無鉻耐指紋電鍍鋅鋼板的性能研究

蔡 捷 涂元強(qiáng) 周小舟 馮冠文 黃春燕

(1.武鋼研究院 湖北 武漢:430080;2.武鋼冷軋薄板總廠 湖北 武漢:430080)

0 引言

耐指紋電鍍鋅鋼板是在電鍍鋅鋼板表面涂覆功能性和導(dǎo)電性有機(jī)薄膜而成的高附加值產(chǎn)品[1-3]。耐指紋電鍍鋅鋼板以其優(yōu)良的耐指紋性、導(dǎo)電性和耐蝕性廣泛應(yīng)用于家電及電子行業(yè)領(lǐng)域,如LCD、LED液晶模組、電子機(jī)箱、機(jī)柜等。

傳統(tǒng)的耐指紋鋼板基本結(jié)構(gòu)為以電鍍鋅鋼板為基板,先經(jīng)鉻酸鹽鈍化處理,再在板面上涂覆1～3μm厚的含SiO2的有機(jī)復(fù)合樹脂經(jīng)烘烤固化形成耐指紋皮膜。其中鈍化處理可在鍍鋅鋼板表面形成一層含有Cr3+、Cr6+的雙氧化態(tài)耐蝕且具有自修復(fù)效應(yīng)的鈍化膜層,表面有機(jī)膜層可有效隔絕環(huán)境中的水合氧,所以具有非常出色的耐蝕性能。但皮膜中含有Cr6+,是有劇毒的致癌性物質(zhì),已不適合現(xiàn)有的環(huán)境法規(guī)。

為實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)及向社會(huì)提供環(huán)保型產(chǎn)品,武鋼研制開發(fā)了環(huán)保型無鉻耐指紋電鍍鋅鋼板產(chǎn)品,標(biāo)志著環(huán)保耐指紋產(chǎn)品的開發(fā)邁上新的臺(tái)階。

分析比較武鋼電鍍鋅無鉻耐指紋鋼板與國內(nèi)鋼廠B、C生產(chǎn)的電鍍鋅無鉻耐指紋板的各項(xiàng)性能,為家電及電子行業(yè)用戶選用武鋼耐指紋電鍍鋅產(chǎn)品提供相關(guān)技術(shù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用的電鍍鋅耐指紋鋼板由武鋼電鍍鋅機(jī)組生產(chǎn),鋅層厚度為20/20g/m2(基板厚度0.8mm)。將樣板剪成75×150mm的小樣備用,在剪切過程中保持樣板表面清潔無污染和擦傷。對(duì)比樣本為國內(nèi)鋼廠B、C生產(chǎn)的同牌號(hào)產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

膜層的導(dǎo)電性測量使用三菱公司的Loresta-GP型測定儀。

耐蝕性評(píng)價(jià)方法為鹽霧試驗(yàn),按J IS Z2371進(jìn)行72h,觀察表面銹蝕情況。

耐指紋性能測試以凡士林為人體汗液模擬介質(zhì),用無紡布均勻涂抹于試片表面,用Labscan-Xe色差儀測定前后的色差值。

耐黃變性能測試條件為將75mm×150mm試片在200℃下加熱20min,循環(huán)2次后用Labscan-Xe色差儀測量試驗(yàn)前后的色差值。

耐黑變性模擬測試條件為濕熱實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方法為將75mm×150mm的試樣放于45℃,相對(duì)濕度RH95%的濕熱箱中72h,用Labscan-Xe色差儀測量實(shí)驗(yàn)前后的色差值。

涂裝適應(yīng)性試驗(yàn)所用油漆為阿克蘇提供的海藍(lán)聚酯面漆,固化溫度為220～235℃,將涂漆后的試樣進(jìn)行劃格附著力(100格/cm2)、杯突試驗(yàn)(8mm)及球沖試驗(yàn)(沖擊功9J),用粘結(jié)力為(11±1)N/ 25mm的標(biāo)準(zhǔn)膠帶黏貼后用力撕拉,觀察表面漆膜是否剝落。

