[发明专利]淀积在钢带表面上的金属镀层的光谱分析方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1和2的前序部分的淀积在钢带表面上的金属镀层的光谱分析方法和装置。

具体地说，本发明涉及对于通过浸渍连续运动的金属带所淀积的金属镀层，例如，经受合金化处理的锌合金镀层的质量控制。

背景技术

连续运动的轧制钢带的热浸电镀是一种众所周知的技术。它基本上包括两种方案：一种是从电镀窑炉出来的钢带倾斜下降进入熔融锌池，并用所述熔融锌中的浸没辊使其竖直向上偏转。另一种方案包括使运动中的钢带在窑炉出口处竖直向上偏转，接着使之运动通过包含靠磁力支承的熔融锌的竖直镀槽。

该淀积的形成动力学是技术人员已知的，并且已经在多种场合被公开，其中包括2004年10月Giorgi等人在“La Revue de Métallurgie CIT”中的“Modelling of galvanizing reactions(电镀反应的模型化)”一文。该文献确认，熔融镀层混合物与钢带之间的接触产生来自钢带的铁溶液，它一方面参与钢带表面上约0.1μ的Fe₂Al₅Zn_x化合物结合层的形成，另一方面只要Fe₂Al₅Zn_x层不连续地形成，就向熔融混合物池扩散。Fe₂Al₅Zn_x层充当保护性锌层的支架，而熔化的铁有助于在熔融混合物中名为“冰铜”或“碎屑”的包含Fe、Al和Zn的沉淀物的形成。

带有基于锌的金属合金的钢带镀层在诸如汽车车身、家用电器、结构等许多应用中使用。多种镀层因其成分和针对钢带的应用可能的后处理而有所区别。

一种这样的镀层通过再加热而经受所谓的“合金化”处理，其利用扩散而在钢中的铁和镀层中的锌之间形成一种合金。这种类型的镀层一般用缩写词“GA”或者术语“galvanneal(退火电镀)”表示。GA电镀提供钢抵抗腐蚀的良好保护和某些特殊品质，诸如其孔隙率和其表面组织的特殊品质，另外还特别使之能够上漆而增大黏附力，以及方便电镀钢带的电阻焊接。由于这些原因，其主要用于汽车工业。

GA镀层的铁/锌合金可以以具有不同的晶格和成分的多种相的形式呈现。为了保证镀层提供深拉和上漆的最优特性，一些研究表明，镀层表面中的铁含量应该小，但不为零。

许多参数易于影响退火电镀层的显微结构：钢带的化学成分和镀槽的化学成分、钢带的表面粗糙度、镀槽的温度，尤其是合金化窑炉中的温度和钢带的运动速度。

已经进行了一些研究，以便确定跟踪退火电镀淀积不同厚度上锌、铁和铝含量的演变的手段，以便更好地掌握每个参数的影响并能够监控电镀钢带的品质。已经有人提出几种确定合金元素在电镀钢带样品上浓度的变化曲线的方法，其中包括“辉光放电光学发射光谱GD-OES”或“激光诱生击穿光谱LIBS”类型的光谱测量。

文献WO00/08446提出激光烧蚀分析方法(LIBS)，而文献US 2003/0016353为提高测量精度的目的提出若干改善的方法。

但是，所描述的分析方法对于在钢带的运动速度高达3米/秒以上的电镀生产线上实时利用，实行起来有实际困难。

事实上，如所周知，LIBS方法利用激光与材料的相互作用把待分析的目标(靶)加热至非常高的温度，并产生钢带目标点上被加热材料的特征谱线。因而脉冲激光在约10纳秒非常短的时间过程中以几十毫焦耳的能量聚焦在面积非常小的目标上进行轰击。其建立微型等离子体，该微型等离子体发射辐射连续体，并在几微秒之后，出现第一条谱线，所述谱线是构成所述目标且因而钢带镀层的材料的特征谱线。当连续体本底噪声降到足够低时，光谱仪实现在激光轰击之后几微秒中的测量时间中发射的光的光谱分析。

然而，在激光轰击和光谱仪测量之间仅仅一微秒间隔期间，对于约3米/秒的运动，该钢带，因而该目标和等离子体运动3毫米。为了在运动的目标上实现测量，本领域的技术人员会在激光轰击轴线和测量装置光学轴线之间建立位置偏移，这对于以足够精度进行测量是非常困难的，在如下情况尤为如此：在电镀过程中钢带运动速度可能随着所述钢带的厚度、电镀窑炉的加热能力、目标镀层厚度、液体镀层脱水装置的性能而显著地改变。