一种锌铝镁镀层钢及其制备方法

摘要

本发明提供了一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，所述锌铝镁镀层钢的锌铝镁镀层由如下质量分数的化学成分组成：Mg≥0.8％，Al≤10％，其余为Zn及不可避免的杂质；所述锌铝镁镀层的晶粒尺寸≤300μm。本发明提供的锌铝镁镀层钢的亮度变化量为1.9‑2.7，耐黑变能力强，单位面积失重为0.28‑3.91g/m2，耐蚀性好，粘结强度为25‑31.1g/m2，剪切破坏模式大多为SCF，粘结强度高。

权利要求

1.一种锌铝镁镀层钢，其特征在于，所述锌铝镁镀层钢的锌铝镁镀层由如下质量分数的化学成分组成：Mg≥0.8％，Al≤10％，其余为Zn及不可避免的杂质；

所述锌铝镁镀层的晶粒尺寸≤300μm，所述Mg与所述Al的质量分数之和≤15％，所述锌铝镁镀层中氢氧化物的体积比例≥80％。

2.根据权利要求1所述的一种锌铝镁镀层钢，其特征在于，所述锌铝镁镀层钢的钢基体的厚度为0.5‑6.0mm，所述锌铝镁镀层钢的锌铝镁镀层的厚度为5‑40μm。

3.如权利要求1‑2任一项所述的一种锌铝镁镀层钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括，

获得温度为400‑500℃的镀液；所述镀液由如下质量分数的化学成分组成：Mg≥0.8％，Al≤10％，其余为Zn及不可避免的杂质；

将温度为450‑500℃的钢板浸入所述镀液中，进行镀锌，获得带有镀层的钢板；

将所述带有镀层的钢板进行冷却，获得锌铝镁镀层钢。

4.根据权利要求3所述的一种锌铝镁镀层钢的制备方法，其特征在于，所述冷却包括第一冷却，所述第一冷却为气体冷却，所述第一冷却速率≥10k/s，所述第一冷却开始温度为

400‑410℃，所述第一冷却结束温度为290‑310℃。

5.根据权利要求4所述的一种锌铝镁镀层板的制备方法，其特征在于，所述气体冷却所用气体为如下任意至少一种：空气、氮气、氩气、二氧化碳。

6.根据权利要求4所述的一种锌铝镁镀层板的制备方法，其特征在于，所述第一冷却的过程中，对带有镀层的钢板进行第二冷却，所述第二冷却为水雾冷却，所述第二冷却开始温度为350‑360℃，所述第二冷却结束温度为300‑310℃。

7.根据权利要求6所述的一种锌铝镁镀层板的制备方法，其特征在于，所述水雾冷却所用水雾滴的尺寸≤0.1mm。

8.根据权利要求6所述的一种锌铝镁镀层板的制备方法，其特征在于，所述水雾冷却2

中，带有镀层的钢板表面的水雾质量≥1g/m。

说明书

一种锌铝镁镀层钢及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锌铝镁镀层钢制备技术领域，尤其涉及一种锌铝镁镀层钢及其制备方法。

背景技术

[0002] 锌铝镁镀层钢是一种热镀锌钢，热镀锌钢是将钢基体置入含有锌铝镁元素的熔融的锌液中，使熔融的锌及其合金与钢基体反应，从而形成具有牢固的冶金结合镀层的钢板。
心锌铝镁镀层钢具有镀层结合力强、耐蚀性能好、使用寿命长、制造工艺简单、产品价格低
等优点，在许多各种不同的工业例如汽车工业、电器工业和建筑工业中的需求日益增加。最
关键的是，锌铝镁镀层钢相较传统的纯镀锌钢板具有良好的耐蚀性能，据研究，热镀锌铝镁
镀层的耐蚀性是热镀锌镀层的4倍以上，但是使用中存在较多的问题。其中最重要的问题是
该镀层在使用过程中会出现表面变黑的问题，会降低表面质量，从而影响其应用。

发明内容

[0003] 为了解决锌铝镁镀层钢表面的镀层变黑的技术问题，本发明提供了一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，该锌铝镁镀层钢具有良好的表面质量，同时还具有良好的耐蚀性和粘
结性，应用范围更广。

[0004] 一方面，本发明提供了一种锌铝镁镀层钢，所述锌铝镁镀层钢的锌铝镁镀层由如下质量分数的化学成分组成：Mg≥0.8％，Al≤10％，其余为Zn及不可避免的杂质；

