CN105829557B - 图案化轧制锌合金板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于覆盖和保护建筑屋顶和外墙的特殊图案化的锌板。一个与在建筑物应用中使用锌板相关的反复出现的问题是白锈的发展。由于很难实现完全避免白锈，因此使用额外的方法减少它的影响是最受欢迎的。现在，本文提出通过在锌的表面上提供一种掩饰图案来限制白锈的可见性。本发明更具体地涉及一种具有至少一种图案化表面的未风化的轧制锌合金板，所述图案化表面具有随区域变化的光学反射率，其特征在于：所述区域具有伪随机形状，其特征尺寸在0.1mm‑10cm的范围内；并且当以任意方向测量整个所述板时，所述光学反射率表现出：镜面反射率的RMS偏差大于3GU和/或漫反射率的RMS偏差大于0.2。公开了一种用于在锌上生成合适的掩饰图案的激光辅助压印方法。

Description

图案化轧制锌合金板
技术领域
本发明涉及用于覆盖和保护建筑物屋顶和外墙的特殊图案化的锌板。
背景技术
一个与在建筑应用中使用锌板相关的反复出现的问题是白锈的发展。白锈是一种多孔的腐蚀产物，其包括锌的氢氧化物、碳酸盐和水，也被称为湿存污点(wet storagestain)。当新的锌表面在一个潮湿封闭的环境中和有限量的氧气和二氧化碳储存在一起时，白锈频繁发展。同样地，在安置后处于自然室外大气环境时白锈也会迅速发展，此时锌表面还未有足够的时间来形成提供很好的腐蚀防护的自然氧化层。
白锈通常起始于直径为0.1-1mm的白色小斑点。之后这些斑点会越长越大并形成更大尺寸的白色斑块。这些斑块具有看似随机的位置和形状。
白锈不会危害或以其他方式缩短锌板的预期寿命。但是，它有损美观。它会降低产品的吸引力，并且甚至会导致人们对产品完好性的怀疑。
目前已经有很多建议来防止白锈。通常的建议是在适当通风的条件下储存。但是严格的储存条件是难以保证的，尤其是在已经将锌发货给客户后。因此，常用表面钝化处理或涂层。虽然这些处理确实能防止白锈，但是它们会与锌的自然风化相互干扰。这种被极大延缓的自然风化是大多数防白锈保护处理不期望的副作用。
发明内容
本文提供了一种完全不同的方法：由于很难实现完全避免白锈，因此使用额外的方法来减少白锈的影响是最受欢迎的。现提出通过在锌的表面上提供一种掩饰图案来限制白锈的可见性。
必须指出的是，一旦暴露于外部气氛中，将开始自然风化，并且这也会在一段时间后降低白锈的可见性。本发明涉及刚生产出的因此是仍处于未风化或未老化状态的锌板，因而还未生长出自然氧化表层。事实上，该新产品同样需要具有适宜的外观，不管是在从远处看其位于屋顶或外墙上时，还是在工匠在安置过程中进行手工处理时。
更具体地，本发明涉及一种未经风化的轧制锌合金板，其具有至少一种光学反射率随区域变化的图案化表面，其特征在于，所述区域具有伪随机形状，其特征尺寸在0.1mm至10cm的范围内；并且当以任意方向测量整个板时，所述光学反射率表示为镜面反射率的RMS(均方根)偏差大于3GU和/或漫反射率的RMS偏差大于0.2。依据ISO 7668来测量镜面反射率，以及依据ISO 7724/1来测量漫反射率。
所述产品表现出反射率在整个板材的区域之间随机变化。反射率的这种变化必须与需要被掩饰的白锈斑的尺寸相适应。在实践中，希望掩饰约为0.1mm的小斑点、大至尺寸为10cm或更大的区域的形式的白锈。掩饰图案需要具有类似的特征尺寸。
特征尺寸指的是在所述板的反射率图上介于连续最大值和最小值之间的可测得的较暗区域或较亮区域的线性尺寸。
所述变化的反射率也可以被定义为含有在100cm-1-0.1cm-1范围内的空间频率分量。优选范围为10cm-1至0.1cm-1。该定义是基于所述特征尺寸的一种选择。
所述区域的伪随机形状也是一个基本特征。重复的图案将有违保留产品自然属性的目的。然而，长程(例如大于2米)的图案重复是可以被容忍的，因为当产品被以常规方式切割并放置在屋顶或外墙时，它们并不明显。类似地，极短距离的重复(例如小于0.1mm)也不会有不良影响，因为对肉眼来说它们几乎不可见。
