金屬的表面處理技術(shù)課件

金屬的表面處理技術(shù)

材化092吳云娜論文摘要近年來，金屬表面處理技術(shù)獲得了迅速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。隨著金屬加工業(yè)、鐵路制造業(yè)、汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)各種金屬制品及鐵路、汽車零部件產(chǎn)品的質(zhì)量有了更高要求，通過長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，一些簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)易的前處理方式，已經(jīng)不能滿足金屬加工及涂裝的基本要求。只有采用標(biāo)準(zhǔn)的前處理生產(chǎn)工藝，才能使鋼鐵表面形成一層標(biāo)準(zhǔn)的磷酸鹽膜和防護(hù)膜，以滿足金屬加工和涂裝處理的質(zhì)量要求。因此，選用低成本、低能耗、高品質(zhì)的金屬前處理產(chǎn)品，是企業(yè)保證涂裝質(zhì)量和防護(hù)質(zhì)量穩(wěn)定與否的重要因素。另外，我國對(duì)彩涂板的研究和生產(chǎn)起步較晚,20世紀(jì)90年代末才興起彩涂板的消費(fèi)和生產(chǎn)熱潮,而且在新增產(chǎn)能中,許多品種和質(zhì)量滿足不了家電、汽車等行業(yè)的需求,建筑領(lǐng)域需求的以鍍鋁鋅板、鍍鋅鋁合金鋼板等為基板的彩涂板產(chǎn)量也比較少。因此與世界水平相比,我國彩涂板在應(yīng)用范圍、產(chǎn)品質(zhì)量和新技術(shù)開發(fā)等方面仍有較大差距。本文介紹了我國彩涂板市場(chǎng)發(fā)展的概況,并從產(chǎn)能、產(chǎn)品規(guī)格、品種涂料、市場(chǎng)策略等方面對(duì)國內(nèi)外主要彩涂板生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了對(duì)比分析,展望了當(dāng)前國外彩涂板生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。1.彩涂板的發(fā)展歷史

1935年，美國建成世界上第一條生產(chǎn)線，從而用彩板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的建筑材料。1967年日本有了第一條彩涂生產(chǎn)線。1985年5月冶金工業(yè)部科技辦、化學(xué)工業(yè)部科技局和輕工業(yè)部科技公司聯(lián)合在北京召開“涂層鋼板科研工作座談會(huì)”，研討彩涂工業(yè)。到1987年武鋼鋼鐵公司引進(jìn)我國第一條彩圖生產(chǎn)線（年產(chǎn)6.4萬噸）。1988年，北京建翔彩板廠引進(jìn)日本彩涂生產(chǎn)線（年產(chǎn)3萬噸）。緊接著上海寶鋼公司、西南鋁相繼引進(jìn)生產(chǎn)線，形成我國第一次彩涂工業(yè)的發(fā)展高潮。2002年后，隨著彩板需求的增加我國出現(xiàn)第二次彩涂工業(yè)的發(fā)展高潮，這次主要是以私營企業(yè)為主。從而彩涂的產(chǎn)能的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彩涂需求的增長(zhǎng)。從而使彩涂生產(chǎn)廠家進(jìn)入了非常危險(xiǎn)的時(shí)期（優(yōu)勝劣汰的時(shí)期）。2.前處理工藝