[0005] 所述锌铝镁镀层的晶粒尺寸≤300μm。

[0006] 进一步地，所述Mg与所述Al的质量分数之和≤15％。

[0007] 进一步地，所述锌铝镁镀层中氢氧化物的体积比例≥80％。

[0008] 进一步地，所述锌铝镁镀层钢的钢基体的厚度为0.5‑6.0mm，所述锌铝镁镀层钢的锌铝镁镀层的厚度为5‑40μm。

[0009] 另一方面，本发明还提供了一种锌铝镁镀层钢的制备方法，所述方法包括，

[0010] 获得温度为400‑500℃的镀液；所述镀液由如下质量分数的化学成分组成：Mg≥0.8％，Al≤10％，其余为Zn及不可避免的杂质；

[0011] 将温度为450‑500℃的钢板浸入所述镀液中，进行镀锌，获得带有镀层的钢板；

[0012] 将所述带有镀层的钢板进行冷却，获得锌铝镁镀层钢。

[0013] 进一步地，所述冷却包括第一冷却，所述第一冷却为气体冷却，所述第一冷却速率≥10k/s，所述第一冷却开始温度为400‑410℃，所述第一冷却结束温度为290‑310℃。

[0014] 进一步地，所述气体冷却所用气体为如下任意至少一种：空气、氮气、氩气、二氧化碳。

[0015] 进一步地，所述第一冷却的过程中，对带有镀层的钢板进行第二冷却，所述第二冷却为水雾冷却，所述第二冷却开始温度为350‑360℃，所述第二冷却结束温度为300‑310℃。

[0016] 进一步地，所述水雾冷却所用水雾滴的尺寸≤0.1mm。

[0017] 进一步地，所述水雾冷却中，带有镀层的钢板表面的水雾质量≥1g/m2。

[0018] 本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

[0019] 本发明提供了一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，锌铝镁镀层钢中镀层中含有Al和Mg元素，以使锌铝镁镀层钢具有良好的耐蚀性能；同时控制镀层的晶粒尺寸，以减小晶粒表
面的曲率半径，增大曲率，降低氧化膜稳定性，从而提高锌铝镁镀层的耐黑变性能。本发明
提供的锌铝镁镀层钢的亮度变化量为1.9‑2.7，耐黑变能力强，单位面积失重为0.28‑
2 2
3.91g/m，耐蚀性好，粘结强度为25‑31.1g/m，剪切破坏模式大多为SCF，粘结强度高。

附图说明

[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本
领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的
附图。

[0021] 图1为锌铝镁镀层钢不同晶粒尺寸的显微结构示意图。

[0022] 图2为锌铝镁镀层钢微观组成的示意图。

[0023] 图1中，左图为小尺寸晶粒的结构示意图，右图为大尺寸晶粒的结构示意图。

[0024] 图2中，1‑氢氧化物，2‑氧化物。

具体实施方式

[0025] 下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明
本发明，而非限制本发明。

[0026] 在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领
域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

[0027] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

[0028] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之
间存在任何这种实际的关系或者顺序。

[0029] 本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

[0030] 一方面，本发明提供了一种锌铝镁镀层钢，所述锌铝镁镀层钢的锌铝镁镀层由如下质量分数的化学成分组成：Mg≥0.8％，Al≤10％，其余为Zn及不可避免的杂质；

[0031] 所述锌铝镁镀层的晶粒尺寸≤300μm。

[0032] 本发明中，镁元素和铝元素用于提高锌铝镁镀层的耐蚀性；锌铝镁镀层表面变黑的主要原因就是镀层中的Al元素和Mg元素在空气中氧化，形成复杂的氧化物，氧化物在空
气中的折射率较大，导致光线在氧化物中折射和吸收，使得表面呈现灰黑色。而合金元素Al
和Mg的氧化优先发生在晶粒内部，因为晶粒内部的曲率半径比较大，曲率比较小，对表面氧
化膜的界面张力小，容易形成稳定的氧化膜，而晶界位置的曲率半径很小，曲率很大，导致
难以形成稳定氧化膜。研究表明，晶粒的尺寸与表面曲率之间有近似的线性正相关关系。因
此，发明中规定晶粒尺寸不超过300微米，尽量减小晶粒尺寸，减小晶粒表面的曲率半径，增
大曲率，降低氧化膜稳定性，如图1所示，从而提高锌铝镁镀层的耐黑变性能。

[0033] 作为本发明实施例的一种实施方式，所述Mg与所述Al的质量分数之和≤15％。

[0034] 如果锌铝镁镀层中的Mg和Al含量过高，那么铝和镁会与空气中的氧发生反应形成过厚的氧化膜，造成锌铝镁镀层钢表面显著变黑；并且氧化膜本身大多数是非极性分子，而
粘结剂都是极性分子，两者之间缺陷色散作用力，因此氧化膜与粘结剂之间的兼容性很差，
从而降低粘结性，因此控制Mg和Al的质量分数之和≤15％。

