自潤(rùn)滑合金化板的表面特性研究

杜 蓉 涂元強(qiáng) 雷澤紅 白會(huì)平 楊宏武

(武鋼研究院 湖北 武漢：430080)

自潤(rùn)滑合金化板的表面特性研究

杜 蓉 涂元強(qiáng) 雷澤紅 白會(huì)平 楊宏武

(武鋼研究院 湖北 武漢：430080)

對(duì)自潤(rùn)滑合金化板及普通合金化板的潤(rùn)滑性能、抗粉化性能、涂裝性能、耐蝕性能等表面特性進(jìn)行了分析和研究。結(jié)果表明，自潤(rùn)滑處理可以有效改善合金化板的摩擦特性，提高其潤(rùn)滑性能，從而顯著提升合金化板的抗粉化性能。自潤(rùn)滑合金化板的耐蝕性能相比普通合金化板更加優(yōu)良，兩者的磷化性能無差異，經(jīng)電泳后的耐腐蝕性能也在同等水平。

自潤(rùn)滑合金化板；摩擦；潤(rùn)滑；粉化；涂裝

合金化熱鍍鋅鋼板(簡(jiǎn)稱合金化板/GA板)，具有優(yōu)良的耐蝕性能、焊接性能、涂裝性能，因此廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域[1-2]。然而，GA 板合金化鍍層的組成相主要是Zn-Fe合金， Zn-Fe合金在室溫下基本是脆性的，因此鋼板在成形時(shí)易發(fā)生鍍層的粉化和剝落[3-5]。這不僅影響鋼板的沖壓成形，而且會(huì)降低鍍層的耐蝕性，產(chǎn)生表面缺陷，從而影響鋼板涂裝后的外觀，這在很大程度上限制了合金化熱鍍鋅板的應(yīng)用。隨著新的科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)以及新的科學(xué)手段的出現(xiàn)，科研機(jī)構(gòu)考慮對(duì)合金化熱鍍鋅板進(jìn)行表面處理來改善其在應(yīng)用中的缺陷。其中，自潤(rùn)滑合金化產(chǎn)品能提高合金化鋼板的潤(rùn)滑性，從而顯著改善合金化熱鍍鋅鋼板的粉化和剝落問題[6-8]。本文對(duì)自潤(rùn)滑合金化產(chǎn)品的表面特性進(jìn)行了研究，并與同類普通合金化板的性能進(jìn)行了對(duì)比，以期為自潤(rùn)滑合金化產(chǎn)品的進(jìn)一步推廣及應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)所用材料為某鋼廠生產(chǎn)的自潤(rùn)滑合金化板DX53D+ZF-L(試樣編號(hào)為1#)，對(duì)比樣為同牌號(hào)普通合金化板DX53D+ZF(試樣編號(hào)為0#)，基板厚度均為0.65mm，鋅層厚度為50/50g/m2。取兩種成品鋼板若干，按照相關(guān)試驗(yàn)要求剪成小樣備用。

采用HEIDON Type 14表面滑動(dòng)試驗(yàn)機(jī)對(duì)兩種試樣的摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，其中，載荷重量為1kg，滑動(dòng)速度為150mm/min，滑動(dòng)距離為100mm；采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)兩種試樣的平面滑動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試，其中壓具荷重為5kN，拉伸速度為360mm/min，滑動(dòng)距離為100mm；同樣采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)兩種試樣進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，其中，拉伸速度為200 mm/min，滑動(dòng)距離為100mm，壓具荷重為1kN，2kN，3kN，5kN。拉拔試驗(yàn)后，采用膠帶剝離的方法對(duì)滑動(dòng)部外觀的粉化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)；采用車企的前處理體系對(duì)兩種試樣進(jìn)行脫脂、磷化、電泳，對(duì)磷化膜的重量進(jìn)行計(jì)算，利用掃描電鏡(QUANTA400)對(duì)鋼板磷化后的微觀形貌進(jìn)行觀察。其中，脫脂劑為日本帕卡FC-E2011，處理溫度45℃，處理時(shí)間120s；磷化藥劑為日本帕卡PB-WL35MY，處理溫度為40℃，處理時(shí)間為120s；采用ST-ISO-30型鹽霧試驗(yàn)箱對(duì)兩種鋼板及電泳后鋼板的耐蝕性能進(jìn)行測(cè)試，其中，試驗(yàn)溫度為35±2℃，NaCl溶液的濃度為50±5g/L，降霧量為1.2mL/80cm2·h。

