電池殼用鋼工序間無油防銹鈍化技術(shù)研究

吳首民，　王雙紅，　安成強(qiáng)

(1.上海寶鋼股份有限公司，上?！?00431；　2.沈陽大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 材料科學(xué)系,遼寧 沈陽　110044； 　3.沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽　110159)

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電池殼用鋼工序間無油防銹鈍化技術(shù)研究

吳首民1，王雙紅2，安成強(qiáng)3

(1.上海寶鋼股份有限公司，上海200431；2.沈陽大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 材料科學(xué)系,遼寧 沈陽110044； 3.沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159)

摘要：冷軋電池殼鋼在生產(chǎn)序間過程易發(fā)生表面銹蝕，導(dǎo)致沖壓性能下降。提出采用水性鈍化液處理電池殼鋼，使其表面形成化學(xué)吸附膜，替代防銹油改善板面的防銹蝕性能。采用掃描電鏡及能譜儀分析了電池殼鋼的表面形貌和表面成分；采用加速腐蝕試驗(yàn)等方法研究了水基鈍化液JF-379對連退電池殼鋼的防護(hù)效果。結(jié)果表明，電池殼鋼表面存在Mn元素，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。水基鈍化液JF-379在電池殼鋼表面形成連續(xù)的化學(xué)吸附膜，明顯提高連退電池鋼板的表面耐蝕性。當(dāng)最低使用JF-379質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)防護(hù)效果好。

關(guān)鍵詞:無油防銹； 鈍化； 序間； 電池殼鋼

Rust-proof Technology Researching of Battery Shell Steel

Between Production Processes

WU Shoumin1， WANG Shuanghong2， AN Chengqiang3

(1.Shanghai Bao Steel Co.Ltd.,Shanghai 200431,China;2.Mechanical Engineering,Shenyang University,Shenyang 110044,China;3.School of Environment and Chemical Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

Abstract:Surface corrosion of cold rolled battery shell steel is easy to take place between the production processes，which will lead to the degradation of stamping properties.In this paper,chemical adsorption film was formed by using a water based passivating solution to treat the battery shell in order to replace rust-proof oil and improve the antirust performance.Surface morphology and surface composition of the battery shell steel were analyzed by SEM and EDS；protecting effect of the JF-379 water based passivating solution to continuous annealed battery shell steel was studied by accelerated corrosion test.The results showed that Mn element in the surface of battery shell steel was easy to result in electrochemical corrosion.The continuous chemical adsorption film formed on the battery steel surface could remarkably improve the surface antirust performance of the continuous annealed battery shell steel.When the used minimum mass fraction of JF-379 was 10%，the protecting effect was the best.

Keyword: rust-proof oil; passivation; between production processes; battery shell steel

引言

電池殼用冷軋帶鋼主要用于沖制電池的鋼殼。隨高效、輕便小型家用電器及電子通信產(chǎn)品的普及，對小型號高能電池的需求量越來越多，要求電池殼用鋼具有高純凈度、高耐蝕性及耐深拉延加工性，同時(shí)要求其表面潔凈，無缺陷與附著物[1-2]。

由于電池殼用鋼表面潔凈度高，尤其在退火后，電池殼用鋼表面具有較高活性，在鋼廠復(fù)雜的生產(chǎn)工況下，鋼板表面易發(fā)生銹蝕，銹蝕缺陷直接影響后續(xù)電池殼的沖壓性能。如何減少電池殼用鋼在序間的銹蝕缺陷，減少防銹油的用量，除采用包裝等傳統(tǒng)方式改變內(nèi)環(huán)境外，若能提高電池用鋼的自身表面耐蝕能力是重要途徑之一。研究表明[3-9]水基鈍化技術(shù)能在鋼基材表面形成保護(hù)膜，減少銹蝕。同時(shí)可減少對防銹油的使用量，實(shí)現(xiàn)短期無油防銹，節(jié)能環(huán)保[10-15]。

寶鋼薄板廠生產(chǎn)電池殼鋼，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)電池殼鋼的表面銹蝕缺陷，特別在梅雨季節(jié)，銹蝕問題更為突出。本文以電池殼鋼的連退線為研究背景，采用環(huán)境模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)等方法研究水基鈍化技術(shù)應(yīng)用于電池殼鋼的序間無油防銹處理，提高電池殼鋼的表面耐蝕能力，減少防銹油用量。