表面處理技術(shù)及工程中，前處理占有極為重要的地位，他不僅作為表面處理前的一種"預(yù)處理工序"不可或缺，而且與后續(xù)表面處理的成敗密切相關(guān)。除油、除銹、磷化、防銹等基體前處理是為金屬涂層技術(shù)、金屬防護(hù)技術(shù)做準(zhǔn)備的，基體前處理質(zhì)量對(duì)此后涂層制備和金屬的使用有很大的影響。例如，對(duì)有磷化和無磷化處理的同一涂層進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，其結(jié)果是防腐蝕能力相差大約一倍。可見除油、除銹、防銹、磷化等前處理對(duì)涂層的防銹能力和金屬的防護(hù)能力起著至關(guān)重要的作用?；w前處理的目的：一是增加涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度既加大附著力，二是增加涂層的功能如防腐蝕、防磨損及潤滑等特殊功能。鋼鐵表面前處理工藝的必然：鋼鐵表面在軋制或應(yīng)用過程中，其表面有不同程度的油脂、氧化皮或鐵銹等雜質(zhì)的存在，在進(jìn)行加工和涂裝處理前，需對(duì)其進(jìn)行清除處理，然后才能作為商品進(jìn)行銷售。如果不這樣做就會(huì)嚴(yán)重地影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和使用壽命，失去產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。如果鋼鐵表面未經(jīng)處理就進(jìn)行涂裝，其涂層內(nèi)的氧化皮、鐵銹或油脂被涂層所掩蓋，不久就會(huì)出現(xiàn)涂層脫落等現(xiàn)象，使所銷售的產(chǎn)品呈現(xiàn)出銹跡斑斑的外觀，失去了產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，因此鋼鐵表面進(jìn)行前處理的必然性已引起廣大企業(yè)的極大重視。2.1鋼鐵表面的除油處理

我們了解到常用的除油方法有：溶劑除油、電化學(xué)除油、化學(xué)除油及表面活性劑除油和手工除油及機(jī)械除油等。不同的除油方法具有不同的除油特點(diǎn)。溶劑除油是利用有機(jī)溶劑與油污結(jié)構(gòu)上的相似性，使油污溶解于有機(jī)溶劑中，達(dá)到除油的目的；電化學(xué)除油一般是以稀堿液為電解液，以工件為電極，進(jìn)行電解處理，利用電解時(shí)在電極表面析出的氣體，將油污強(qiáng)行從工件表面脫離；化學(xué)除油是利用堿與油污發(fā)生皂化反應(yīng)進(jìn)行除油；表面活性劑除油是利用其乳化、增溶、潤濕、分散等作用達(dá)到除油的目的。機(jī)械和手工除油是不言而喻的。在現(xiàn)代除油技術(shù)中，往往是采用幾種物質(zhì)的協(xié)同作用，來達(dá)到最佳的除油效果。適用于鋼鐵制品在電鍍、發(fā)黑、磷化前及金屬加工過程中的除油清洗處理。2.3鋼鐵表面的磷化處理

2.3.1磷化概述

磷化是常用的前處理技術(shù)，原理上應(yīng)屬于化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理。工程上應(yīng)用主要是鋼鐵件表面磷化，但有色金屬如鋁、鋅件也可應(yīng)用磷化。2.3.2磷化原理

工件（鋼鐵或鋁、鋅件）浸入磷化液（某些酸式磷酸鹽為主的溶液），在表面沉積形成不溶于水的結(jié)晶型磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的過程，稱之為磷化。把金屬放入含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜的方法，叫做金屬的磷酸鹽處理。磷化膜層為微孔結(jié)構(gòu)，與基體結(jié)合牢固，具有良好的吸附性、潤滑性、耐蝕性、不粘附熔融金屬（Sn、Al、Zn）性及較高的電絕緣性等。2.3.3磷化分類按處理溫度分：高溫型（75-100℃，能耗大，磷化物沉積多，形成的磷化膜厚度達(dá)10-30g/㎡）、中溫型（50-75℃，處理時(shí)間5-15min，磷化膜厚度達(dá)1-8g/㎡）、低溫型（30-50℃）和常溫型（10-30℃，節(jié)省能源，使用方便，除加氧化劑外還加促進(jìn)劑，能耗小，但溶液配制較復(fù)雜，膜厚度達(dá)0.2-7g/㎡）。

