一種鋅鎂合金鍍層鋼帶的工業(yè)化全連續(xù)型pvd生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼帶表面工程的涂鍍領(lǐng)域，涉及一種鋅鎂合金鍍層鋼帶的工業(yè)化大氣 到大氣（簡稱"空到空"）全連續(xù)型PVD (Physical Vapor Deposition，簡稱PVD，即物理氣 相沉積）生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋅鎂合金鍍層在歐洲被認為是下一代的智能型鋼帶鍍層材料，同樣厚度的鋅鎂合 金鍍層鋼帶，具有顯著優(yōu)于熱鍍/電鍍鋅鋼帶的耐蝕性，并在切邊及鍍層破損部位具有優(yōu) 良的自愈能力，具有良好的焊接性、涂裝性和成形性?？捎糜谄?、建筑、家電及電力等領(lǐng) 域，如果采用鋅鎂合金鍍層鋼帶制作汽車白車身，由于其優(yōu)異的耐蝕性及鍍層破損/切邊 部位的自愈能力，有可能取消汽車白車身制造（如折邊彎邊部位）過程的施涂密封膠工序， 簡化汽車白車身設(shè)計，縮短汽車白車身制造周期，應(yīng)用于建筑、家電及電力等領(lǐng)域，耐蝕性 顯著增強。
[0003] 鋅、鎂是常用的陽極鍍層材料，但是純鎂鍍層并不耐蝕，故常與Zn、Al合金化后使 用。鍍鋅層對鋼帶起到有效的腐蝕防護作用，源于如下兩方面的原因：（1)鍍鋅層經(jīng)過化學(xué) 或電化學(xué)腐蝕后，生成鋅的腐蝕生成物，致密的腐蝕生成物對基體起到遮擋覆蓋作用；（2) 若鋅層破損后露出鋼基體，則鋼基體中的鐵與鋅構(gòu)成腐蝕原電池，腐蝕環(huán)境中產(chǎn)生電偶腐 蝕，鋅由于電極電位負于鐵，作為陽極被腐蝕，而鋼基體作為陰極得到保護。所制備的鋅鎂 合金鍍層鋼帶，通過合金化形成鋅鎂合金相，腐蝕環(huán)境中，能夠顯著地促進致密的鋅/鎂的 堿式復(fù)鹽型腐蝕產(chǎn)物的生成，更加有效地隔離鋼基體與腐蝕介質(zhì)，顯著提升合金鍍層的腐 蝕防護作用，耐蝕性能提升為鍍鋅鋼帶的十倍左右。
[0004] 由于鎂的化學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì)都非?；顫?，采用傳統(tǒng)的"濕法"沉積工藝（熱鍍 和電鍍）存在難以克服的技術(shù)瓶頸一一熱鍍生產(chǎn)，合金鍍液中不能存在高含量的鎂，由于鎂 非?；顫?，鍍鍋內(nèi)的鍍液將會產(chǎn)生嚴重的氧化，即使采用覆蓋劑也非常嚴重，不僅影響鍍層 的附著力和成形性，而且鍍層中有效鎂的含量難以控制；采用水溶液電鍍，由于鎂標準電極 電位為-2. 37V SHE，能量將會消耗在大量析氫上，導(dǎo)致鎂無法沉積；如果采用熔融鹽電鍍， 消耗大量熱能，高溫會影響鍍層鋼帶的力學(xué)性能，高溫和耗能這兩個方面限制了熔融鹽電 鍍生產(chǎn)鋅鎂合金鍍層鋼帶的工業(yè)化推廣。
[0005] PVD技術(shù)固有的物理氣相沉積特點，使得連續(xù)PVD技術(shù)具有環(huán)保、靈活及功能強大 的特點。采用復(fù)合法工藝生產(chǎn)鋅鎂合金鍍層，在熱鍍/電鍍鋅基帶上直流磁控濺射鎂，然后 經(jīng)過反應(yīng)擴散，使得鋅鎂之間發(fā)生合金化。合金相主要位于表面、鋅晶界及鋅-鋼基體界 面，表面及鋅晶界處主要是鋅鎂合金相，在生成鋅鎂合金相的同時，鋅-鋼基體界面附近生 成性能優(yōu)良的鐵鋅合金相，合金鍍層鋼帶經(jīng)過T0C(Thin Organic Coating，簡稱T0C，即薄 有機涂層）涂敷后成為成品帶卷。
[0006] 連續(xù)PVD的工作原理是：真空條件下，通過高溫加熱靶材，使之蒸發(fā)成氣相，或通 過電子、離子、光子等荷能粒子，從靶材濺出相應(yīng)的原子、離子或分子（氣態(tài)），或通過等離 子體弧的高溫和電場效應(yīng)，使靶材氣化并電離，氣態(tài)的靶材粒子（或其反應(yīng)產(chǎn)物）在連續(xù)走 行的鋼帶表面連續(xù)沉積成固相膜。
[0007] 通常，在密閉的真空腔室中進行PVD鍍層沉積，鍍層沉積為批量式生產(chǎn)，生產(chǎn)的持 續(xù)性差，各批次產(chǎn)品的均勻一致性差；由于鎂的化學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性質(zhì)都非?；顫?，采用熱 鍍或電鍍都存在極大的技術(shù)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鋅鎂合金鍍層鋼帶的工業(yè)化全連續(xù)型 PVD生產(chǎn)工藝，能夠?qū)⒒鶐疤幚恚ɑ瘜W(xué)清洗-超聲清洗）、PVD鍍鎂、合金化及后處理集成 于同一條鋼帶連續(xù)精整機組，生產(chǎn)合金鍍層，合金鍍層中存在鋅鎂合金相及鐵鋅合金相，生 產(chǎn)的鋅鎂合金鍍層鋼帶具有優(yōu)異的耐蝕性及優(yōu)良的綜合應(yīng)用性能，鍍層鋼帶的性能均一， 質(zhì)量優(yōu)良。
