金屬表面處理技術(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，通過長期的實踐證明，一些簡單、簡易的前處理方式，已經(jīng)不能滿足金屬加工及涂裝的基本要求。只有采用標準的前處理生產(chǎn)工藝，才能使鋼鐵表面形成一層標準的磷酸鹽膜和防護膜，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)量和防護質(zhì)量穩(wěn)定與否的重要因素。另外，我國對彩涂板的研究和生產(chǎn)起步較晚,20世紀90年代末才興起彩涂板的消費和生產(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發(fā)展的概況,并從產(chǎn)能、產(chǎn)品規(guī)格、品種涂料、市場策略等方面對國內(nèi)外主要彩涂板生產(chǎn)企業(yè)進行了對比分析,展望了當前國外彩涂板生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢。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”，研討彩涂工業(yè)。到1987年武鋼鋼鐵公司引進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)能的增長遠遠大于彩涂需求的增長。從而使彩涂生產(chǎn)廠家進入了非常危險的時期（優(yōu)勝劣汰的時期）。彩涂板的品種和類別繁多，目前全世界已有彩涂板品種600多個，彩涂用基板有冷軋板、熱鍍鋁板、熱鍍鋅板、合金板、熱鍍鋁鋅板、熱鍍鋅鋁板、電鍍鋅板、電鍍鋅-鎳板等，其中冷軋板已日漸被淘汰，而采用熱鍍鋁鋅板、熱鍍鋅板鋼卷作基板的數(shù)量在增加，甚至出現(xiàn)了以不銹鋼作基板的彩涂板。世紀交替之際，彩涂板市場非常好，許多民營企業(yè)也紛紛投資建設(shè)彩涂板。民營彩涂機組多采用國產(chǎn)設(shè)備，雖裝備與控制水平不高，產(chǎn)能較小，但投資低、上馬快，其產(chǎn)品主要面向建材、裝飾行業(yè)。民營彩涂機組上馬之快，數(shù)量之多，現(xiàn)已達到難以統(tǒng)計的地步。與此同時，外資、臺資也紛紛登陸中國興建彩涂機組，這些機組大部分集中在沿海地區(qū)。1999年以來，隨著彩涂板市場興旺，彩涂板的生產(chǎn)及消費進入了快速增長期。到2004年全國已有彩涂板產(chǎn)能約為800萬t/a。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)、金屬防護技術(shù)做準備的，基體前處理質(zhì)量對此后涂層制備和金屬的使用有很大的影響。例如，對有磷化和無磷化處理的同一涂層進行鹽霧試驗，其結(jié)果是防腐蝕能力相差大約一倍?？梢姵?、除銹、防銹、磷化等前處理對涂層的防銹能力和金屬的防護能力起著至關(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，在進行加工和涂裝處理前，需對其進行清除處理，然后才能作為商品進行銷售。如果不這樣做就會嚴重地影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和使用壽命，失去產(chǎn)品的競爭能力。如果鋼鐵表面未經(jīng)處理就進行涂裝，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)品在市場上的競爭能力，因此鋼鐵表面進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械除油等。不同的除油方法具有不同的除油特點。溶劑除油是利用有機溶劑與油污結(jié)構(gòu)上的相似性，使油污溶解于有機溶劑中，達到除油的目的；電化學(xué)除油一般是以稀堿液為電解液，以工件為電極，進行電解處理，利用電解時在電極表面析出的氣體，將油污強行從工件表面脫離；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、分散等作用達到除油的目的。機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。2.2鋼鐵表面的除銹處理

鋼鐵制品在加工過程中，其表面的氧化皮和鐵銹必須進行化學(xué)清洗處理，使鋼鐵制品露出鋼鐵基體，更有效地提高電鍍、磷化、氧化（發(fā)黑發(fā)藍）、拉伸、壓延、軋制、防銹等處理效果。