按磷化液成分分：鋅系磷化、鋅鈣系磷化、鋅錳系磷化、鐵系磷化、錳系磷化和復(fù)合磷化等。

按磷化處理方法分：化學(xué)磷化、電化學(xué)磷化。

按磷化膜質(zhì)量分：重量級(jí)（膜重7.5g/㎡以上）、次重量級(jí)（膜重4.6-7.5g/㎡）、輕量級(jí)（膜重1.1-4.5g/㎡）和次輕量級(jí)（膜重0.2-1g/㎡）。

按施工方法分：浸漬磷化、噴淋磷化和刷涂磷化。2.3.4磷化作用及用途

涂裝前磷化的作用：增強(qiáng)涂裝膜層（如涂料涂層）與工件間結(jié)合力；提高涂裝后工件表面涂層的耐蝕性；提高裝飾性。

非涂裝磷化的作用：提高工件的耐磨性，令工件在機(jī)加工過程中具有潤滑性；經(jīng)適當(dāng)?shù)暮筇幚?，可提高工件的耐磨性?/p>

磷化用途：磷化膜主要用作涂料的底層、金屬冷加工時(shí)的潤滑層、金屬表面保護(hù)層以及用作電機(jī)硅鋼片的絕緣處理、壓鑄模具的防粘處理等。被廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、航空航天、機(jī)械制造及家電等工業(yè)生產(chǎn)中。2.5鋼鐵表面的防銹處理2.5.1三種防銹處理方法

鋼鐵的防銹處理通常分為工序間防銹、工藝性防銹及最終防銹三種方法。1）工序間防銹處理一般采用水基型防銹，脫水防銹等防銹方式，防銹時(shí)間短，能滿足工序間的防銹要求；2）工藝性防銹處理有鈍化防銹、磷化防銹、脫水防銹油等，是因工藝要求的不同而不同；3）最終防銹處理是以油性防銹為主。因?yàn)榉冷P油脂不易揮發(fā)，所以它的防銹時(shí)間較長(zhǎng)。3.彩涂板的工藝流程

3.1工藝流程圖鋼卷座備料→運(yùn)卷車上卷→鋼卷測(cè)寬、測(cè)徑→開卷機(jī)開卷→雙切剪切頭尾→縫合機(jī)縫合→壓縫合縫毛刺→№1張力輥→№1糾偏輥→入口活套→№2糾偏輥→№2張力輥→№1JPD→堿洗→涮洗→1＃漂洗→2＃漂洗→表調(diào)→3＃漂洗→4＃漂洗→№2JPD→熱風(fēng)干燥→化學(xué)涂層處理→化涂爐干燥→水冷輥冷卻→№3張力輥→№3糾偏輥→初涂→初涂爐固化→爐后水冷→熱風(fēng)干燥→水冷后糾偏輥→№4張力輥→№3JPD→№4糾偏輥→備用精涂機(jī)→精涂→精涂爐固化→爐后水冷→熱風(fēng)干燥→水冷后糾偏輥→№5張力輥→出口活套→№5糾偏輥→№6張力輥→№4JPD→檢查臺(tái)檢驗(yàn)→貼保護(hù)膜→剪切分卷取樣→卷取→打捆→稱重→包裝→入庫3.2工藝流程簡(jiǎn)述

入口操作工接班時(shí)將鍍鋅跨的鋼卷上至鋼卷座上，之后由運(yùn)卷小車將六個(gè)鋼卷座儲(chǔ)滿鋼卷。鋼卷小車將№3鋼卷座上的鋼卷托起向開卷機(jī)運(yùn)送，途中執(zhí)行自動(dòng)的測(cè)徑測(cè)寬流程之后將鋼卷上至開卷機(jī)上。開卷機(jī)在人工控制和人工輔助下進(jìn)行開卷，帶頭在夾送輥的配合下切掉頭部缺陷部分待縫合。上一卷帶鋼在生產(chǎn)即將完畢時(shí)自動(dòng)減速，切掉尾部有缺陷的部分，在人工輔助下將帶頭和帶尾縫合在一起，壓毛刺輥將縫合接頭處壓平。帶鋼經(jīng)清洗段的堿洗槽、刷洗槽、1＃2＃熱水漂洗槽、表調(diào)槽、3＃4＃熱水漂洗槽處理，清洗掉帶鋼表面的油污、雜物、鋅粒等物質(zhì)，并且經(jīng)表調(diào)處理后增強(qiáng)了基板的耐腐蝕性和漆料的附著力。4.彩涂板的主要應(yīng)用范圍

