1、金属的表面处理技术 材化092 吴云娜论文摘要近年来，金属表面处理技术获得了迅速发展，已广泛应用于众多领域。随着金属加工业、铁路制造业、汽车行业的飞速发展，对生产各种金属制品及铁路、汽车零部件产品的质量有了更高要求，通过长期的实践证明，一些简单、简易的前处理方式，已经不能满足金属加工及涂装的基本要求。只有采用标准的前处理生产工艺，才能使钢铁表面形成一层标准的磷酸盐膜和防护膜，以满足金属加工和涂装处理的质量要求。因此，选用低成本、低能耗、高品质的金属前处理产品，是企业保证涂装质量和防护质量稳定与否的重要因素。另外，我国对彩涂板的研究和生产起步较晚,20 世纪90 年代末才兴起彩涂板的消费和生产热
2、潮,而且在新增产能中,许多品种和质量满足不了家电、汽车等行业的需求,建筑领域需求的以镀铝锌板、镀锌铝合金钢板等为基板的彩涂板产量也比较少。因此与世界水平相比,我国彩涂板在应用范围、产品质量和新技术开发等方面仍有较大差距。本文介绍了我国彩涂板市场发展的概况,并从产能、产品规格、品种涂料、市场策略等方面对国内外主要彩涂板生产企业进行了对比分析,展望了当前国外彩涂板生产技术的发展趋势。1.彩彩涂板的发展历史涂板的发展历史 1935年，美国建成世界上第一条生产线，从而用彩板代替传统的建筑材料。1967年日本有了第一条彩涂生产线。1985年5月冶金工业部科技办、化学工业部科技局和轻工业部科技公司联合在北
3、京召开“涂层钢板科研工作座谈会”，研讨彩涂工业。到1987年武钢钢铁公司引进我国第一条彩图生产线（年产6.4万吨）。1988年，北京建翔彩板厂引进日本彩涂生产线（年产3万吨）。紧接着上海宝钢公司、西南铝相继引进生产线，形成我国第一次彩涂工业的发展高潮。2002年后，随着彩板需求的增加我国出现第二次彩涂工业的发展高潮，这次主要是以私营企业为主。从而彩涂的产能的增长远远大于彩涂需求的增长。从而使彩涂生产厂家进入了非常危险的时期（优胜劣汰的时期）。彩涂板的品种和类别繁多，目前全世界已有彩涂板品种600多个，彩涂用基板有冷轧板、热镀铝板、热镀锌板、合金板、热镀铝锌板、热镀锌铝板、电镀锌板、电镀锌-镍板
4、等，其中冷轧板已日渐被淘汰，而采用热镀铝锌板、热镀锌板钢卷作基板的数量在增加，甚至出现了以不锈钢作基板的彩涂板。世纪交替之际，彩涂板市场非常好，许多民营企业也纷纷投资建设彩涂板。民营彩涂机组多采用国产设备，虽装备与控制水平不高，产能较小，但投资低、上马快，其产品主要面向建材、装饰行业。民营彩涂机组上马之快，数量之多，现已达到难以统计的地步。与此同时，外资、台资也纷纷登陆中国兴建彩涂机组，这些机组大部分集中在沿海地区。1999年以来，随着彩涂板市场兴旺，彩涂板的生产及消费进入了快速增长期。到2004年全国已有彩涂板产能约为800万t/a。2.前前处理工艺处理工艺 表面处理技术及工程中，前处理占有
5、极为重要的地位，他不仅作为表面处理前的一种预处理工序不可或缺，而且与后续表面处理的成败密切相关。除油、除锈、磷化、防锈等基体前处理是为金属涂层技术、金属防护技术做准备的，基体前处理质量对此后涂层制备和金属的使用有很大的影响。例如，对有磷化和无磷化处理的同一涂层进行盐雾试验，其结果是防腐蚀能力相差大约一倍。可见除油、除锈、防锈、磷化等前处理对涂层的防锈能力和金属的防护能力起着至关重要的作用。基体前处理的目的：一是增加涂层与基体的结合强度既加大附着力，二是增加涂层的功能如防腐蚀、防磨损及润滑等特殊功能。钢铁表面前处理工艺的必然：钢铁表面在轧制或应用过程中，其表面有不同程度的油脂、氧化皮或铁锈等杂质