化學(xué)除銹最常用的方法是鹽酸除銹，因為鹽酸除銹速度快且可在常溫下進行，所以應(yīng)用廣泛。但是，在實際操作中，鹽酸除銹存在"過腐蝕"和"氫脆"現(xiàn)象，產(chǎn)生大量酸霧，造成環(huán)境污染和社會公害。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10-30g/㎡）、中溫型（50-75℃，處理時間5-15min，磷化膜厚度達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劑，能耗小，但溶液配制較復(fù)雜，膜厚度達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（膜重7.5g/㎡以上）、次重量級（膜重4.6-7.5g/㎡）、輕量級（膜重1.1-4.5g/㎡）和次輕量級（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，令工件在機加工過程中具有潤滑性；經(jīng)適當?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、金屬冷加工時的潤滑層、金屬表面保護層以及用作電機硅鋼片的絕緣處理、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、機械制造及家電等工業(yè)生產(chǎn)中。2.4鋼鐵表面的發(fā)黑處理

傳統(tǒng)的發(fā)黑方法是堿性氧化發(fā)黑。堿性氧化發(fā)黑通常是采用高溫和亞硝酸鹽作為氧化劑，使鋼鐵零部件在極濃的堿性氧化液中進行加熱氧化，使零件表面形成一層藍色至黑色的Fe3O4保護性氧化薄膜。這種高溫氧化劑因工件在發(fā)黑時受熱不均及溫度過高，使溶液含量變化較快，經(jīng)常造成發(fā)黑膜不均等現(xiàn)象。所以人們渴望尋求常溫發(fā)黑工藝，達到節(jié)省能源、降低成本、操作簡便、發(fā)黑膜均勻等目的。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。因為防銹油脂不易揮發(fā)，所以它的防銹時間較長。3.彩涂板的工藝流程

3.1工藝流程圖鋼卷座備料→運卷車上卷→鋼卷測寬、測徑→開卷機開卷→雙切剪切頭尾→縫合機縫合→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→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→檢查臺檢驗→貼保護膜→剪切分卷取樣→卷取→打捆→稱重→包裝→入庫3.2工藝流程簡述

入口操作工接班時將鍍鋅跨的鋼卷上至鋼卷座上，之后由運卷小車將六個鋼卷座儲滿鋼卷。鋼卷小車將№3鋼卷座上的鋼卷托起向開卷機運送，途中執(zhí)行自動的測徑測寬流程之后將鋼卷上至開卷機上。開卷機在人工控制和人工輔助下進行開卷，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)即將完畢時自動減速，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)處理后增強了基板的耐腐蝕性和漆料的附著力。經(jīng)清洗段處理的帶鋼經(jīng)過熱風(fēng)干燥器干燥后進行化學(xué)預(yù)處理，由化涂機涂敷化涂液之后用化涂爐進行干燥。經(jīng)水冷輥冷卻的帶鋼進入初涂機涂裝底漆，經(jīng)涂裝底漆的基板進入固化爐固化，漆料固化后的基板經(jīng)爐后水冷、熱風(fēng)干燥之后進入精涂機涂裝面漆，涂裝面漆之后的基板進入固化爐進行固化，漆料固化后的基板經(jīng)水冷、熱風(fēng)干燥之后經(jīng)過出口活套進入出口段，經(jīng)過檢驗臺檢驗、貼保護膜機覆膜，由出口剪分卷、切除縫合縫、取樣之后由卷取機卷取成成品卷，由運卷小車運出，經(jīng)稱重、包裝之后入庫。4.彩涂板的主要應(yīng)用范圍