彩涂板在國內(nèi)的主要消費(fèi)領(lǐng)域仍為建筑業(yè)，其消費(fèi)量占總數(shù)的85％～90％。從建筑市場(chǎng)來看，我國建筑用鋼板一直處于平穩(wěn)上升態(tài)勢(shì)，而彩涂板用量占建筑用鋼板的比例也在逐年上升。隨著人們認(rèn)識(shí)水平的提高，彩涂板得到愈來愈多的用戶認(rèn)可，如1995年我國建筑用彩涂板實(shí)際消費(fèi)僅15萬t左右，但到2000年其用量超過75萬t。建筑用彩涂板主要消費(fèi)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的工業(yè)建筑和城市標(biāo)志性建筑，民用建筑雖尚未出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性啟動(dòng)，但已出現(xiàn)啟動(dòng)消費(fèi)的傾向。隨著我國正在進(jìn)行的西部大開發(fā)以及國家加大城鎮(zhèn)化建設(shè)的步伐，預(yù)計(jì)我國建筑業(yè)在未來20年將會(huì)出現(xiàn)快速發(fā)展時(shí)期，其主要發(fā)展方向?yàn)樽≌摻Y(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)等。據(jù)預(yù)測(cè)在今后10年內(nèi)我國建筑用彩板的需求量增長(zhǎng)將達(dá)到15％以上。4.2彩涂板在我國家電業(yè)的應(yīng)用

家電用彩涂板在發(fā)達(dá)國家里已相當(dāng)普遍，但在我國仍處于由“引入期”向“成長(zhǎng)期”的過渡時(shí)期，目前僅有海爾及上菱、蘇州三星、松下、小天鵝等部分合資企業(yè)在個(gè)別產(chǎn)品上應(yīng)用或試用，估計(jì)此彩涂板家電市場(chǎng)容量在10萬t/a以下，其原因是我國家電企業(yè)工藝裝配線多為20世紀(jì)80年代中期到90年代中期建設(shè)的系統(tǒng)，基本采用自帶脫脂、磷化和噴涂裝備的“后涂裝”工藝，現(xiàn)在這些設(shè)備仍可利用。如改用彩涂板則意味著現(xiàn)有的“后涂裝”設(shè)備閑置并需要增加設(shè)備投資進(jìn)行現(xiàn)有裝配線的改造，即在老線上改用彩涂板會(huì)受到綜合成本的影響，加上目前對(duì)家電用彩涂板基本未進(jìn)口，且價(jià)格偏高，這樣就阻礙了彩涂板在家電行業(yè)的應(yīng)用。但隨著環(huán)保要求和消費(fèi)水平的提高，以及家電企業(yè)進(jìn)一步邁向世界，彩涂板在我國家電行業(yè)的用量必將隨之提高。5.國內(nèi)外主要廠家對(duì)比

目前,法國彩涂板實(shí)際年產(chǎn)量在100萬t以上,居全球第1位;澳大利亞居第2位,實(shí)際年產(chǎn)量約80萬t,全部由BHP集團(tuán)提供,BHP彩涂板占其鋼材總量14.5%。該公司有12條鍍鋅生產(chǎn)線和11條彩涂生產(chǎn)線,是目前國際上最大的鍍面及彩涂生產(chǎn)企業(yè),其鍍面技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位。中國大陸最大的彩涂板生產(chǎn)廠是寶鋼股份公司,2004年設(shè)計(jì)產(chǎn)能將達(dá)到57.3萬t。6.國外發(fā)展趨勢(shì)