伪随机指的是位置和图案是在生产过程中决定的(例如基于使用的生成随机数的算法)。
所述掩饰图案应使得光学反射率的变化具有足以有效掩盖白锈或其他表面缺陷的幅度。尽管前述RMS偏差已基本够用，但优选的值为镜面反射率RMS偏差大于5GU和/或漫反射率RMS偏差大于0.5。
这些变化都是可以通过使用常规商购设备测量的值。这些设备在表面上约1厘米接1厘米的取样而报道反射率。这意味着，在基本上1厘米以下的尺度的变化将会被低估。
所述RMS偏差应该优选地在100cm-1至0.1cm-1的范围内、更优选10cm-1至0.1cm-1范围内考虑空间频率时达到。
表面的光学外观是复杂现象的结果。光的反射实际上取决于很多因素，主要为：照明的角度、视角、光的波长(或频谱)、和偏振。可能的衍射效应将会使情况更加复杂。对于半透明材料来说，穿透深度也起着重要的作用。
然而对于本发明，通过镜面反射和漫反射就足以表征表面反射率的特点。事实上，这两种模式都能够单独地隐藏白锈。
可以使用型号为AG-4446的光泽度计(Micro Gloss)来测量所述镜面反射率。该仪器采用3种几何形状，以标准的照明角度20、60和80°，来应对各种表面，并且符合ISO 7668。一个理想的磨砂表面产生0GU(光泽单位)的值，而高抛光的黑色表面产生100GU的值。对于非黑色高度抛光的表面，该规模允许高于100GU的值。
使用型号为CM-2500d(Konica Minolta)的分光光度计测量漫反射率，符合ISO7724/1。所述反射率以CIELAB色彩空间中的亮度(L*)来表示，其范围为0-100等级，其中黑色为0且白色为100。所述光源是根据D65，D65是由国际照明学会(CIE)定义的常用标准光源。
本文公开的产品展现出变化的镜面反射率和/或漫反射率。所述反射率沿任意线性测量路径随机改变，并且具有足够的振幅偏差来掩盖白锈。用在测量路径平均值周围的RMS偏差来量化振幅偏差。
优选漫反射率大于75的锌板表面。事实上，这种比较明亮的灰色色调有利于掩饰白锈。使用与那些压印变化反射率的图案相同的方法可以获得该效果。
虽然整个锌板的颜色变化可以帮助隐藏白锈，但仍然优选保留天然锌的灰色色调。灰在色彩空间中是一种饱和度低的“颜色”。使用与那些压印反射率变化的图案相同的方法可以获得该结果。因此优选锌板表面具有在色调-饱和度-亮度(HLS)色彩空间中低于20％的饱和度。
锌板表面上出现条纹是常规涉及轧制的生产工艺不可避免的后果。这些轧制条纹赋予了板材固有的各向异性，清晰地示出了轧制方向。它们的存在会导致加重其他表面缺陷，例如白锈、划痕和指纹。其原因是后面的人为现象主要是各向同性的，并因此与条纹形成对比。因此优选使得条纹不再突出或甚至消失。使用与那些压印反射率变化的图案相同的方法可以获得该结果。
本产品的其他优点为划痕、指纹、或其他污渍的可见度较低。类似地，可以掩饰一定限度的色彩或阴影的变化、或轻微的不平整。
优选使用依据EN 988标准的Zn-Cu-Ti合金制备锌板表面，因为这是用于建筑领域的质量规范标准。
存在一些手段可以使得锌板的局部的反射率更大或更小。这些手段可以分为：光学、化学、机械、或热。
可以使用不均匀的涂层(其特征为具有变化的厚度或颜色)向锌赋予所需的图案。虽然没有排除这种方法，但是从预期效果来看，并不推荐使用。实际上，涂层，特别是厚涂层，将不适当地延缓材料的自然风化。
同样可以使用利用了在所述板上随机分布不均匀的蚀刻溶液的化学蚀刻。虽然没有排除这一***，但是它难以对工艺进行精确控制并且很难重复。
机械方法，如多步压花，非常适合用于显著改变锌板的表面纹理和因此反射率。
热方法，例如通过使用大功率热源，例如激光器，同样适合于在表面压印几乎任意所需的图案。
合适的微观结构可以表征为：在所述板的平均表面平面以上或以下1到100μm的范围内出现的连续的凸起和凹坑。这些微观结构将局部改变表面的光学反射率。在所述板的表面上调整这些微观结构的类型或密度可以相应地改变光反射率。