[0035] 作为本发明实施例的一种实施方式，所述锌铝镁镀层中氢氧化物的体积比例≥80％。

[0036] 由于Al和Mg都是比较活泼的元素，因而很难在空气中保持稳定，一定会发生反应形成化合物。但是在诸多化合物中，氢氧化物的折射率最小，形成的膜反射率最大，容易呈
现出灰白色，从而使锌铝镁镀层钢具有良好的耐黑变性能。锌铝镁镀层胶粘兼容性比较差
的主要原因就是表面形成了复杂的氧化物，氧化物占据晶粒表面，造成粘接剂中的极性键
无法与镀层表面键合。本发明中，在诸多化合物中，氢氧化物与粘接剂中的羟基能够形成稳
定的键合关系，粘接兼容性良好。因而发明中要求化合物中氢氧化物的比例不少于80％，如
图2所示。

[0037] 作为本发明实施例的一种实施方式，所述锌铝镁镀层钢的钢基体的厚度为0.5‑6mm，所述锌铝镁镀层钢的锌铝镁镀层的厚度为5‑40μm。

[0038] 另一方面，本发明实施例还提供了上述的一种锌铝镁镀层钢的制备方法，所述方法包括，

[0039] S1，获得温度为400‑500℃的镀液；所述镀液由如下质量分数的化学成分组成：Mg≥0.8％，Al≤10％，其余为Zn及不可避免的杂质；

[0040] 在实际中，可用加热手段得到温度为400‑500℃的镀液。

[0041] 镀液温度控制在400‑500℃是为了控制锌铝镁镀层的晶粒尺寸；如果镀液温度过高，镀层在凝固过程中会迅速生长，导致出现较大的晶粒；如果镀液温度太低，导致锌铝镁
镀层过快凝固，表面出现凝固收缩裂纹以及不均匀流动纹理，影响镀层耐腐蚀性能。

[0042] S2，将温度为450‑500℃的钢板浸入所述镀液中，进行镀锌，获得带有镀层的钢板；

[0043] 钢板浸入镀液中后，镀液中的合金元素与钢板会迅速发生反应，形成钢板与镀层之间的中间层。镀层与钢板之间发生的化学反应受钢板温度影响较大，如果钢板温度太高，
导致化学反应速度太快，中间层相对疏松不致密，使得镀层在钢板表面的粘附性较差，同时
镀层厚度不均匀；如果钢板温度太低，则使得化学反应进行不充分，导致中间层生长不连
续，同样会让镀层与钢板的粘附性较差。

[0044] S3，将所述带有镀层的钢板进行冷却，获得锌铝镁镀层钢。

[0045] 作为本发明实施例的一种实施方式，所述冷却包括第一冷却，所述第一冷却为气体冷却，所述第一冷却速率≥10k/s，所述第一冷却开始温度为400‑410℃，所述第一冷却结
束温度为290‑310℃。

[0046] 在获得带有镀层的钢板后，锌铝镁镀层从400℃开始发生固相反应，形成固相，因此需要保证在镀层凝固过程中的冷却速度较快，从而使得晶粒细化，因此冷却速度不小于
10K/s。冷却速率过小，会使得镀层中的晶粒粗大，从而产生黑变缺陷

[0047] 作为本发明实施例的一种实施方式，所述气体冷却所用气体包括但不限于如下任意至少一种：空气、氮气、氩气、二氧化碳。

[0048] 气体冷却中不能采用纯氧、水蒸气等，这些气体氧化性能太强，会在锌铝镁镀层表面形成很厚的氧化层，而厚氧化层在空气中的折射率较大，导致光线在氧化物中折射和吸
收，使得表面呈现灰黑色。

[0049] 作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一冷却的过程中，对带有镀层的钢板进行第二冷却，所述第二冷却为水雾冷却，所述第二冷却开始温度为350‑360℃，所述第二
冷却结束温度为300‑310℃。

[0050] 水雾冷却的主要目的是促进在镀层的表面形成氢氧化物，同时还能够提高冷却速度。水雾与带钢镀层接触后，细小的雾滴能够迅速与带钢表面的锌铝镁镀层反应，形成羟
基，羟基与镀层表面的氧化物反应形成氢氧化物，而氢氧化物与粘接剂中的羟基能够形成
稳定的键合关系，粘接兼容性良好。形成氢氧化物需要一定的温度，温度太低无法形成，因
此冷却的温度不能低于300℃。但是如果温度太高，水雾会容易形成大量的活性氧离子，氧
离子会造成镀层表面氧化，恶化耐变黑和粘胶性能，因此水雾冷却的温度不能超过360℃。

