熱鍍鋅產線無鉻耐指紋鈍化工藝開發與研究

高 凱

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

我國現已成為全球最大的家用電器制造基地，各類家電產品遠銷全球[1]。熱鍍鋅耐指紋鋼板因其具有優良的耐指紋特性以及良好的耐蝕性、耐黃變、涂裝性、導電性能等，在家電行業得到廣泛應用，已經成為一種順應我國綠色、健康、無公害家電發展要求的升級換代產品，符合節能降耗的發展趨勢[2-3]。

國內目前生產環保型鈍化產品的主要有寶鋼、馬鋼、鞍鋼、首鋼和馬鋼等先進鋼企，寶鋼基于“綠色制造、制造綠色””的理念，已向市場推出了無鉻、無鉛處理的環保鍍涂層鋼板，品種涉及家電用鋼中的鈍化鋼板、熱鍍（鋁）鋅鈍化和耐指紋鋼板[4]。馬鋼成功開發了高質量無鉻鈍化環保熱鍍鋅產品，解決了熱鍍鋅鋼板的工藝性能與環保要求相結合的工業化生產的技術難題，產品具備優異的耐蝕性、耐高溫性、耐堿性、焊接性和潤滑性等綜合工藝性能[5]。

某公司熱鍍鋅機組產線投產于2018 年，產品定位高檔次、高強度、高深沖性能、高附加值品種的汽車、家電用熱鍍鋅板，為彌補與先進企業的差距，通過對無鉻耐指紋鈍化現場工藝進行研究摸索，成功開發高表面無鉻耐指紋產品。

1 無鉻耐指紋鈍化膜成膜機理

耐指紋膜是指在熱浸鍍鋅鋼板生產工藝條件下耐指紋膜迅速在鍍鋅層表面發生化學反應，生成一種致密的稀土雜化的類陶瓷體，這種陶瓷體又和有機硅材料反應，形成一層致密的有機無機復合膜[6]。耐指紋膜分為反應層，濃縮層和潤滑層，分別賦予耐指紋膜耐蝕性、潤滑性、耐指紋性、附著性等性能。無鉻耐指紋鈍化液的主要成分及作用見表1。

表1 現代無鉻耐指紋液的主要成分及作用

耐指紋鈍化液涂敷在鍍鋅板表面后，經過烘干時，成膜過程分為4 個階段：階段I：濕膜涂敷：有效成分均勻地分散在水介質中；階段II：濕膜中非結合水的揮發；階段III：樹脂乳膠微粒表面分散劑的脫離→各微粒間的融合；階段IV：理想的成膜狀態，結合水/分散劑完全脫離、微粒充分交聯完全融合，成膜過程如圖1 所示。

圖1 耐指紋鈍化膜成膜過程

2 耐指紋膜性能提升研究

某公司熱鍍鋅機組采用外購無鉻耐指紋鈍化液，基于DX51D+Z、DX53D+Z 等熱浸鍍鋅板上試驗生產無鉻耐指紋鈍化產品，對影響無鉻耐指紋膜耐蝕性、導電性等性能影響因素進行分析。

2.1 耐指紋膜表面缺陷影響

通過對鹽霧試驗不合格的耐指紋樣品，如圖2 所示，進行SEM掃描能譜分析，見圖3，鈍化膜成分如表2 所示，在異常部位腐蝕點1 和2 處存在Al，Fe 等非鈍化膜成分雜質，正常部位3 點不存在，說明耐指紋膜表面缺陷是影響耐腐蝕性能的重要因素之一，因此提升鈍化膜表面質量，能夠提升耐指紋膜耐腐蝕性能。

圖2 72 h 鹽霧試驗樣

圖3 局部SEM 掃描

表2 試樣能譜分析表

2.2 表面粗糙度影響

帶鋼表面粗糙度較高時，耐指紋產品鹽霧試驗合格率相對低粗糙度產品較低，耐腐蝕性能較差。如圖4 所示，鍍鋅層表面結構較為粗大、不均勻時，由于耐指紋藥液的表面張力等原因，在尖角處等會出現大面積涂膜不能完全覆蓋的現象。在這些部位腐蝕一旦發生，很容易大面積擴展，耐指紋皮膜無法起到有效的保護作用。因此，優化帶鋼表面粗糙度是提高鈍化膜耐腐蝕性能的重要手段之一。

圖4 耐指紋膜涂膜示意圖

2.3 耐指紋膜質量影響

耐指紋膜的厚度影響著鈍化膜的耐腐蝕性能和導電性，而高端家電對原材料的電磁屏蔽和耐腐蝕性能要求非常高，為了得到導電性能、耐腐蝕性能優異的耐指紋產品。項目組通過分析得到耐指紋膜厚度與導電性、耐蝕性的變化關系，如圖5 所示，當耐指紋膜厚控制在1.0～1.5 g/m2時，耐指紋板能夠獲得良好的耐腐蝕性和導電性。

圖5 耐指紋膜厚度與導電性、耐蝕性的變化關系

2.4 膜重對耐指紋性能的影響

如圖6 所示，隨著鈍化膜質量的增加，目視指紋愈難以辨認，當鈍化膜質量達到0.8～1.4 g/m2范圍時，帶鋼表面指紋附著部分與無指紋部分的光反射強度差異不大，手指接觸后難用肉眼看到指紋，表面光潔度高，能得到較好的耐指紋性能。

圖6 耐指紋性能與膜重關系

3 無鉻耐指紋輥涂工藝試制

結合對耐指紋膜性能影響因素的分析，通過在熱鍍鋅產線開展線試、鈍化膜性能表征，合理設計鈍化輥涂輥間壓力、速比、插入量及烘干溫度等參數，現場能穩定生產無鉻耐指紋鈍化產品，輥涂工藝參數控制表見表3。

表3 鈍化工藝參數

當機組速度變化波動時，為保證膜厚，可以調節速比（涂覆輥、提料輥與線速的百分比）。提高速比可使輥轉動更快，在單位時間內，使更多的藥劑與帶鋼接觸，可提高膜厚，同理降低速比會降低膜厚。根據現場實際情況，總結制定不同線速度和膜重要求的速比設定見表4。

表4 不同線速度和膜重要求的速比設定

如表5 所示，通過對生產的耐指紋板進行取樣檢測，耐指紋膜各項性能指標均優于評價標準，72 h 鹽霧試驗合格率＞99.9%，耐黃變性能ΔE≤3，耐指紋性能ΔE≤2 能完全滿足高端家電板的使用要求。

表5 耐指紋試樣總體性能表

4 結論

1）通過在熱鍍鋅產線開展無鉻耐指紋鈍化工藝試制，設計合理的輥間壓力、速比、烘干溫度、咬合量等關鍵輥涂工藝參數，能穩定生產無鉻耐指紋鈍化產品。

2）無鉻耐指紋膜的性能與表面缺陷、膜重、粗糙度等因素相關。

3）無鉻耐指紋產品耐蝕性、耐黃變性等性能滿足技術要求，72 h 鹽霧試驗合格率＞99.9%，使產線具備高表面耐指紋鈍化產品穩定生產及供貨能力。