[发明专利]使用Al/Zn基镀层的防腐保护

说明书

技术领域

本发明一般地涉及具有合金镀层的产品的制备，所述合金包含作为合金主要成分的铝和锌(下文中称作“Al/Zn基合金镀层产品”)。 

术语“Al/Zn基合金镀层产品”在这里应当理解为包括，例如，在产品的至少一部分表面上具有Al/Zn基合金镀层的带材、管材以及型材形式的产品。 

本发明更具体地，但绝非专门地，涉及金属带形式的Al/Zn基合金镀层产品，例如在至少一部分表面上具有Al/Zn基合金镀层的钢带，以及用Al/Zn基合金镀层带材制造的产品。 

Al/Zn基合金镀层金属带材可以是出于防护、美观或者其它原因而同时涂覆无机和/或有机化合物的带材。 

本发明更具体地，但绝非专门地，涉及具有除了Al和Zn之外还含有多于一种元素的合金镀层的Al/Zn基合金镀层钢带，所述多于一种元素例如Mg和Si，以多于痕量的形式存在。 

本发明更具体地，但绝非专门地，涉及具有包含Mg和Si的Al/Zn基合金镀层的Al/Zn基合金镀层钢带，其中以重量百分比计，包含20-95％的Al，不超过5％的Si，不超过10％的Mg以及平衡量的Zn和少量其它元素，一般每种其它元素少于0.5％。应当注意，除非特别说明，本说明书中元素的百分比指的均是重量百分比。 

背景技术

通常在钢带的表面形成薄的(即2-100μm厚)Al/Zn基合金镀层来提供防腐蚀防护。 

Al/Zn基合金镀层通常，但不仅仅是，元素Al和Zn的合金镀层，合金中还可以含有Mg、Si、Fe、Mn、Ni、Sn中的一种或者多种，以及少量的其它元素例如V、Sr、Ca、Sb。 

Al/Zn基合金镀层通常，但不仅仅是，通过将带材穿过熔融合金浴对带材进行热浸镀而在钢带上形成的。钢带通常，但不必然，在浸镀之前进行加热以促进合金与带材的结合。随着带材从熔融浴中被拉出，合金随后在带材上凝固，并且形成凝固的合金镀层。 

Al/Zn基合金镀层的显微组织一般主要由枝晶形式的富Al的α相以及位于枝晶间区域的富Zn的共晶相混合物构成。当适当地控制熔融镀层的凝固速度时(例如，如美国专利US3,782,909中记载的，将其通过交叉参考并入本文)，富Al的α相凝固成枝晶，该枝晶足够细小，使得在枝晶间的区域形成通道的连续网络，并且富Zn的共晶相混合物在该区域凝固。 

这些镀层的性能取决于如下因素的结合：(a)最初通过富Zn的枝晶间共晶相混合物提供的钢基体的牺牲性保护，以及(b)通过富Al的α相枝晶的支撑提供的屏障性保护。富Zn的枝晶间相混合物优先被腐蚀，以提供对钢基体的牺牲保护，并且，在特定的环境下，一旦富Zn的枝晶间相混合物被耗尽，富Al的α相在提供屏障保护的同时，也能继续为钢基体提供合适级别的牺牲保护。 

然而，在很多情况下由富Al的α相枝晶提供的屏障保护和牺牲保护的程度是不足的，镀层钢带的性能会遭受损害。下文中记载了三种这样的情况： 

1.在含有高浓度的氮氧化物和硫氧化物的“酸雨”或者“污染的”环境中； 

2.在海水环境中漆膜的下面； 

3.在金属镀层被破坏的切割边缘或者其它部分露出钢基体的海水环境下。 

举例来说，申请人发现，当钢带上的Al/Zn基合金镀层特别薄时(即每平方米镀层的总镀层质量小于200g，一般小于150g/m²，这相当于当 钢带的两面具有相等的镀层厚度时，在钢带的每个表面上每平方米镀层小于100g，一般小于75g/m²)，若使用标准的冷却速度(通常从11℃/s到100℃/s)，显微组织将更加趋向于从钢带向镀层表面延伸的柱状组织或者竹状组织。这种显微组织包含(a)富Al的α相枝晶以及(b)富Zn的共晶相混合物所形成的一系列分离的柱状通道，所述通道直接从钢带延伸至镀层表面。 

申请人还发现，当具有这样的包含柱状显微组织的薄Al/Zn基合金镀层的钢带暴露在低PH值的环境(通常被称作“酸雨”环境)时，或者暴露在具有高浓度的硫氧化物或者氮氧化物的环境(通常被称作“污染的”环境)时，富Zn的枝晶间的共晶相混合物被很快腐蚀，而且这种相混合物中的从钢带直接延伸到镀层表面的柱形通道成为了通往钢带的直接腐蚀通道。存在这样的从镀层表面通向钢带的直接腐蚀通道的情况下，钢带很可能被腐蚀，并且腐蚀的产物(铁的氧化物)能自由地转移到镀层表面，呈现熟知的“红锈着色”外观。红锈着色使镀覆的钢产品的外观美感降低，并且会使产品的性能降低。例如，红锈着色能够降低用作屋顶材料的镀覆钢产品的热效率。