全世界彩涂板的生產(chǎn)已趨飽和,國外已集中于提高產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)新的功能型產(chǎn)品,因此,一些新工藝、新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用日趨活躍。工藝上由輥涂新增了覆膜、壓花和印花;品種上由最初的預(yù)涂鋼板(PCM)發(fā)展到彩色層壓板(VCM)以及環(huán)保彩色鋼板(ECM);應(yīng)用上從建筑內(nèi)外裝飾材料拓展到汽車制造、家具、集裝箱、家電用品等更廣泛的領(lǐng)域。此外,國外彩涂板技術(shù)關(guān)注熱點(diǎn)主要有:(1)基板:多采用Galfan(5%Al)、Galva-lume(55%Al)、Galvanneal(Zn-Fe)、電鍍Zn-Ni甚至不銹鋼,且對(duì)其表面質(zhì)量、板形及尺寸精度的要求愈來愈高;(2)預(yù)處理:趨向于采用無鉻的表面預(yù)處理工藝,以滿足愈來愈苛刻的環(huán)保要求;(3)涂層技術(shù):關(guān)注于粉末涂層及PET膜(聚乙烯對(duì)苯二酸鹽膜)與油漆復(fù)合涂層技術(shù);(4)涂裝機(jī):采用新型雙涂頭和單滑軌涂裝機(jī);(5)其他:在工藝段前設(shè)拉矯、涂裝機(jī)設(shè)置博士刀,使涂層更均勻、表面更光滑等新技術(shù)。結(jié)束語目前國內(nèi)彩涂板生產(chǎn)和消費(fèi)呈蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì),市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也在加劇。為了贏得市場(chǎng),國內(nèi)彩涂板生產(chǎn)廠一方面應(yīng)從與國外的差距中找到自身努力的方向,如品種檔次、品種規(guī)格、市場(chǎng)策略等；另一方面,應(yīng)緊跟國外彩涂板的發(fā)展趨勢(shì),在特色產(chǎn)品和先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)方面加大研發(fā)力度。第一、需求仍處于增長(zhǎng)期。今年我國經(jīng)濟(jì)仍將保持平穩(wěn)較快增長(zhǎng)，國內(nèi)市場(chǎng)鋼材需求仍處于增長(zhǎng)期，奧運(yùn)工程、振興東北、西部大開發(fā)以及各地城市基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)對(duì)彩涂板的需求仍將增長(zhǎng)。從天津來看，濱海新區(qū)開發(fā)建設(shè)被提上國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要議事日程，眾多的新型廠房建設(shè)將構(gòu)成對(duì)彩涂板的巨大市場(chǎng)需求。。

第二、資源供應(yīng)充足。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，今年1～4月國內(nèi)生產(chǎn)彩涂板50萬噸，同比增長(zhǎng)33．4%；進(jìn)口13．6萬噸，同比下降45．1%。同期國內(nèi)消費(fèi)彩涂板60．8萬噸，同比持平，供略大于求。另據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，今年國內(nèi)彩涂板將新增產(chǎn)能47萬噸，產(chǎn)能增長(zhǎng)12%。前期受基板緊缺影響，國內(nèi)彩涂板實(shí)際產(chǎn)量增長(zhǎng)不大，目前基板充裕了，彩涂板價(jià)格行情又尚未止跌，因此，國內(nèi)一些有潛在產(chǎn)能的廠家仍在觀望之中。從華北地區(qū)來看，天津、北京、河北的中小彩涂板廠就有近10家，有的廠家7月份又將有第二條生產(chǎn)線投產(chǎn)?？偟膩砜?，即使不考慮進(jìn)口因素，目前國內(nèi)彩涂板資源也是比