耐指紋皮膜的附著性測試方法為 T折彎試驗(yàn)、杯突(8mm)及球沖試驗(yàn)(沖擊功9J),觀察上述實(shí)驗(yàn)條件下皮膜是否剝落。

耐溶劑性檢測方法為使用DJ H摩擦試驗(yàn)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)壓力 1kg下往復(fù)摩擦 10次,每次距離為100mm,目測涂層破損狀況,使用的介質(zhì)為丁酮和乙醇。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 導(dǎo)電性

良好的導(dǎo)電性是保證電子電器外殼、液晶模組等具有良好耐靜電性(接地性)的前提條件。表1列出了武鋼無鉻耐指紋電鍍鋅鋼板(以A樣本表示,下同)與國內(nèi)B、C鋼廠生產(chǎn)的無鉻耐指紋電鍍鋅產(chǎn)品的表面電阻結(jié)果及表面粗糙度Ra的數(shù)值。

表1 表面電阻與表面粗糙度比較

從結(jié)果可以看出,A樣本與B鋼廠樣本的導(dǎo)電性優(yōu)良,均低于0.1mΩ,而C鋼廠樣本的導(dǎo)電性較差,不能滿足高端電子行業(yè)需求。表面粗糙度是樣板表面的一個(gè)重要參數(shù),與皮膜厚度一起協(xié)同影響產(chǎn)品的耐蝕性能和導(dǎo)電性能。

2.2 耐蝕性

電鍍鋅耐指紋鋼板的耐蝕性能受表面皮膜的厚度和緩蝕性能影響很大。皮膜越致密、膜厚越高,隔絕空氣中的水分、氧氣和其他腐蝕介質(zhì)的能力越強(qiáng),耐蝕性能就越好[4]。表2列出了武鋼無鉻耐指紋電鍍鋅鋼板與國內(nèi)B、C鋼廠生產(chǎn)的樣本的鹽霧試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

表2 耐蝕性能對(duì)比

從結(jié)果可以看出,A樣本與B鋼廠樣本的耐蝕性能較好,而C鋼廠樣本的耐蝕性能相對(duì)較差。

2.3 耐指紋性、耐黃變性及耐黑變性能對(duì)比

表3列出了武鋼耐指紋電鍍鋅鋼板與B、C鋼廠樣本的耐指紋性、耐黃變性及耐黑變性能比較。

表3 耐指紋性、耐黃變性和耐黑變性能對(duì)比

對(duì)耐指紋性能的評(píng)估通常以手接觸后目視無可見指紋判定,目前武鋼內(nèi)部根據(jù)熱鍍鋅耐指紋板的經(jīng)驗(yàn)以ΔE<3為判定標(biāo)準(zhǔn)。表3顯示三個(gè)樣本的耐指紋性能良好。有文獻(xiàn)指出降低鋼板的表面粗糙度能提高鋼板表面反射率,從而在一定程度上提高鋼板的耐指紋性能[5]。

耐黃變實(shí)驗(yàn)是模擬耐指紋板在烤漆過程中的色差變化情況。如樹脂固化不徹底未能完全交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在加熱時(shí)易發(fā)生黃變。實(shí)驗(yàn)表明,武鋼電鍍鋅耐指紋板的耐黃變性能優(yōu)良,滿足用戶要求。

耐黑變實(shí)驗(yàn)是模擬在高溫高濕環(huán)境下耐指紋電鍍鋅板表面顏色變暗,發(fā)黑的現(xiàn)象。有文獻(xiàn)指出,耐指紋電鍍鋅板表面發(fā)黑的原因是鍍層中微量鉛元素引發(fā)的輕微腐蝕和有機(jī)膜層下鋅的輕微腐蝕溶解于有機(jī)膜層產(chǎn)生的光的干涉作用[7-8]。