6、的存在，在进行加工和涂装处理前，需对其进行清除处理，然后才能作为商品进行销售。如果不这样做就会严重地影响产品的外观质量和使用寿命，失去产品的竞争能力。如果钢铁表面未经处理就进行涂装，其涂层内的氧化皮、铁锈或油脂被涂层所掩盖，不久就会出现涂层脱落等现象，使所销售的产品呈现出锈迹斑斑的外观，失去了产品在市场上的竞争能力，因此钢铁表面进行前处理的必然性已引起广大企业的极大重视。2.1钢铁表面的除油处理钢铁表面的除油处理 我们了解到常用的除油方法有：溶剂除油、电化学除油、化学除油及表面活性剂除油和手工除油及机械除油等。不同的除油方法具有不同的除油特点。溶剂除油是利用有机溶剂与油污结构上的相似性，使油污
7、溶解于有机溶剂中，达到除油的目的；电化学除油一般是以稀碱液为电解液，以工件为电极，进行电解处理，利用电解时在电极表面析出的气体，将油污强行从工件表面脱离；化学除油是利用碱与油污发生皂化反应进行除油；表面活性剂除油是利用其乳化、增溶、润湿、分散等作用达到除油的目的。机械和手工除油是不言而喻的。在现代除油技术中，往往是采用几种物质的协同作用，来达到最佳的除油效果。适用于钢铁制品在电镀、发黑、磷化前及金属加工过程中的除油清洗处理。2.2钢铁表面的除锈处理钢铁表面的除锈处理 钢铁制品在加工过程中，其表面的氧化皮和铁锈必须进行化学清洗处理，使钢铁制品露出钢铁基体，更有效地提高电镀、磷化、氧化（发黑发蓝）
8、、拉伸、压延、轧制、防锈等处理效果。化学除锈最常用的方法是盐酸除锈，因为盐酸除锈速度快且可在常温下进行，所以应用广泛。但是，在实际操作中，盐酸除锈存在过腐蚀和氢脆现象，产生大量酸雾，造成环境污染和社会公害。2.3钢铁表面的磷化处理钢铁表面的磷化处理 2.3.1磷化概述磷化概述 磷化是常用的前处理技术，原理上应属于化学转化膜处理。工程上应用主要是钢铁件表面磷化，但有色金属如铝、锌件也可应用磷化。2.3.2磷化原理磷化原理 工件（钢铁或铝、锌件）浸入磷化液（某些酸式磷酸盐为主的溶液），在表面沉积形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程，称之为磷化。把金属放入含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，
9、使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做金属的磷酸盐处理。磷化膜层为微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性、不粘附熔融金属（Sn、Al、Zn）性及较高的电绝缘性等。2.3.3磷化分类磷化分类 按处理温度分：高温型（75-100，能耗大，磷化物沉积多，形成的磷化膜厚度达10-30g/）、中温型（50-75，处理时间5-15min，磷化膜厚度达1-8g/）、低温型（30-50）和常温型（10-30，节省能源，使用方便，除加氧化剂外还加促进剂，能耗小，但溶液配制较复杂，膜厚度达0.2-7g/）。按磷化液成分分：锌系磷化、锌钙系磷化、锌锰系磷化、铁系磷化、锰系磷化和复合