1實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)材料為寶鋼薄板廠冷軋電池殼鋼連退板，牌號BDCK。鋼板先用5%東大脫脂劑JYT-301于50℃處理10s，然后用去離子水漂洗干凈，最后浸入不同濃度的水基鈍化液JF-379中5s，用熱風(fēng)干燥。JF-379為沈陽防銹包裝材料有限責(zé)任公司專為冷軋鋼板的無油防銹技術(shù)研發(fā)的產(chǎn)品。采用SSX-550掃描電子顯微鏡對電池殼鋼表面形貌進(jìn)行測試和能譜分析。耐蝕性能測試分別采用單片試驗(yàn)和疊片試驗(yàn)，疊片為6片實(shí)驗(yàn)板用特制的夾具夾緊。采用GDJS-500型試驗(yàn)箱進(jìn)行濕熱試驗(yàn)。θ為98℃，濕度49%RH。恒溫恒濕試驗(yàn)在加蓋的干燥器中進(jìn)行，干燥器中盛500mL去離子水，將干燥器置于50℃的干燥箱中。大氣暴露試驗(yàn)在沈陽室外的百葉箱中進(jìn)行。試驗(yàn)日期為2014年5月9日~6月9日?，F(xiàn)場環(huán)境放置試驗(yàn)在寶鋼薄板廠連退中間庫進(jìn)行。試驗(yàn)日期為2014年5月23日~6月23日。

2結(jié)果與討論

2.1形貌分析

電池殼鋼的表面形貌(SEM)見圖1，能譜(EDS)分析結(jié)果見圖2。由圖1、圖2可以看出，鋼板表面的主要組成是Fe和Mn元素。由于表面存在Mn元素，Mn是易氧化元素，易被環(huán)境中微量的氧化性氣體氧化在鋼板表面形成顆粒狀氧化物，導(dǎo)致鋼板表面薄層氧化鐵膜的不連續(xù)，氧化鐵膜的不連續(xù)使其與基材電位差較大,在水電解質(zhì)中，容易出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕。

圖1　電池殼鋼的SEM照片

圖2　電池殼鋼的EDS譜圖

2.2濕熱試驗(yàn)

圖3為電池鋼連退板單片濕熱試驗(yàn)的表面銹蝕狀態(tài)對比。

圖3　單片濕熱試驗(yàn)3d鋼板銹蝕狀態(tài)

從圖3可以看出，未經(jīng)JF-379鈍化處理的鋼板經(jīng)3d暴露后，鋼板表面出現(xiàn)大面積點(diǎn)銹和片狀銹蝕，腐蝕程度較重。經(jīng)水基鈍化液JF-379鈍化處理的鋼板的表面銹蝕較輕，未出現(xiàn)大面積銹蝕，僅局部出現(xiàn)點(diǎn)銹，腐蝕程度輕。經(jīng)水基鈍化液JF-379鈍化處理的鋼板的耐蝕性隨鈍化液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而提高，10%JF-379鈍化液鈍化板的表面未見銹蝕。

圖4為電池鋼連退板疊片濕熱試驗(yàn)3d表層鋼板及鋼板夾層銹蝕狀態(tài)對比。從圖4可以看出，未經(jīng)JF-379鈍化處理的鋼板疊片試樣，其暴露在外的上層鋼板及夾層鋼板表面均出現(xiàn)大面積點(diǎn)銹和片狀銹蝕；經(jīng)JF-379鈍化處理的鋼板疊片試樣，暴露在外的上層鋼板未出現(xiàn)明顯銹蝕，夾層鋼板僅出現(xiàn)少量點(diǎn)銹，其中10%JF-379鈍化液處理的鋼板疊片試樣，鋼板夾層未見明顯點(diǎn)銹。

圖4　疊片濕熱試驗(yàn)3d鋼板夾層間銹蝕狀態(tài)

圖5為電池鋼連退板疊片濕熱試驗(yàn)10d表層鋼板及鋼板夾層銹蝕狀態(tài)對比。

圖5　疊片濕熱試驗(yàn)10d鋼板夾層間銹蝕狀態(tài)

從圖5可以看出，經(jīng)JF-379鈍化處理的鋼板疊片試樣，暴露在外的上層鋼板出現(xiàn)輕微片狀銹蝕，夾層鋼板僅出現(xiàn)少量點(diǎn)銹，其中10% JF-379鈍化液處理的鋼板疊片試樣，鋼板夾層未見明顯點(diǎn)銹。

濕熱試驗(yàn)結(jié)果表明，電池殼鋼經(jīng)水基鈍化液JF-379處理后鋼板表面形成的化學(xué)吸附鈍化膜能明顯提高鋼板的表面耐蝕性，鋼板的表面耐蝕性隨鈍化液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加耐蝕性增加，其中采用10%JF-379鈍化液處理的試片的防護(hù)性能最好，疊片試樣經(jīng)10d濕熱暴露鋼板夾層未見銹蝕。

2.3恒溫恒濕試驗(yàn)

圖6為電池鋼連退板恒溫恒濕試驗(yàn)7d的鋼板表面銹蝕狀態(tài)對比。從圖6可知，未經(jīng)水基鈍化液JF-379處理后的鋼板表面出現(xiàn)紅色銹蝕，經(jīng)10%JF-379鈍化液處理的鋼板表面未見銹蝕。

