[发明专利]激光复合制造热镀锌气刀刀唇及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热镀锌气刀刀唇，特别是刀唇的激光复合制造方法及工艺流程。

背景技术

热镀锌也称热浸镀锌，是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法。近年来随高压输电、交通、通讯事业迅速发展，尤其汽车和家电对钢铁件防护要求越来越高，带来对表面处理钢板的要求越来越高，其中首要解决的问题就是钢板的耐腐蚀性和防锈能力。面对巨大的市场需求，许多钢厂都建有连续热镀锌生产线。由2002年年产量286吨猛增到2009年年产量为1910万吨。

热镀锌板是将薄钢板浸入熔解的锌槽中，采用连续镀锌工艺生产，即把成卷的钢板连续浸在熔解有锌的镀槽中制成镀锌钢板。合金化镀锌钢板也是用热浸法制造，但在出槽后，立即把它加热到500℃左右，使其生成锌和铁的合金被膜。这种镀锌板具有良好的涂料的密着性和焊接性。

热镀锌板锌层一般在35μm以上，甚至高达200μm。热镀锌覆盖能力好，镀层致密，无有机物夹杂。锌抗大气腐蚀的机理有机械保护及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn(OH)₂及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓锌的腐蚀，这层保护膜(也称白锈)受到破坏又会形成新的膜层。当锌层破坏严重，危及到铁基体时，锌对基体产生电化学保护，锌的标准电位-0.76V，铁的标准电位-0.44V，锌与铁形成微电池时锌作为阳极被溶解，铁作为阴极受到保护。

热镀锌板工艺流程：上料→酸洗、水洗→溶剂→烘干→热镀锌→内、外吹→滚标、标识→钝化→检验→包装。

如图1，采用一对横贯整个带钢1宽度的由上刀唇2和下刀唇3构成的装置形成缝形喷嘴，喷出连续的像刀一样的扁平气流4，把带钢1表面多余的锌液5吹刮掉，在带钢1表面留下均匀、适量的锌层，并让多余的锌液5流回锌锅，这种装置称之为“气刀”。

如图1中，W=f（V,p,h,e）；

W：锌层厚度；

V：生产线速度（作为扰动）；

h：气刀距带钢的水平距离；

g：刀唇唇缝；

p：喷气压力。

在上述四个参数中，在镀锌环节无法改变生产线速度，认为是一种扰动，主要控制的是h、g、p三个量。

气刀按大类分为：建材板气刀、家电板气刀、汽车板气刀。气刀装置中的刀唇分为上刀唇和下刀唇，是影响锌层厚度的一个重要因素，气刀刀唇表面有三种涂层：标准的镀铬涂层、高性能超硬涂层、不粘锌的特殊涂层，这些涂层防止刀唇结瘤，减少沾锌和刀唇变形，使板带产生更少的缺陷。

镀锌是热镀锌钢板的最后工序，其结果的好坏直接影响热镀锌板的质量和市场销售价格，同时镀锌量的精准控制又是镀锌板成本的重要因素，每平米少用1克锌对于中等产量的生产线，年节约成本在60-80万元之间，由此气刀品质和稳定性好坏，尤其刀唇决定了镀锌板的品质和成本以及企业的盈利能力。

热镀锌锌锅锌液温度介于460-480℃，气刀正在锌锅的正上方，气刀附近温度在300℃左右，热锌在气刀的吹动下锌液产生飞溅，从而粘在气刀出口刀唇上，熔融锌与铁反应形成多孔、疏松、低熔点的FeZn13在温度的作用下扩散形成锌瘤，腐蚀铁基表面，操作人员清理锌瘤就会划伤刀唇或者降低刀唇的表面粗糙度，更易粘锌液，使刀唇失去精度，严重的破坏气流分布导致镀锌板表面质量下降，严重影响板材的价格，大大降低企业收益。

因此，改善刀唇的材质和抗锌及高温腐蚀能力，一直都是各大钢厂的需要解决的难题，采用了电镀和等离子喷涂的办法改善表面质量，电镀的铬层硬度很高达到HV1000以上，但其与基体的热膨胀系数相差很大，而且和基体是物理结合，没有冶金结合，在高温的作用下容易开裂起皮在加上清理粘结锌瘤时将镀层刮掉，起皮的铬层又是气流的扰动量，使用寿命和可靠性受到挑战。等离子喷涂与基材是半冶金结合同时喷涂金属溶液在空气中行程过长，往往容易行程气孔并使材料脆化，实际使用中容易形成裂纹和掉块，同样没有解决气刀可靠运行难题。

激光熔覆技术是把好钢用在刀刃上的技术，激光是功率密度最高的热源，其能量供给速度远大于热扩散的速度，这样可以使激光作用的部位的粉末温度迅速上升而达到熔点，同时能量传到基材使基材融化，所以激光熔覆具有以下优点：

1、热影响区最小，因此形变最小；

2、稀释率最低，因此材料特性保持度最高；

3、金相组织细腻，材料硬度和韧性同步提高。

把激光熔覆技术应用在气刀刀唇上，正是把好钢用在刀刃上的最好实现。

发明内容