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本课题为了提高Q235钢板的耐腐蚀性能和改善涂层钢板成形加工性能,在其表面设计、制备厚度和结构可控的涂层钢板。首先采用电镀法复合热浸镀法在Q235钢板表面制备Al-Cr复合涂层,进而创新性地采用自制表面微变形装置对Al-Cr复合涂层进行表面微变形。研究了电镀Cr涂层、热浸镀铝工艺、微变形工艺对Al-Cr复合涂层形貌、组织结构、耐腐蚀和成形性能的影响。主要研究内容和结论如下:(1)采用电镀法复合热浸镀法制备Al-Cr复合涂层,研究电镀铬工艺以及热浸镀铝工艺对Al-Cr复合涂层组织结构、物相组成、厚度以及结合强度的影响。结果表明,热浸镀铝过程中,液铝在Cr涂层钢板表面的润湿性较差;为改善液铝达润湿性,发现采用10%NH4Cl+27%ZnCl2作为助镀剂形成的Al-Cr复合涂层表面平整光滑、组织致密均匀,且涂层质量最好。随着浸镀温度由700℃升高至750℃或时间由60s延长180s,Al-Cr复合涂层由“三层结构”(外层Al层、中间Al-Cr合金层和内层Al-Cr-Fe合金层)转变为“两层结构”(外层Al层和内层Al-Cr-Fe合金层)。且随浸镀温度的升高,外层Al层的厚度减小(37.17μm减少至12.68μm),合金层厚度增加(19.16μm增加至98.84μm);随着浸镀时间的延长,外层Al层的厚度由10.89μm增加至45.83μm,内层合金层厚度由22.24μm增加至67.48μm。(2)研究了浸镀工艺和表面微变形工艺对Al-Cr复合涂层钢板腐蚀性能的影响。结果表明,Al-Cr复合涂层钢板的耐腐蚀性能明显优于纯铝涂层钢板和无涂层钢板。随着浸镀温度的升高,涂层钢板的耐腐蚀性能增强;随着浸镀时间的延长,涂层钢板的耐腐蚀性能先增强后减弱;随着微变形压力的增大,涂层钢板的耐腐蚀性能也是先增大后减小。浸泡后的Al-Cr复合涂层表面产生白色腐蚀凹坑,凹坑内分布着大量“蜂窝状”腐蚀孔洞,可与涂层中的微裂纹形成腐蚀介质浸入的“腐蚀通道”。表面微变形后涂层表面腐蚀凹坑明显减少,且截面涂层保持完整,无明显缺陷产生。涂层表面的腐蚀产物主要包括 Al2O3、AlO(OH)、Cr2O3。(3)采用有限元研究方法对Al-Cr复合涂层钢板的成形加工性能进行评估,研究了拉深过程涂层钢板的变形情况以及不同工艺对涂层钢板成形加工性能的影响。结果表明,直径为30mm的Al-Cr复合涂层钢板在凸模圆角区发生破裂,凸缘区存在起皱的现象。随着试样直径的减小,Al-Cr复合涂层钢板的凸模圆角区发生破裂的趋势减小,涂层凸缘区域变小,发生起皱现象的趋势也逐渐减小;同时,Al-Cr复合涂层钢板的拉深深度随着试样直径的增大而逐渐增大,最大增厚率先增大后减小,最大减薄率增大,且最大增厚率出现在凸缘区,最大减薄率出现与凸模圆角区。(4)通过变形研究方法分析了不同的试样直径、涂层厚度和表面微变形对Al-Cr复合涂层钢板拉深性能的影响。结果表明,随着Al-Cr-30/Q235试样的直径由25mm增加至30mm,涂层钢板的最大拉深力(11.71kN增加至17.81kN)和极限拉深力(13.23kN增加至18.25kN)均有所增加,拉深试样表面无明显破裂,只存在涂层的局部起皱和脱落;随着涂层厚度的增加,拉深试样的凸模圆角区出现破裂,且极限拉深力由18.25kN降低至15.66kN;经过表面微变形的Al-Cr复合涂层钢板拉深后未发生破裂,最大拉深力和极限拉深力均有所增加。本课题通过电镀法复合热浸镀法在Q235钢板表面制备Al-Cr复合涂层,有效控制了合金层的厚度和结构,制备具有优异耐腐蚀性能和成形性能的铝涂层钢板,为涂层钢板在工业领域更广泛的使用奠定了一定理论和实践基础。