[0051] 作为本发明实施例的一种实施方式，所述水雾冷却所用水雾滴的尺寸≤0.1mm。

[0052] 如果水雾滴尺寸太大，会显著增加雾滴与锌铝镁镀层的反应时间，不利于形成氢氧化物。

[0053] 作为本发明实施例的一种实施方式，所述水雾冷却中，带有镀层的钢板表面的水2
雾质量≥1g/m。在水雾冷却时，带有镀层的钢板表面的水雾质量过少，无法形成足够的氢
氧化物，影响锌铝镁镀层钢的耐变黑和粘胶性能。

[0054] 下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的一种锌铝镁镀层钢及其制备方法进行详细说明。

[0055] 实施例1‑8以及对比例1‑9

[0056] 实施例1‑8以及对比例1‑9提供一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，其中制得的锌铝镁镀层钢的镀层特征如表1所示，其余为Zn及不可避免的杂质。其制备方法如下：将加热后
的钢板浸入预热的镀液中进行镀锌，然后进行气体冷却，在气体冷却的过程中还要对镀锌
后的钢板进行水雾冷却，得到锌铝镁镀层钢。具体的制备方法如表2所示。

[0057] 对实施例1‑8以及对比例1‑9提供锌铝镁镀层钢统计镀层的晶粒尺寸，并进行耐蚀性测试、耐变黑性能测试和粘结性能测试。测试方法具体如下：

[0058] 镀层晶粒尺寸：采用EBSD技术统计镀层表面每个晶粒的尺寸，计算所有晶粒的最大当量直径作为晶粒尺寸，每种样品上采集至少10个视场。

[0059] 镀层表面化合物鉴定：采用XPS技术进行鉴定，包括氧化物、氢氧化物等。

[0060] 耐蚀性测试：采用中性盐雾试验评价镀层的耐腐蚀情况，镀层样片制成150×70mm的试验样品，四边用胶带密封，然后放入中性盐雾试验箱中，1000小时后取出，清除镀层表
面的腐蚀产物，测量单位面积的失重，失重越少，耐蚀性越好。

[0061] 耐变黑性能测试：采用湿热实验评价镀层的耐变黑性能。将锌铝镁镀层钢板置于pH值为5的酸性溶液中浸泡60秒，然后用去离子漂洗，再用干燥气流进行干燥处理，测量锌
铝镁镀层钢板的表面亮度为L0，然后将样品放入湿热环境中，湿热温度为50℃，相对湿度为
60％，放置120小时，然后取出测量表面亮度L1，用L0减去L1，获得亮度变化量ΔL，ΔL越大，
表明镀层耐变黑能力越差。

[0062] 粘结性能测试：粘接强度的试验方法为ASTM D 1002，剪切破坏模式评价标准为ISO10365。所用的粘接胶为商业用的结构胶，胶的剪切强度为25‑30MPa。剪切破坏模式中，
最优的为CF模式，其次为SCF模式，最差的是AF模式。

[0063] 性能评价结果如表3所示。

[0064] 表1

[0065]

[0066] 表2

[0067]

[0068]

[0069] 表3

[0070]

[0071] 由表3中的数据可知，本发明实施例1‑8提供的锌铝镁镀层钢的亮度变化量为1.9‑2 2
2.7，耐黑变能力强，单位面积失重为0.28‑3.91g/m ，耐蚀性好，粘结强度为25‑31.1g/m ，除
实施例5的剪切破坏模式为SCF，其余均为CF，粘结强度高。对比例1‑9提供的锌铝镁镀层钢
的亮度变化量为3.3‑8.5，耐黑变能力不及本发明实施例，单位面积失重为0.028‑1000g/
2 2
m，粘结强度为13.6‑22.1g/m，剪切破坏模式均为AF，粘结强度不及本发明实施例1‑8。

[0072] 本发明提供了一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，锌铝镁镀层钢中镀层中含有Al和Mg元素，以使锌铝镁镀层钢具有良好的耐蚀性能；同时控制镀层的晶粒尺寸，以减小晶粒表
面的曲率半径，增大曲率，降低氧化膜稳定性，从而提高锌铝镁镀层的耐黑变性能。本发明
提供的锌铝镁镀层钢的亮度变化量为1.9‑2.7，耐黑变能力强，单位面积失重为0.28‑
2 2
3.91g/m，耐蚀性好，粘结强度为25‑31.1g/m，剪切破坏模式大多为SCF，粘结强度高。

[0073] 最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且
还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的
要素。

[0074] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0075] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。