2 結(jié)果與討論

2.1 潤(rùn)滑性能

對(duì)0#試樣及1#試樣的動(dòng)摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)往復(fù)摩擦次數(shù)進(jìn)行考察，分1次、10次、30次、50次進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下表1所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，普通合金化板的動(dòng)摩擦系數(shù)在0.16左右；自潤(rùn)滑合金化板的動(dòng)摩擦系數(shù)在0.12左右，相比普通合金化板得到明顯降低。普通合金化板的動(dòng)摩擦系數(shù)在經(jīng)過10次往復(fù)摩擦之后，即呈現(xiàn)劇烈增長(zhǎng)趨勢(shì)；而自潤(rùn)滑合金化板的動(dòng)摩擦系數(shù)在經(jīng)過200次往復(fù)摩擦之后，仍保持在0.12的水平。試驗(yàn)結(jié)果表明自潤(rùn)滑合金化板的潤(rùn)滑性能相比普通合金化板得到明顯提高，且在反復(fù)摩擦工況條件，特別是連續(xù)沖壓零件時(shí)，更能體現(xiàn)出自潤(rùn)滑合金化板的優(yōu)良摩擦特性。

表1 動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果

采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)兩種鋼板的平面滑動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下圖1所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，普通合金化板在鋼板拉伸時(shí)，隨著拉伸距離的增大，出現(xiàn)了明顯的載荷振動(dòng)。自潤(rùn)滑合金化板在拉伸時(shí)，隨著拉伸距離的增大，拉伸載荷變化平穩(wěn)，基本無波動(dòng)，表明其具有良好的潤(rùn)滑性能。

圖1 兩種試樣的平面滑動(dòng)性能

2.2 抗粉化性能

分別對(duì)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)后兩種試樣的褶動(dòng)部、凹部以及模具接觸面3個(gè)部位進(jìn)行膠帶剝離，并且保證膠帶剝離的面積相同，對(duì)3個(gè)部位的粉化程度進(jìn)行判斷，如下表2及表3所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，普通合金化板3個(gè)部位均沾有大量粉末狀附著物，自潤(rùn)滑合金化板3個(gè)部位的粉末狀附著物相比普通合金化板大大減少，粉化程度比普通合金化板嚴(yán)重，粉化面積比普通合金化板大，說明其抗粉化性能得到顯著提高。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)粉化試驗(yàn)中，也就是拉拔試驗(yàn)過程中拉伸荷重的變化情況進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如下圖2所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在相同壓具荷重作用下，自潤(rùn)滑板的拉伸荷重相比無處理普通合金化板的拉伸荷重大大降低。進(jìn)一步說明自潤(rùn)滑板的潤(rùn)滑性能優(yōu)良，能有效提高普通合金化板的抗粉化性能。

相比普通合金化板，自潤(rùn)滑合金化板的動(dòng)摩擦系數(shù)顯著降低，潤(rùn)滑性能得到明顯提高。優(yōu)良的潤(rùn)滑性能可以有效減少鋼板與模具之間的摩擦，改善模具的損壞情況，減少生產(chǎn)廠家清理及更換模具的次數(shù)，大大提高生產(chǎn)節(jié)奏。

表2 0#試樣粉化性能測(cè)試結(jié)果

表3 1#試樣的粉化性能測(cè)試結(jié)果

圖2 粉化測(cè)試中拉伸荷重變化結(jié)果

2.3 涂裝性能

對(duì)經(jīng)脫脂清洗后的0#試樣及1#試樣進(jìn)行磷化處理，對(duì)兩種鋼板磷化后的表面形貌進(jìn)行掃描電鏡測(cè)試，如圖3所示。其中，圖3(a)、(b)分別是0#試樣磷化后正、反表面的形貌圖，圖3(c)、(d)分別是1#試樣磷化后正、反表面的形貌圖。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于自潤(rùn)滑合金化板及其無處理普通合金化板，鋼板正、反兩面均形成了灰色、致密的磷化結(jié)晶，且磷化晶粒尺寸均在10μm左右，兩者并無明顯差別。