10、磷化等。按磷化处理方法分：化学磷化、电化学磷化。按磷化膜质量分：重量级（膜重7.5g/以上）、次重量级（膜重4.6-7.5g/）、轻量级（膜重1.1-4.5g/）和次轻量级（膜重0.2-1g/）。按施工方法分：浸渍磷化、喷淋磷化和刷涂磷化。2.3.4磷化作用及用途磷化作用及用途 涂装前磷化的作用：增强涂装膜层（如涂料涂层）与工件间结合力；提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性；提高装饰性。非涂装磷化的作用：提高工件的耐磨性，令工件在机加工过程中具有润滑性；经适当的后处理，可提高工件的耐磨性。磷化用途：磷化膜主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及用作电机硅钢片的绝缘处理、压铸模具的
11、防粘处理等。被广泛应用于汽车、船舶、航空航天、机械制造及家电等工业生产中。2.4钢铁表面的发黑处理钢铁表面的发黑处理 传统的发黑方法是碱性氧化发黑。碱性氧化发黑通常是采用高温和亚硝酸盐作为氧化剂，使钢铁零部件在极浓的碱性氧化液中进行加热氧化，使零件表面形成一层蓝色至黑色的Fe3O4保护性氧化薄膜。这种高温氧化剂因工件在发黑时受热不均及温度过高，使溶液含量变化较快，经常造成发黑膜不均等现象。所以人们渴望寻求常温发黑工艺，达到节省能源、降低成本、操作简便、发黑膜均匀等目的。2.5钢铁表面的防锈处理钢铁表面的防锈处理 2.5.1三种防锈处理方法三种防锈处理方法 钢铁的防锈处理通常分为工序间防锈、工艺
12、性防锈及最终防锈三种方法。1）工序间防锈处理一般采用水基型防锈，脱水防锈等防锈方式，防锈时间短，能满足工序间的防锈要求；2）工艺性防锈处理有钝化防锈、磷化防锈、脱水防锈油等，是因工艺要求的不同而不同；3）最终防锈处理是以油性防锈为主。因为防锈油脂不易挥发，所以它的防锈时间较长。3.彩彩涂板的工艺流程涂板的工艺流程 3.1工艺流程图工艺流程图 钢卷座备料运卷车上卷钢卷测宽、测径开卷机开卷双切剪切头尾缝合机缝合压缝合缝毛刺1 张力辊1 纠偏辊入口活套2 纠偏辊2 张力辊1 JPD碱洗涮洗1漂洗2漂洗表调3漂洗4漂洗2 JPD热风干燥化学涂层处理化涂炉干燥水冷辊冷却3 张力辊3 纠偏辊初涂初涂炉固化
13、炉后水冷热风干燥水冷后纠偏辊4 张力辊3 JPD4纠偏辊备用精涂机精涂精涂炉固化炉后水冷热风干燥水冷后纠偏辊5张力辊出口活套5纠偏辊6 张力辊4 JPD检查台检验贴保护膜剪切分卷取样卷取打捆称重包装入库 3.2工艺流程简述工艺流程简述 入口操作工接班时将镀锌跨的钢卷上至钢卷座上，之后由运卷小车将六个钢卷座储满钢卷。钢卷小车将3钢卷座上的钢卷托起向开卷机运送，途中执行自动的测径测宽流程之后将钢卷上至开卷机上。开卷机在人工控制和人工辅助下进行开卷，带头在夹送辊的配合下切掉头部缺陷部分待缝合。上一卷带钢在生产即将完毕时自动减速，切掉尾部有缺陷的部分，在人工辅助下将带头和带尾缝合在一起，压毛刺辊将缝合
