[发明专利]一种耐磨抗划伤纳米镀层钢板制造方法及其纳米镀层钢板

说明书

技术领域

本发明涉及连续带钢热浸镀技术领域，特别涉及一种耐磨抗划伤纳米镀层钢板制造方法及其耐磨抗划伤纳米镀层钢板。

背景技术

全世界约有10％的钢材由于腐蚀而损失，镀锌是减少钢材腐蚀损失的有效措施。然而，传统的镀纯锌钢板由于耐蚀性、耐磨性、抗划伤、焊接性能的不足，已经越来越多的被新型镀层所取代。

为提高其耐腐蚀性能，开发了耐蚀性能更好的锌铝、锌铝镁等新型镀层，均已经商业化。对镀层进行合金化处理，提高了镀层的硬度和耐腐蚀性能，同时提高了其焊接性能和抗划伤性能，但是由于在锌铁合金化处理的过程中，在镀层与钢基体的结合部位生成了塑性极差的金属间化合物，同时在镀层中由于铁含量的不均导致了镀层相分布和性能的不均一，在成型的过程中出现片状脱落和粉化。

尽管这些技术可以提高材料表面耐磨耐蚀性能，但是仍然难以克服涂层硬度和韧性难以兼顾的矛盾，即提高涂层的硬度往往要以牺牲其韧性为代价，造成脆性增加，结果导致涂层与基体的匹配性与结合性下降，涂层易开裂，硬质相易脱落。

传统的纳米涂层制备方法主要是喷涂，包括热喷涂和冷喷涂。热喷涂包含等离子喷涂火焰喷涂等。冷喷涂国内也有很多研究，主要是中科院沈阳金属研究所、西安交大等，国外以俄罗斯、德国研究的较多。

传统的热喷涂纳米结构涂层主要存在两个问题：①纳米颗粒的输送问题。纳米粉体是不能直接用于热喷涂的，可供热喷涂用的粉末粒度范围一般为45～110μm，过细会产生烧损和飞扬等问题，并且由于纳米材料本身的表面与界面效应，纳米颗粒极易团聚，流动性差，会给输送管道造成一定的堵塞。为了能够充分利用纳米颗粒优良性能并满足现有工艺技术的要求，须将纳米材料制备成能够直接热喷涂的微米级纳米结构喂料。②纳米颗粒的烧结长大问题。纳米粒子比表面积大，表面活性高，致使熔点下降，喷涂过程中容易烧结长大而改变性状，最终影响到涂层中纳米晶结构的保持。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种在不改变传统的热浸镀层连续生产线工艺布置的前提下，提高现有镀层钢板的表面硬度，细化镀层微观组织，提高镀层钢板的耐磨、抗划伤、成型性能的纳米镀层钢板制造方法及其耐磨抗划伤纳米镀层钢板。

本发明的主要内容如下：

一种耐磨抗划伤纳米镀层钢板的制造方法，其特征在于：在连续热浸镀生产线上，带钢出熔融镀液并经过气刀吹扫之后，纳米硬质颗粒输送装置将纳米尺寸硬质颗粒均匀输送到带钢表面并与处于熔融状态的镀层相结合，冷却后在镀层表面形成一层分布有硬质纳米颗粒的表面层，成为纳米硬质颗粒改性镀层钢板。

纳米硬质颗粒输送装置安装在连续热浸镀生产线带钢出气刀以后，镀层没有凝固之前；该装置为一套电场发生装置，生产时将纳米硬质颗粒粉末均匀送入电场，纳米硬质颗粒在电场的作用下向熔融镀层运动并结合。

纳米硬质颗粒可以是陶瓷、金属基陶瓷，也可以是熔点、硬度相对较高的金属、金属间化合物、金属氧化物的一种或几种。

带钢经气刀吹扫后的温度应高于镀层金属熔点10度以上，优选30度以上。

纳米颗粒选择粒径为10nm～100nm。

镀层可以是镀锌，镀锌铝，也可以是镀锌合金。

耐磨抗划伤纳米镀层钢板，其特征在于，钢板镀层中分布有纳米尺寸的硬质颗粒，颗粒与镀层有着良好的结合；纳米颗粒的硬度远高于镀层本身，纳米颗粒的熔点高于镀层材料的熔点。

镀层可以是镀锌，镀锌铝，也可以是镀锌合金。

选择纳米尺寸的硬质颗粒是要利用其纳米尺寸效应，对镀层进行纳米改性，尺寸增加，纳米尺寸效应消失。只有当纳米颗粒的硬度远高于镀层本身时，才能起到增强耐磨、抗划伤性能的作用。只有纳米颗粒的熔点高于镀层材料的熔点，在与熔融状态的镀层结合时才能够保持稳定存在。

不改变常规连续热浸镀生产线的工艺布置，只需要在生产线上增加一套电场发生装置，大大提高了本发明的适用性，可以广泛应用的现有热镀生产线。

电场的强度依据带钢的运行速度、镀层厚度、纳米颗粒的尺寸而进行调整，目的在于保证镀层中的颗粒具有一定的分布密度，一般选择10KV～100KV。

钢板出气刀之后的温度应高于镀层金属熔点10度以上，优选30度以上。这是因为必须保证有一定的过热度，才能够保证镀液的流动性，可以与纳米颗粒进行充分的浸润、结合。