具体实施方式
下面的实施例对本发明进行了说明。
根据下面描述的方法，通过进行激光脉冲对未风化的EN 988轧制Zn-Cu-Ti板的一个表面进行图案化处理。
使用了TruMark station 5000型激光标刻工作站，该激光标刻工作站配备了一个在1064nm下发射的TruMark 6020激光Nd-YAG源。该激光的平均输出功率为17W。光斑直径为116μm。其以10-60Hz的速率进行脉冲，因此产生了能量范围为1.5-0.3mJ的脉冲。由于脉冲之间的光学填装时间(optical charging time)的减少，单个脉冲的能量随着重复速率的提高而下降。该脉冲持续时间固定为5μs。
现已证明，上述能量水平能够在锌的表面形成小的弹坑或凹坑。这些凹坑的直径范围为10μm-100μm，对应于0.3-1.5mJ的能量范围。
通过调整脉冲的能量可以得到不同的阴影：高能量获得较大凹坑并在表面形成较暗的外观。
通过抖动处理(dithering)同样可以获得不同的阴影：靠近的一组凹坑会比稀疏分散的凹坑获得更暗的外观。不仅通过调整重复率可以对此进行控制，而且通过改变线性扫描速度同样可以对此进行控制。扫描速度在0.2-10m/s较为合适。
大量紧密间隔的低能量凹坑会降低金属的自然光泽。它也将掩盖轧制条纹。
上述内容在图1中得以展示，图1显示了显微照片所得到的表面外观。所示图案是通过使用45kHz的脉冲频率、2m/s的线性扫描速度、和50μm的行间距(也称为扫描间距(hatch spacing))获得。
使用伪随机图案生成预先计算好待转移到锌板上的所希望的伪随机图案。在转换为兼容的数字格式后，将数据上传到激光标刻工作站。
该工作站包括用于逐行扫描锌板和根据所需图案脉冲激光束所需的所有软件和硬件。在本实施例中，采用设备制造商的用于压印金属的标准条件。
图2示出了印在纸上的预先计算的伪随机图案。
图3示出了转移到锌板的图案的照片。虽然亮度和对比度与纸打印不同，但其结果足以掩盖白锈。
所获得的锌的镜面反射率约为9.9GU(60°下测量)，RMS偏差为4GU。
所得到的压印产品的表面可以进一步进行化学处理，如磷酸盐转化。这在保留产品总体性能的同时提高了其耐腐蚀性。

Claims (5)

1.用于建筑物覆盖和保护的未风化轧制锌合金板，其具有至少一种图案化表面，在所述表面上具有随区域变化的光学反射率，所述未风化轧制锌合金板的特征在于：
-所述区域具有伪随机形状，其特征尺寸在0.1mm至10cm的范围内；
-当以任意方向测量整个所述未风化轧制锌合金板时，所述光学反射率表现出镜面反射率的RMS偏差大于3GU和/或漫反射率的RMS偏差大于0.2；以及
-微观结构被压印在图案化表面上，所述图案化表面包括具有较高光学反射率的微观结构的区域和具有较低光学反射率的微观结构的区域。
2.根据权利要求1所述的用于建筑物覆盖和保护的未风化轧制锌合金板，其特征在于：通过凸起和凹坑中的一种或两种来形成所述压印的微观结构，所述凸起位于所述板的平均表面以上1-100μm的范围内以及所述凹坑位于所述板的平均表面以下1-100μm的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的用于建筑物覆盖和保护的未风化轧制锌合金板，其特征在于：所述板的图案化表面的平均光学反射率具有高于75的漫反射率值。
4.根据权利要求1或2所述的用于建筑物覆盖和保护的未风化轧制锌合金板，其特征在于：所述板的图案化表面的平均饱和度水平具有在色度-饱和度-亮度(HLS)色彩空间中低于20％的值。
5.根据权利要求1或2所述的用于建筑物覆盖和保护的未风化轧制锌合金板，所述锌合金为根据EN 988标准的Zn-Cu-Ti合金。
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