耐指紋鋅鋁鎂鋼帶堿洗白斑問題研究

高小堯，梅淑文，于程福，肖 偉，侯明山，張 鵬，張嘉暉，朱立新，李宏偉

（1.河鋼集團唐鋼公司，河北 唐山 063000；2.鋼鐵研究總院先進金屬材料涂鍍國家工程實驗室，北京 100081；3.河鋼集團研究總院，河北 石家莊 050023）

熱浸鍍鋅鋁鎂板作為一種新型鍍層產(chǎn)品，具有耐腐蝕性能好、切口保護性能好、耐氯化鈉腐蝕性能好、鍍層硬度高等一系列優(yōu)點[1-2]，而耐指紋+涂油的鋅鋁鎂產(chǎn)品則更受沖壓類用鋼市場的青睞。沖壓廠在使用涂油鋼帶時一般會采用堿洗去除表面涂油，但在使用過程中堿清洗后時常出現(xiàn)白斑缺陷，酒精擦拭后無法消除，影響正常使用。目前對白斑產(chǎn)生的機理和解決方案還沒有明確的結(jié)論，因此有必要對白斑產(chǎn)生原因進行深入的研究并提出相應(yīng)的解決方案。

1 實驗

采用超聲堿洗后樣板利用場發(fā)射電子掃描顯微鏡（SEM）對白斑區(qū)域與正常區(qū)域進行掃描和能譜分析，分析不同宏觀形貌的微觀差異。白斑與正常位置宏觀形貌如圖1所示。

圖1 白斑區(qū)域與正常區(qū)域宏觀形貌

模擬客戶堿洗工藝對未清洗樣板在60℃條件下進行不同濃度和時間的堿洗工藝正交試驗，堿洗工藝及對應(yīng)編號如表1所示，通過測試耐指紋膜厚和達因筆檢測探究清洗涂油的最佳堿洗工藝。

表1 堿洗工藝及樣品編號

2 結(jié)果與分析

2.1 SEM結(jié)果與分析

采用SEM對白斑與正常區(qū)域進行掃描觀察結(jié)果如圖2所示。

圖2 掃描電鏡分析

掃描電鏡結(jié)果顯示白斑區(qū)域存在光滑區(qū)域1（2-1）和粗糙區(qū)域2（2-1），而正常區(qū)域全部為光滑區(qū)域1（2-2），這說明鋼帶表面的不均勻分布從而導致了白斑的出現(xiàn)。對白斑區(qū)域與粗正常區(qū)域進行能譜分析，結(jié)果如表2所示。

表2 能譜分析結(jié)果 %

耐指紋膜主要成分為環(huán)氧樹脂[3]，在掃描電鏡下碳元素和硅元素是鈍化膜的主要指標元素，碳元素和硅元素含量多少直接反映耐指紋膜含量多少[4]。從能譜分析結(jié)果看，白斑區(qū)域的碳含量和硅含量明顯下降，說明耐指紋膜層局部已經(jīng)完全被破壞掉，部分殘留在表面。

鋅鋁鎂鍍層中鋅是較為活潑兩性金屬，在沒有耐指紋鈍化膜的保護作用下極易被堿液腐蝕，樊耀忠等人在相關(guān)文獻中闡述了Zn在不同pH值條件下的腐蝕量[5]，趨勢如圖3所示。

圖3 Zn在不同pH值條件下的腐蝕量

在中性的環(huán)境中存在鋅鈍化區(qū)，耐腐蝕性能良好，即當pH值在6～12之間，鋅層的腐蝕為最小。但在酸和堿環(huán)境下腐蝕效率明顯加快，且在酸性條件下pH越低，在堿性環(huán)境下pH值越高其腐蝕速率越大。因此當鋅鋁鎂鋼板在堿洗過程中，堿液濃度過大（堿度高，pH值大）時，Zn的腐蝕速率會增大，從而加快Zn發(fā)生電化學反應(yīng)，向Zn2+轉(zhuǎn)化。Zn2+發(fā)生一些列的化學反應(yīng)，從而出現(xiàn)白色腐蝕產(chǎn)物堿式碳酸鋅即白斑缺陷[6]。其化學原理如公式（1）—（4）。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

按照正交試驗方法對試樣1—9進行相應(yīng)實驗，利用紅外測厚儀對堿清洗前后進行耐指紋膜厚度測量，清洗后外觀情況如圖4所示，膜厚度結(jié)果如表2所示。

圖4 不同堿液濃度和堿洗時間條件下堿洗后外觀

從圖4結(jié)果來看，當w（NaOH）在2%、5%條件下堿洗時間在達到40 min仍不會出現(xiàn)白斑缺陷。當w（NaOH）達到10%時，堿洗時間在10 min、20 min條件下均不會出現(xiàn)白斑缺陷，而堿洗時間達到40 min時出現(xiàn)了白斑缺陷。通過達因筆測試在w（NaOH）為2%，堿洗10 min條件下表面沖壓油即可清洗干凈。

膜厚度結(jié)果如表3所示。

表3 膜厚度測試結(jié)果 μm

膜厚度結(jié)果顯示w（NaOH）達到10%，堿洗時間達到40 min時，膜的厚度已經(jīng)由0.65μm下降到了0.14μm。可以肯定耐指紋膜已經(jīng)遭到了明顯破壞，當耐指紋膜遭到破壞后堿液與鋅層發(fā)生一系列化學反應(yīng)從而導致白斑缺陷的出現(xiàn)。

客戶在采用質(zhì)量分數(shù)為2%堿液清洗時間10 min的工藝后白斑問題解決。

3 結(jié)論

1）鋅鋁鎂在堿洗后產(chǎn)生的白斑是腐蝕產(chǎn)物堿式碳酸鋅，其產(chǎn)生的原因是在堿性條件下清洗過程中耐指紋膜遭到破壞，鋅鋁鎂鍍層與外界接觸從而發(fā)生的一系列化學反應(yīng)。

2）在不同堿液濃度和不同堿洗時間的條件下，耐指紋膜的遭受破壞的程度不一致，當堿液w（NaOH）達到10%。堿洗時間達到40 min時耐指紋膜遭到明顯破壞，外觀上也表現(xiàn)出了明顯的白斑缺陷。

3）實驗表明w（NaOH）為2%，堿洗10 min條件下表面沖壓油即可清洗干凈，為防止白斑缺陷產(chǎn)生，同時考慮到加工時的沖壓油污染，提出解決方案為降低清洗堿液質(zhì)量分數(shù)到2%，堿洗時間達到10min即可。