圖6　恒溫恒濕試驗(yàn)7d鋼板表面銹蝕狀態(tài)

2.4大氣暴露試驗(yàn)

圖7為電池鋼連退板單片百葉箱掛片試驗(yàn)10d的鋼板表面銹蝕狀態(tài)對比。從圖7可知，未經(jīng)水基鈍化液JF-379處理的鋼板表面布滿大量點(diǎn)銹，經(jīng)10%JF-379鈍化液處理的鋼板表面未見銹蝕。

圖7　單片百葉箱掛片10d鋼板銹蝕狀態(tài)

圖8為電池鋼連退板疊片百葉箱掛片試驗(yàn)30d的鋼板表面銹蝕狀態(tài)對比。由圖8可知，經(jīng)10%JF-379鈍化液處理的鋼板表面出現(xiàn)局部點(diǎn)狀銹蝕，鋼板夾層未見銹蝕，而未經(jīng)JF-379鈍化液處理的鋼板試樣的夾層出現(xiàn)明顯的點(diǎn)狀銹蝕。

圖8　疊片百葉箱掛片30d鋼板夾層間銹蝕狀態(tài)

濕熱試驗(yàn)結(jié)果表明，電池殼鋼經(jīng)水基鈍化液JF-379處理后鋼板表面形成的化學(xué)吸附鈍化膜能明顯提高鋼板的耐蝕性，鋼板的耐蝕性隨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而提高，其中采用10%JF-379鈍化液處理的試片的防護(hù)性能表現(xiàn)最好，疊片試樣經(jīng)10d濕熱暴露鋼板夾層未見銹蝕。

大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果表明，電池殼鋼經(jīng)10%水基鈍化液JF-379鈍化處理后，鋼板表面形成的化學(xué)吸附鈍化膜，表面耐蝕性明顯提高。

2.5現(xiàn)場環(huán)境放置試驗(yàn)

經(jīng)水基鈍化液JF-379鈍化處理的連退電池鋼板疊片放置廠區(qū)連退中間庫現(xiàn)場，圖9為現(xiàn)場放置30d的試驗(yàn)結(jié)果。

圖9　現(xiàn)場放置試驗(yàn)30d的鋼板的銹蝕狀態(tài)

從圖9可知，未經(jīng)JF-379鈍化液處理的鋼板試樣的外層鋼板及鋼板夾層均出現(xiàn)大面積紅色銹蝕；經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)JF-379鈍化液處理的疊片鋼板的外層試片的銹蝕程度明顯好于未鈍化板，經(jīng)JF-379鈍化液處理的疊片鋼板的夾層未見大面積銹蝕，僅出現(xiàn)極少量點(diǎn)銹。經(jīng)10%JF-379鈍化液處理的鋼板的防銹效果最好。現(xiàn)場環(huán)境放置試驗(yàn)結(jié)果表明，連退電池殼鋼板經(jīng)JF-379鈍化液處理后，鋼板表面的耐蝕能力明顯提高，有效抑制鋼卷夾層間的銹蝕反應(yīng)。

3結(jié)論

1)電池殼鋼表面含有Mn元素，易被環(huán)境中微量的氧化性氣體氧化，在鋼板表面形成顆粒狀氧化物，使表面氧化鐵膜不連續(xù)，與基材電位差較大，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

2)水基鈍化液JF-379可以用于電池殼鋼的序間無油防銹處理，形成連續(xù)的化學(xué)吸附膜，抑制銹蝕反應(yīng)，提高電池殼鋼的耐蝕性。

3)水基鈍化液JF-379最低使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)電池殼鋼板的耐蝕性能好。

參考文獻(xiàn)

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第19屆世界表面精飾大會(Interfinish2016)簡訊

1確定6位大會特邀報(bào)告人

截至2015年10月22日，第19屆世界表面精飾大會(Interfinish2016)已確認(rèn)6位大會特邀報(bào)告人，分別來自瑞典、美國、意大利、韓國和中國，他們將帶來各自研究工作領(lǐng)域的報(bào)告，包括：

1)大氣腐蝕，瑞典皇家工學(xué)院Christofer Leygraf 教授，瑞典皇家工程科學(xué)院院士；

2)納米涂層技術(shù)應(yīng)用，美國哈佛大學(xué)Federico Capasso 教授；

3)電化學(xué)沉積在太陽能電池中的應(yīng)用，意大利米蘭理工大學(xué)Luca Magagnin教授，國際表面精飾聯(lián)盟秘書長；

4)等離子體技術(shù)在生物材料中的應(yīng)用，香港城市大學(xué)Paul K. Chu教授；

5)ISO/TC107金屬與無機(jī)覆蓋層標(biāo)準(zhǔn)的新進(jìn)展，韓國鮮文大學(xué)Soo Wohn Lee教授，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)金屬及其它無機(jī)覆蓋層技術(shù)委員會(簡稱ISO/TC 107)秘書長；