14、接头处压平。带钢经清洗段的碱洗槽、刷洗槽、12热水漂洗槽、表调槽、34热水漂洗槽处理，清洗掉带钢表面的油污、杂物、锌粒等物质，并且经表调处理后增强了基板的耐腐蚀性和漆料的附着力。经清洗段处理的带钢经过热风干燥器干燥后进行化学预处理，由化涂机涂敷化涂液之后用化涂炉进行干燥。经水冷辊冷却的带钢进入初涂机涂装底漆，经涂装底漆的基板进入固化炉固化，漆料固化后的基板经炉后水冷、热风干燥之后进入精涂机涂装面漆，涂装面漆之后的基板进入固化炉进行固化，漆料固化后的基板经水冷、热风干燥之后经过出口活套进入出口段，经过检验台检验、贴保护膜机覆膜，由出口剪分卷、切除缝合缝、取样之后由卷取机卷取成成品卷，由运卷小车运
15、出，经称重、包装之后入库。4.彩彩涂板的主要应用范围涂板的主要应用范围 彩涂板在国内的主要消费领域仍为建筑业，其消费量占总数的8590。从建筑市场来看，我国建筑用钢板一直处于平稳上升态势，而彩涂板用量占建筑用钢板的比例也在逐年上升。随着人们认识水平的提高，彩涂板得到愈来愈多的用户认可，如1995年我国建筑用彩涂板实际消费仅15万t左右，但 到2000年其用量超过75万t。建筑用彩涂板主要消费在经济发达地区的工业建筑和城市标志性建筑，民用建筑虽尚未出现实质性启动，但已出现启动消费的倾向。随着我国正在进行的西部大开发以及国家加大城镇化建设的步伐，预计我国建筑业在未来20年将会出现快速发展时期，其主
16、要发展方向为住宅钢结构、高层钢结构、轻型钢结构等。据预测在今后10年内我国建筑用彩板的需求量增长将达到15以上。4.2彩涂板在我国家电业的应用彩涂板在我国家电业的应用 家电用彩涂板在发达国家里已相当普遍，但在我国仍处于由“引入期”向“成长期”的过渡时期，目前仅有海尔及上菱、苏州三星、松下、小天鹅等部分合资企业在个别产品上应用或试用，估计此彩涂板家电市场容量在10万t/a以下，其原因是我国家电企业工艺装配线多为20世纪80年代中期到90年代中期建设的系统，基本采用自带脱脂、磷化和喷涂装备的“后涂装”工艺，现在这些设备仍可利用。如改用彩涂板则意味着现有的“后涂装”设备闲置并需要增加设备投资进行现有
17、装配线的改造，即在老线上改用彩涂板会受到综合成本的影响，加上目前对家电用彩涂板基本未进口，且价格偏高，这样就阻碍了彩涂板在家电行业的应用。但随着环保要求和消费水平的提高，以及家电企业进一步迈向世界，彩涂板在我国家电行业的用量必将随之提高。5.国国内外主要厂家对比内外主要厂家对比 目前,法国彩涂板实际年产量在100万t 以上,居全球第1位;澳大利亚居第2位,实际年产量约80万t,全部由BHP集团提供,BHP彩涂板占其钢材总量14.5%。该公司有12条镀锌生产线和11条彩涂生产线,是目前国际上最大的镀面及彩涂生产企业,其镀面技术一直处于世界领先地位。中国大陆最大的彩涂板生产厂是宝钢股份公司,200
18、4年设计产能将达到57.3万t。综合对比分析规模方面:产线数量和年产能方面中国宝钢股份与韩国POSCO、韩国东部制钢、中国台湾烨辉等公司相当,而BHP公司的彩涂机组数量和总产能占绝对优势;与韩国POSCO和韩国东部制钢相比,中国宝钢股份彩涂板的厚度下限偏高,韩国现代钢管在彩涂板宽度上具有优势,BHP公司的彩涂板尺寸规格覆盖较广。品种方面:中国台湾两家公司彩涂板品种专注于镀铝锌或镀锌彩卷,韩国东部制钢侧重于功能性彩涂板,宝钢股份暂无彩色镀铝锌卷；韩国东部制钢的彩涂基板种类最多,宝钢股份基板种类缺乏热镀铝锌板卷,在一定程度上制约了彩涂板耐蚀性的竞争力;韩国东部制钢、现代钢管,中国台湾盛馀和宝钢股份
