不同環境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷分析

吳小花，王 興

（1.蘇州托普信息職業技術學院現代技術學院，江蘇 蘇州 215311；2.安徽三聯學院機械工程學院，安徽 合肥 230601）

鍍鋅板由于良好的耐腐蝕性在各個領域中得到廣泛應用，同時由于鍍鋅板材料成本相對較低，但是表面鋅層對鋼基材電化學有著防護作用，表面質量逐漸接近電鍍鋅產品，因此鍍鋅板產品主要用于汽車制造行業，在市場中占有率也在不斷增加[1]。

目前大部分鍍鋅板表面在主要對其進行鉻酸鹽鈍化處理，鉻酸鹽膜層能夠將鋅層與外界環境隔離，并且對材料的腐蝕具有抑制作用，防止材料在運輸、存儲或使用過程中出現生銹現象。

但鍍鋅板表面雖然經過防腐處理，但是依然經常出現表面鈍化膜黑斑缺陷，影響到材料的后續加工。為對汽車質量與使用生命進行保障，針對不同環境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷進行分析。

1 不同環境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷分析

1.1 實驗對象與方法

為對不同環境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷進行分析，對常規規格生產出來的出現缺陷的鍍鋅板為研究對象，對其進行試樣截取[2]。將同一鍍鋅板分為相同三組，分別放置在干燥、潮濕以及高溫三種不同環境下，對三組實驗數據設定相應的條件，為保證實驗的公平性，各組參數始終保持一致。通過S-3400N型顯微鏡對不同位置的鍍鋅板進行觀察并分析其成分。采用SEM觀察其缺陷的宏觀形貌，并對其化學缺陷進行分析[3]。利用稀鹽酸加緩蝕劑對鍍鋅層表面進行處理后，對鍍鋅板表面進行觀察，結合實際環境分析鍍鋅板缺陷原因。

1.2 車用鍍鋅板表面黑斑形貌特征

在不同環境下車用鍍鋅板全部會出現黑色點狀物質，從外觀來看，這部分點狀缺陷主要沿軋制方向延伸并出現一定變形。鍍鋅板表面黑斑會在鍍鋅卷開卷放置一段時間后出現[4]。

通過對已經出現黑斑的鍍鋅板表面進行顯微觀察可以發現，鍍鋅板表面黑斑部分會呈現不連續且不規則的黑色團，并且面積較大。鍍鋅板黑斑處鋅花結晶核被覆蓋，呈粉化狀。

鍍鋅板長時間處于裸置狀態下，黑斑會逐漸擴大且變黑程度逐漸增加，這種情況被稱為鍍鋅板黑變現象。鍍鋅板黑斑部位不會呈現凹凸狀，更加接近氧化狀態。一般情況下，鍍鋅板表面在經過處理后主要防腐蝕物質Cr3+以及Cr6+所組成的ΣCr+。

Cr3+在鍍鋅板表面的保護膜中起著主要作用，其含量也決定著保護膜的強度與著力度。而Cr6+則在保護膜中起到修復作用，其含量決定了保護膜的耐蝕性[5]。當鍍鋅板保護膜中Cr+成分整體Cr3+含量超過30%，則膜較為光亮且耐蝕性好，但當Cr+成分整體Cr3+含量低于30%時，膜耐蝕性變差的同時顏色變淡。保護膜整體顏色會隨著Cr3+含量的增加逐漸變深。

1.3 不同環境下黑斑SEM分析

根據對三組試樣的正常部分與黑斑部分進行SEM掃描結果可以看出，三試樣黑斑處晶間邊緣已經相融合，在特征上出現絮狀物，因此證明三組黑斑已經被腐蝕。而黑斑缺陷處，晶核及晶間處出現腐蝕，從而可以斷定出鍍鋅板保護層脫落或未起到保護作用。