彩涂板在國內(nèi)的主要消費領(lǐng)域仍為建筑業(yè)，其消費量占總數(shù)的85％～90％。從建筑市場來看，我國建筑用鋼板一直處于平穩(wěn)上升態(tài)勢，而彩涂板用量占建筑用鋼板的比例也在逐年上升。隨著人們認識水平的提高，彩涂板得到愈來愈多的用戶認可，如1995年我國建筑用彩涂板實際消費僅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在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的工業(yè)建筑和城市標志性建筑，民用建筑雖尚未出現(xiàn)實質(zhì)性啟動，但已出現(xiàn)啟動消費的傾向。隨著我國正在進行的西部大開發(fā)以及國家加大城鎮(zhèn)化建設(shè)的步伐，預(yù)計我國建筑業(yè)在未來20年將會出現(xiàn)快速發(fā)展時期，其主要發(fā)展方向為住宅鋼結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)等。據(jù)預(yù)測在今后10年內(nèi)我國建筑用彩板的需求量增長將達到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)達國家里已相當普遍，但在我國仍處于由“引入期”向“成長期”的過渡時期，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)在個別產(chǎn)品上應(yīng)用或試用，估計此彩涂板家電市場容量在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)備投資進行現(xiàn)有裝配線的改造，即在老線上改用彩涂板會受到綜合成本的影響，加上目前對家電用彩涂板基本未進口，且價格偏高，這樣就阻礙了彩涂板在家電行業(yè)的應(yīng)用。但隨著環(huán)保要求和消費水平的提高，以及家電企業(yè)進一步邁向世界，彩涂板在我國家電行業(yè)的用量必將隨之提高。5.國內(nèi)外主要廠家對比

目前,法國彩涂板實際年產(chǎn)量在100萬t以上,居全球第1位;澳大利亞居第2位,實際年產(chǎn)量約80萬t,全部由BHP集團提供,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)計產(chǎn)能將達到57.3萬t。綜合對比分析①規(guī)模方面:產(chǎn)線數(shù)量和年產(chǎn)能方面中國寶鋼股份與韓國POSCO、韓國東部制鋼、中國臺灣燁輝等公司相當,而BHP公司的彩涂機組數(shù)量和總產(chǎn)能占絕對優(yōu)勢;與韓國POSCO和韓國東部制鋼相比,中國寶鋼股份彩涂板的厚度下限偏高,韓國現(xiàn)代鋼管在彩涂板寬度上具有優(yōu)勢,BHP公司的彩涂板尺寸規(guī)格覆蓋較廣。②品種方面:中國臺灣兩家公司彩涂板品種專注于鍍鋁鋅或鍍鋅彩卷,韓國東部制鋼側(cè)重于功能性彩涂板,寶鋼股份暫無彩色鍍鋁鋅卷；韓國東部制鋼的彩涂基板種類最多,寶鋼股份基板種類缺乏熱鍍鋁鋅板卷,在一定程度上制約了彩涂板耐蝕性的競爭力;韓國東部制鋼、現(xiàn)代鋼管,中國臺灣盛馀和寶鋼股份的涂料種類都較多,品種數(shù)量上實力相當。BHP公司注重差異化產(chǎn)品,不僅品種全、質(zhì)量好,而且有特色。③市場方面:BHP、浦項、燁輝和寶鋼市場策略方面較突出;BHP的銷售攻勢最快最強。6.國外發(fā)展趨勢

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(聚乙烯對苯二酸鹽膜)與油漆復(fù)合涂層技術(shù);(4)涂裝機:采用新型雙涂頭和單滑軌涂裝機;(5)其他:在工藝段前設(shè)拉矯、涂裝機設(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)和消費呈蓬勃發(fā)展態(tài)勢,市場競爭也在加劇。為了贏得市場,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、市場策略等；另一方面,應(yīng)緊跟國外彩涂板的發(fā)展趨勢,在特色產(chǎn)品和先進生產(chǎn)技術(shù)方面加大研發(fā)力度。第一、需求仍處于增長期。今年我國經(jīng)濟仍將保持平穩(wěn)較快增長，國內(nèi)市場鋼材需求仍處于增長期，奧運工程、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)重點項目建設(shè)對彩涂板的需求仍將增長。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)成對彩涂板