在模擬試驗(yàn)條件下,武鋼耐指紋電鍍鋅鋼板的耐黑變性能優(yōu)良,目視無明顯變化,滿足用戶要求。

2.4 皮膜附著力和涂裝適應(yīng)性對(duì)比

耐指紋電鍍鋅板在沖壓成形過程中皮膜會(huì)發(fā)生加工變形,其附著力是衡量其使用性能的重要指標(biāo)。表4列出了武鋼耐指紋電鍍鋅鋼板與B、C鋼廠樣本的皮膜附著力實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

表4 皮膜附著力對(duì)比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面,A樣本和B鋼廠樣本具有良好的抗折彎、杯突和球沖性能,表明其耐指紋皮膜具有良好的可加工性能。

耐指紋板在加工成形后表面一般要進(jìn)行涂裝處理,采用海藍(lán)聚酯面漆進(jìn)行涂裝適應(yīng)性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表5。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明武鋼生產(chǎn)的電鍍鋅耐指紋板具有良好的涂裝適應(yīng)性。

2.5 耐溶劑性

使用DJ H摩擦試驗(yàn)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)配重滑塊進(jìn)行測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表6。

表5 涂裝適應(yīng)性對(duì)比

表6 耐溶劑性能對(duì)比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明武鋼生產(chǎn)的電鍍鋅耐指紋板有良好的耐溶劑擦拭性能,能夠滿足用戶的需求。

2.6 表面形貌

三個(gè)無鉻耐指紋電鍍鋅板的SEM形貌如圖1所示?？梢姳砻娲嬖谝欢〝?shù)量的微孔,這些微孔源于耐指紋鋼板生產(chǎn)的輥涂、烘干固化過程中涂料樹脂的交聯(lián)和水分的揮發(fā),對(duì)于表面耐蝕性有不良影響[7-8]。武鋼生產(chǎn)的耐指紋電鍍鋅板的形貌(A產(chǎn)品)與B鋼廠生產(chǎn)的樣本相似,鍍層結(jié)構(gòu)均為細(xì)小致密的片層狀晶體,晶粒尺寸約10μm。能譜分析表明耐指紋皮膜表面含硅元素。

圖1 樣品表面形貌和成分分析對(duì)比

C鋼廠樣本的形貌有顯著不同,具有典型的鋅層磷化針狀晶體形貌特征,對(duì)其進(jìn)行表面能譜分析,發(fā)現(xiàn)表面針狀晶體含有磷、氧元素,推斷為磷酸鋅針狀晶體結(jié)構(gòu)?？梢酝茢郈鋼廠樣本為先磷化后輥涂有機(jī)復(fù)合涂層的產(chǎn)品,由于磷化層導(dǎo)電性能不好,因此其抗靜電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于武鋼電鍍鋅耐指紋產(chǎn)品,不能滿足高端家電及OA器材的應(yīng)用要求。

3 結(jié)論

(1)武鋼電鍍鋅機(jī)組成功實(shí)現(xiàn)了無鉻耐指紋電鍍鋅產(chǎn)品的生產(chǎn),所生產(chǎn)的產(chǎn)品的耐蝕性能、耐指紋性能、耐黑變性、耐高溫黃變性、耐溶劑等性能指標(biāo)均能滿足高端家電用戶的要求。該產(chǎn)品的成功開發(fā)填補(bǔ)了武鋼的產(chǎn)品空白,實(shí)現(xiàn)了短波紅外烘烤技術(shù)在武鋼高端涂鍍產(chǎn)品的首次成功應(yīng)用。

(2)武鋼無鉻電鍍鋅產(chǎn)品在與國內(nèi)B、C鋼廠生產(chǎn)的同類產(chǎn)品的性能對(duì)比中處于優(yōu)勢地位。

(3)無鉻耐指紋電鍍鋅產(chǎn)品的成功開發(fā)標(biāo)志著武鋼具備了生產(chǎn)環(huán)保耐指紋鋼板的能力,武鋼電鍍鋅機(jī)組的生產(chǎn)步入新的階段。

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