1.4 黑斑能譜成分分析

對三組實驗黑斑與正常處化學成分進行能譜掃描后，其結果如表1所示：

表1 三組試樣黑斑缺陷與正常部位化學成分對比

通過表1可以看出，黑斑部位缺少Cr元素與P元素，說明這一部位不存在保護膜。

且O元素質量為23.61%，相對于正常部位的6.50來說增加17.11%，而Zn相對于正常部位的89.21%來說，減少約20%，證明黑斑處存在氧化現象。可以看出，不同環境下黑斑缺陷形成物質相同。

1.5 不同環境黑斑缺陷分析

通過對不同環境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷進行分析，以同一相同鍍鋅板分為等量三份作為實驗對象，將其分別放置在干燥、潮濕及高溫環境下，在控制單一變量的前提下，以干燥環境下黑斑缺陷數據為基礎，分別記錄三組試樣黑斑缺陷擴散速度并對其黑斑缺陷成分進行分析。為了驗證鍍鋅板在各環境下黑斑缺陷的差異，三組試樣同時對黑斑缺陷速度進行試驗，對比其擴散速度，分別記錄三組實驗在不同環境下經過2、4、6、8、10、12、14小時后的黑斑擴散情況。為避免突發性事件對實驗結果造成的干擾，實驗組與對照組處理參數相同，具體結果如下：

分析上圖可知，在對不同環境下鍍鋅板黑斑缺陷擴散速度對比中，隨著三組試樣放置時間的增加，在潮濕環境下的缺陷面積擴散速度最快，在78小時后黑斑擴散面積約為97%。

而在干燥與高溫環境下鍍鋅板擴散面積幾乎相同，且擴散速度遠遠低于潮濕環境。所以，不同環境下鍍鋅板，在潮濕環境下更加容易出現黑斑缺陷。

通過對不同環境下三組試樣的缺陷處與正常處進行觀察后可以看到明顯差異。正常處外貌主要為黑色凹陷區域與白色平坦區域相結合，黑色凹陷區域為鍍鋅板在加工過程中留下的痕跡，而白色區域為鍍鋅層表面平整后留下的平坦部位。

黑斑缺陷處鍍鋅層部位呈黑色麻點狀且會出現輕微凹凸感。通過對三組黑斑缺陷成分進行分析，其結果如表3所示：

表3 不同環境下鍍鋅板黑斑缺陷成分分析結果

其中，鍍鋅板在潮濕與高溫環境下的含氧量高達26.23%，明顯高于正常干燥環境下氧氣含量，說明在高溫與潮濕環境下黑斑缺陷處氧化較為嚴重。

通過對高溫環境下的試樣表面利用稀鹽酸加緩蝕劑處理后，可以看到鍍鋅板基板上也出現輕微黑色斑點。通過研究可以發現，鍍鋅板表面如果出現局部漏鍍也會導致黑色缺陷出現。

2 結語

鍍鋅板其表面主要覆蓋鍍鋅保護膜對其基板有著良好的保護作用，并且性能更加接近電鍍鋅材料，由于材料成本較低更低因此作為如今汽車制造行業最為廣泛應用的材料。如今大部分車用鍍鋅板表面主要進行鉻酸鹽處理，但這種處理工藝使鍍鋅板更容易出現表面黑斑缺陷，影響到后續材料加工的使用。

為保證后續汽車整體質量，針對不同環境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷進行分析。

在分析過程中，針對同一鍍鋅板在不同環境中黑斑缺陷進行研究，通過對三組試樣鍍鋅板黑斑形貌也正進行分析，分析其鍍鋅板表面鈍化機理，并對其不同環境下黑斑進行SEM分析，從而確定鍍鋅板表面黑斑形成原因，并對其黑斑能譜成分進行分析后發現，不同環境下的鍍鋅板黑斑形成物質相同。對不同環境下黑斑缺陷擴散速度與成分進行分析，幫助鍍鋅板在今后實際應用中，更好預防黑斑缺陷的出現。