6)表面工程技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)展，中國表面工程協(xié)會馬捷秘書長，國際表面精飾聯(lián)盟主席。

2德國電鍍協(xié)會將組織Interfinish 2016 德國表面技術(shù)分會場報(bào)告

應(yīng)第19屆世界表面精飾大會組委會邀請，德國電鍍協(xié)會(DGO)近日確認(rèn)，將由會長Venz帶隊(duì)組團(tuán)參會，并將由DGO組織德國表面技術(shù)專題分會場報(bào)告。 DGO與中國表面工程協(xié)會同為國際表面精飾聯(lián)盟成員，也是前任聯(lián)盟主席單位，曾成功承辦在德國召開的第15屆世界表面精飾大會(Interfinish 2000)，亦為第19屆世界表面精飾大會協(xié)辦單位。

3中國汽車工程技術(shù)學(xué)會將組織Interfinish 2016汽車表面處理分會場報(bào)告

2015年10月12日，第19屆世界表面精飾大會主席馬捷攜副主席林安教授、學(xué)術(shù)委員會副主任孟惠民教授及大會秘書處孫長蘭到訪中國汽車工程學(xué)會(簡稱中汽學(xué)會)，與張進(jìn)華秘書長、輕量化研究部楊潔部長、會展部官璟等就中汽學(xué)會協(xié)辦第19屆世界表面精飾大會一事座談。經(jīng)充分溝通，中汽學(xué)會接受邀請，將作為大會協(xié)辦單位提供組織和宣傳等方面的支持，協(xié)助組織大會汽車表面處理分論壇報(bào)告和大會論文，張進(jìn)華秘書長、楊潔部長和官璟女士還就會場組織、報(bào)告邀請、大會宣傳等細(xì)節(jié)提出了一系列建議。 此前，自2013年起，中國表面工程協(xié)會作為支持單位參與中汽學(xué)會主辦的中國汽車防腐蝕與老化論壇。

4預(yù)設(shè)10個(gè)專題分會場

在分會場設(shè)計(jì)方面，第19屆世界表面精飾大會圍繞"面向未來的表面科學(xué)與工程"的大會主題，按照以應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹鞯乃悸?，預(yù)設(shè)了10個(gè)專題分會場，包括： 汽車表面處理、電子表面處理、生物材料及表面改性、新能源材料、海洋裝備表面處理、輕金屬表面處理、摩擦與潤滑/再制造工程、真空表面處理、腐蝕機(jī)理與防護(hù)技術(shù)、環(huán)境保護(hù)與政策法規(guī)。

隨著論文征集工作的推進(jìn)，將根據(jù)接到的稿件情況和收到的建議進(jìn)行調(diào)整。

5同期安排人才、專利對接等活動(dòng)

圍繞"面向未來的表面科學(xué)與工程"的大會主題和產(chǎn)、學(xué)、研對接結(jié)合的思路，第19屆世界表面精飾大會除按慣例召開主會場報(bào)告會和分會場專題報(bào)告會外，還設(shè)計(jì)了一系列同期活動(dòng)，其中包括：

1)中國表面工程論壇：內(nèi)容包括最新政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)梳理宣貫、經(jīng)濟(jì)形勢分析、熱點(diǎn)技術(shù)交流等，主要面向國內(nèi)參會者，論壇工作語言為中文。

2)人才對接會：在會議場地為國內(nèi)優(yōu)秀的高校應(yīng)屆畢業(yè)生、研究機(jī)構(gòu)高端人才提供個(gè)人展示平臺，為企業(yè)提供招聘平臺。并在會中和會后在中國表面處理網(wǎng)平臺作同期和后期人才對接。

3)專利成果交流會：搜集各國專家學(xué)者、科研單位的專利成果，匯總在會議場地和網(wǎng)站發(fā)布，供有需求的企業(yè)或個(gè)人聯(lián)系進(jìn)一步合作事宜，促進(jìn)專利和科研成果向工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

4)企業(yè)供需洽談會：匯聚產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)、學(xué)、研單位，現(xiàn)場和網(wǎng)站發(fā)布產(chǎn)品、技術(shù)供求信息，會中、會后快速匹配供需要求。

5)評優(yōu)頒獎(jiǎng)：一方面評選本屆大會的優(yōu)秀論文、報(bào)告、大會組織獎(jiǎng)，另一方面評選面向企業(yè)的表面工程行業(yè)優(yōu)秀企業(yè)獎(jiǎng)等項(xiàng)目。

收稿日期：2015-05-26修回日期： 2015-06-30

中圖分類號：TG174.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.01.008