19、的涂料种类都较多,品种数量上实力相当。BHP公司注重差异化产品,不仅品种全、质量好,而且有特色。市场方面:BHP、浦项、烨辉和宝钢市场策略方面较突出;BHP的销售攻势最快最强。6.国外发展趋势国外发展趋势 全世界彩涂板的生产已趋饱和,国外已集中于提高产品质量、开发新的功能型产品,因此,一些新工艺、新技术的开发和应用日趋活跃。工艺上由辊涂新增了覆膜、压花和印花;品种上由最初的预涂钢板(PCM)发展到彩色层压板(VCM)以及环保彩色钢板(ECM);应用上从建筑内外装饰材料拓展到汽车制造、家具、集装箱、家电用品等更广泛的领域。此外,国外彩涂板技术关注热点主要有:(1)基板:多采用Galfan(5%A
20、l)、Galva-lume(55%Al)、Galvanneal(Zn-Fe)、电镀Zn-Ni甚至不锈钢,且对其表面质量、板形及尺寸精度的要求愈来愈高;(2)预处理:趋向于采用无铬的表面预处理工艺,以满足愈来愈苛刻的环保要求;(3)涂层技术:关注于粉末涂层及PET膜(聚乙烯对苯二酸盐膜)与油漆复合涂层技术;(4)涂装机:采用新型双涂头和单滑轨涂装机;(5)其他:在工艺段前设拉矫、涂装机设置博士刀,使涂层更均匀、表面更光滑等新技术。结束语 目前国内彩涂板生产和消费呈蓬勃发展态势,市场竞争也在加剧。为了赢得市场,国内彩涂板生产厂一方面应从与国外的差距中找到自身努力的方向,如品种档次、品种规格、市场策
21、略等；另一方面,应紧跟国外彩涂板的发展趋势,在特色产品和先进生产技术方面加大研发力度。第一、需求仍处于增长期。今年我国经济仍将保持平稳较快增长，国内市场钢材需求仍处于增长期，奥运工程、振兴东北、西部大开发以及各地城市基础设施、工业重点项目建设对彩涂板的需求仍将增长。从天津来看，滨海新区开发建设被提上国家发展战略的重要议事日程，众多的新型厂房建设将构成对彩涂板的巨大市场需求。第二、资源供应充足。据有关统计，今年14月国内生产彩涂板50万吨，同比增长334%；进口136万吨，同比下降451%。同期国内消费彩涂板608万吨，同比持平，供略大于求。另据专家统计，今年国内彩涂板将新增产能47万吨，产能增
22、长12%。前期受基板紧缺影响，国内彩涂板实际产量增长不大，目前基板充裕了，彩涂板价格行情又尚未止跌，因此，国内一些有潜在产能的厂家仍在观望之中。从华北地区来看，天津、北京、河北的中小彩涂板厂就有近10家，有的厂家7月份又将有第二条生产线投产。总的来看，即使不考虑进口因素，目前国内彩涂板资源也是比较充足的。当然，下一步各大钢厂将响应中国钢铁工业协会的呼吁，为稳定市场而调整产品结构，压缩产能。所以，国内彩涂板市场(特别是高档产品)，短期内也不至于出现供求失衡的现象。第三、受热镀锌板行情的影响，由于彩涂板行情与热镀锌板行情关联性很强，而且二者将维持一定的市场价差，而目前热镀锌板价格尚未止跌，所以，彩涂板作为其下游产品价格也很难止跌。下一步热镀锌板乃至其上游产品冷、热轧板卷价格何时走稳，将成为彩涂板行情出现转机的重要信号。最后感谢所有在毕业论文上帮助过我的良师益友和同学，最感谢的就是陈老师，在陈老师的指导下，我在各方面都有所提高，老师以严谨求实，一丝不苟的治学态度和勤勉的工作态度深深感染了我，给我巨大的启迪，鼓舞和鞭策，并成为我人生路上值得学习的榜样。使我的知识层次又有所提高。由于经验匮乏，能力有限，论文中难免有许多考虑不周全的地方，希望各位老师多加指教同时也感谢学院为我提供良好的做毕业论文的环境。