[0009] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0010] 一種鋅鎂合金鍍層鋼帶的工業(yè)化全連續(xù)型PVD生產(chǎn)工藝，基帶為熱鍍/電鍍鋅鋼 帶，設(shè)置入口多級壓差室3、連續(xù)PVD區(qū)段和出口多級壓差室7,該工藝包括如下步驟：
[0011] 1)鋼帶進入入口多級壓差室3,實現(xiàn)鋼帶走行區(qū)域的內(nèi)部壓力從大氣壓向PVD直 流磁控濺射所需本底真空度的梯度壓力下降；
[0012] 2)采用烘烤脫氣裝置4對鋼帶表面進行真空脫氣，使得吸附于鋼帶表面的氣體解 吸；
[0013] 3)采用等離子轟擊裝置5產(chǎn)生等離子體，轟擊鋼帶表面，以對鋼帶表面進行深度 物理清潔，去除表面的氧化物或污物，活化鋼帶表層晶格；
[0014] 4)鋼帶進入直流磁控濺射單元6,視機組速度需要，其內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的多個 直流磁控濺射模塊；
[0015] 5)鋼帶經(jīng)過出口多級壓差室7,實現(xiàn)鋼帶走行區(qū)域內(nèi)部的壓力從PVD濺射所需本 底真空度向大氣壓力的逐級梯度升高；
[0016] 6)經(jīng)過連續(xù)PVD區(qū)段的鋼帶于410-418°C經(jīng)過10-20s的反應(yīng)擴散，得到鋅鎂合金 鍛層。
[0017] 所述入口多級壓差室3,設(shè)置有多級相互獨立而內(nèi)部連通的真空腔室，每個真空腔 室配置相應(yīng)的真空獲得系統(tǒng)，在機組正式投入運行前率先抽至所需要的工作真空度，沿著 鋼帶運行方向，真空度逐級升高即內(nèi)部壓力逐級降低，入口第一級壓差室的入口側(cè)與大氣 連通，入口第七級壓差室的出口側(cè)與連續(xù)PVD鍍室相通，本底真空度可達3xlO_ 3Pa。
[0018] 所述烘烤脫氣裝置4的烘烤溫度為150-250 °C。
[0019] 所述直流磁控濺射模塊中，鎂靶結(jié)構(gòu)型式為直流磁控旋轉(zhuǎn)圓柱靶，滿足工業(yè)化機 組60-120m/min高速走行條件下連續(xù)沉積400nm厚度的鎂的需要。
[0020] 濺射工藝參數(shù)為：靶功率密度3w/cm2,工作壓力P為0· 10Pa，基板溫度Ts為 40-1KTC 〇
[0021] 所述出口多級壓差室7,設(shè)置有多級相互獨立而內(nèi)部連通的真空腔室，每個真空腔 室配置相應(yīng)的真空獲得系統(tǒng)，在機組正式投入運行前率先抽至所需要的工作真空度；沿著 鋼帶運行方向，真空度逐級降低即內(nèi)部壓力逐級升高，出口第一級壓差室的入口側(cè)與連續(xù) PVD鍍室相通，本底真空度可達3xlO_3Pa，出口第七級壓差室的出口側(cè)與大氣相通。
[0022] 鋼帶在進入連續(xù)PVD區(qū)段前進行前處理，前處理工藝為大氣環(huán)境下的化學(xué)清洗和 /或超聲清洗。
[0023] 鋅鎂合金鍍層鋼帶表面進行后處理，后處理工藝為涂敷3-5 μ m厚的TOC涂層。
[0024] 所述TOC涂層的粘結(jié)骨架材料是樹脂，采用雙組分水性改性聚氨酯（WPU)涂料為 原料，主要成分為水稀釋型封閉型脂肪族聚異氰酸醋Bayer-Bayhydur BL XP 2706和含輕 基水稀釋型聚丙稀酸醋Bayhydrol A 145,以娃溶膠為納米添加劑，固化溫度為110-130°C， 固化時間滿足機組正常生產(chǎn)時運行速度60-120m/min的需要。
[0025] 合金相主要位于表面、界面及鋅晶界處；表面及鋅晶界處主要是鋅鎂合金相， 鋅-鋼基體界面處主要是鐵鋅合金相。
[0026] 本發(fā)明通過在連續(xù)PVD區(qū)段設(shè)置入口多級壓差室和出口多級壓差室（相鄰壓差室 之間或壓差室與其相鄰設(shè)備之間，內(nèi)部連通又相對獨立，沿著鋼帶運行方向，入口多級壓差 室第一級入口側(cè)連通大氣，壓力逐級降低，第七級連通PVD鍍室；出口多級壓差室內(nèi)壓力逐 級升高，第一級入口側(cè)連通PVD鍍室，第七級出口側(cè)連通大氣），人為創(chuàng)設(shè)出"空到空"的連 續(xù)PVD區(qū)段，實現(xiàn)高活性鎂的連續(xù)PVD沉積。同時，將基帶前處理（化學(xué)清洗-超聲清洗）、 PVD鍍鎂、合金化及后處理集成于同一條鋼帶連續(xù)精整機組，得到具有優(yōu)異耐蝕性及綜合應(yīng) 用性能的鋅鎂合金鍍層，后處理使得合金鍍層具有自潤滑及耐指紋性能，為用戶提供具有 優(yōu)良性能的"拿來即用"的鍍層鋼帶。
[0027] 本發(fā)