-Mg-Si、Zn-Al-Mg-Mn等镀层产品研发与工业应用已取得较大进展。如欧洲、北美热冲压用钢使用迅速增加,热镀Al-Si产品以其较好的热冲压匹配性能已经用于汽车零件热冲压制造,未来这种汽车板在汽车上的应用比例将大幅提高。我国华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司(VAMA)、马钢和唐钢等已生产出热镀铝硅产品。


    锌铝镁钢板在日本和欧洲已经商用多年,这种镀锌板具有较高的耐蚀性能,除了适合建筑装饰用外,在汽车车身构件制造中也能发挥镀层优异的冲压和耐蚀性能,市场应用前景较好。我国锌铝镁产品刚刚起步,仅酒钢和鞍钢新轧-蒂森克虏伯镀锌钢板有限公司等少量企业生产。世界主要钢铁公司开发的锌铝镁产品见表5。锌铝镁产品主要用于家电、建筑以及汽车行业,见图4。


    3.2.2先进高强钢可镀性技术


    先进高强钢镀锌产品中合金元素含量相比普通高强钢高很多,尤其是Mn、Si等。在连续热镀锌生产线再结晶退火过程中,这些合金元素优先发生氧化,锌液与氧化部分的浸润性变差,在镀锌时容易出现漏镀,降低涂层质量。为了解决这一问题,一般采用预氧化、闪镀镍、内部氧化等生产工艺(图5)。


    预氧化:在退火炉的预热段(或加热段)设置预氧化段,让钢板在氧化性气氛中加热,表面形成200-300nm厚的氧化层,抑制易氧化的合金元素过度氧化。然后在还原性气氛中利用氢将氧化物还原,保证带钢表面没有氧化物。


    闪镀镍:在清洗段和退火炉之间设置镀镍段,防止在退火炉中合金元素析出和氧化,提高基体和锌液的浸润性。


    3.2.3镀层精确控制技术


    为了实现镀层精确控制,国内外研究机构在气刀技术上进行了很多实验室尝试并取得了一定的研究成果。在镀锌生产线气刀上方安装电磁稳定系统,除了能有效减少镀层过厚和改善镀层均匀性外,还可以获得更薄的镀层,例如35-40g/m2(单面)的GA镀层,或者更高的生产速度。对于连续热镀锌生产线,通过安装电磁稳定系统,一年可以节省15%的锌。


    另外,为了提高热镀锌机组生产效率,在高速生产时获得更低的镀层重量,国外开发了多缝气刀。这种气刀有一个主喷嘴和两个倾斜的辅助喷嘴,在带钢和气刀间距比较大时,辅助喷嘴可以帮助主喷嘴在带钢上保持稳定的流量。


    3.2.4环保型钝化技术


    为满足环保要求,采用无铬钝化的环保型钝化技术已经越来越多地被国内钢厂所采用。无铬钝化主要包括无机物钝化(采用过渡元素和稀土、硅酸盐等来代替铬酸盐钝化)和有机物钝化(采用腐植酸、单宁酸、环氧树脂、丙烯酸树脂、二氨基三氮杂茂及其衍生物等来代替铬酸盐钝化)。其中有2种目前效果比较好:多种具有优良单一功能的有机/无机复合钝化和有机钝化。


    3.2.5气相沉积技术


    气相沉积工艺相比热镀锌工艺镀层更薄,表面质量更好;相比电镀锌工艺,能耗低,没有废水废气排放。气相沉积技术分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD),见图6。韩国POSCO于2005年已经通过电磁悬浮PVD技术开发出Zn-Mg镀层产品。并于2012建成一条宽度1550mm、采用EML-PVD(电磁悬浮物理气相沉积)工艺的生产线,产品能满足80%以上汽车、家电及建材板需求。


    欧洲安赛乐米塔尔公司在比利时也新建一条新型镀锌生产线,该生产线采用了安赛乐米塔尔经过近八年研发并首次应用于商业化镀锌生产的喷射气相沉积技术(JVD)。


    在不同PVD、CVD工艺的基础上,通过发展和复合很多新的工艺和设备,如IBAD、PCVD与空心阴极多弧复合离子镀膜装置、离子注入与油溅射镀或蒸镀的复合装置、等离子体浸没式离子注入装置等不断将该类技术推向新的高度。


    3.2.6热轧带钢免酸洗镀锌技术


    免酸洗镀锌技术可以避免酸洗所带来的环境污染和成本投入等诸多问题。韩国浦项钢铁公司已开发出无酸洗还原热镀锌技术。这种新型技术要求精确控制热轧后的层流冷却工艺,使带钢的最终室温表面氧化铁皮含有20% 以上的FeO。在退火过程中,还原段中升温至550-700℃,在20%-100% 的H2 条件下还原30-300s,将带钢表面氧化铁皮层部分还原为纯铁层。还原后的带钢浸入Al 含量0.2%-5.0% 的锌锅中,从而得到高表面质量的镀锌产品。


    对于高强钢、合金钢中含有的合金元素,采用免酸洗镀锌技术,在氧化过程中,Al、Si、Mn 会在内层形成内氧化,外层为铁的氧化物,经H2 还原后,钢板表面只有纯Fe,再经过锌锅热涂镀时即可消除热浸镀时常出现的缺陷。


    3.3 连续电镀锌技术趋势


    连续电镀工艺由于污染严重,近年来发展受到限制。将来发展的主要趋势是开发清洁电镀工艺和提高产品耐腐蚀性。具体包括三个方向:


    1)提高作业效率:通过改进电镀液配方,开发新型电镀槽结构和阳极系统来提高电流密度,提高电镀效率。


    2)清洁电镀工艺:开发无毒或者低毒型镀液配方和新的废液处理技术。


    3)合金镀层工艺技术:通过开发合金镀层沉积技术,开发多品种镀层,以增加产品的耐腐蚀性、耐磨性或者其他性能。


    总的来说,我国涂镀技术除了上面所提到的朝着“高强化”、“高耐腐蚀性”等趋势发展外,还会逐步朝绿色智能化方向发展。


    本文摘选自《世界金属导报》2018年第14期B04部分内容,若要详细了解更多相关行业和技术信息,请关注本报纸质报纸每期A版和B版内容,或者登陆本报手机APP客户端,或者本报网站新址:http://www.worldmetals.com.cn/电子报阅读全文。

 

 

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责任编辑:王元

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标签: 涂层, 产品, 镀层, 技术, 趋势

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