圖3 磷化表面形貌圖

進(jìn)一步地，利用如下公式對(duì)兩種試樣的磷化膜重進(jìn)行測(cè)算。其中，P1是鋼板沒有磷化時(shí)的重量，P2是磷化后鋼板的重量，S是鋼板的表面積，測(cè)試結(jié)果如下表4所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于0#試樣，其磷化膜重平均值為3.5g/m2，1#試樣的磷化膜重平均值為3.4g/m2，兩者基本也在同一水平。

W=×10

綜上所述，自潤(rùn)滑合金化板表面的自潤(rùn)滑涂膜在脫脂液中得到完全清除，且鋼板正、反兩面的磷化形貌與普通合金化板相同，鋼板表面均形成了均勻、致密的磷化結(jié)晶，結(jié)晶粒度和磷化膜重均在同等水平，兩者的涂裝性能無明顯差異。

2.4 耐蝕性能

對(duì)兩種鋼板平板部及電泳后鋼板平板部的耐蝕性能進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如下表5所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，普通合金化板48h即出現(xiàn)5%的白銹，而自潤(rùn)滑合金化板在120h才出現(xiàn)3%的白銹。自潤(rùn)滑合金化板出現(xiàn)白銹的時(shí)間顯著晚于普通合金化板，表明自潤(rùn)滑合金化板的耐蝕性能優(yōu)于普通合金化板。經(jīng)電泳后，兩種鋼板鹽霧循環(huán)均可耐受1000h，沒有明顯差異，進(jìn)一步表明自潤(rùn)滑涂層在脫脂劑中得到了100%清除。

3 結(jié)論

(1)與普通合金化板相比，自潤(rùn)滑合金化板的摩擦系數(shù)顯著降低，達(dá)到0.12的水平，且在往復(fù)摩擦200次之后仍能保持這個(gè)水平，潤(rùn)滑性能優(yōu)良，抗粉化性能得到明顯提高；

(2)自潤(rùn)滑合金化板的耐腐蝕性能相比普通合金化板更加優(yōu)良，耐蝕性能得到進(jìn)一步提高；

(3)自潤(rùn)滑合金化板的磷化性能與普通合金化板無差異，兩者經(jīng)電泳后的耐腐蝕性能也在同等水平。

[1] 徐秀清,王順興.連續(xù)熱鍍鋅工藝進(jìn)展與展望[J].表面技術(shù),2007,36:71-74.

[2] 張理揚(yáng),李俊,左良.汽車用合金化熱鍍鋅鋼板的發(fā)展趨向[J].鋼鐵釩鈦,2004，(25):15-18.

[3] 程?hào)|妹,郝曉東,愈鋼強(qiáng).合金化熱鍍鋅鋼板抗粉化性能的研究進(jìn)展[J].腐蝕與防護(hù),2007，(28):83-86.

[4] 郭太雄,金永清,張勇.熱鍍鋅板鍍層耐剝離性研究[J].鋼鐵釩鈦,2010，(31):30-33.

[5] 徐春.汽車用合金化熱鍍鋅板鍍層剝離行為的分析[J].材料保護(hù),2009,42:15-17.

[6] 崔磊,趙云龍,任猛等.自潤(rùn)滑鍍鋅鋼板的研究進(jìn)展[J].鋼鐵研究,2010,38(1):268-272.

[7] 汽車用合金化熱鍍鋅鋼的表面處理及摩擦特性分析[J].鑄造技術(shù),2015,36(3):619-621.

[8] 劉昕,江社明,張啟富.自潤(rùn)滑鍍鋅板的主要性能[J].腐蝕與防護(hù),2014,35(2):124-27.

SurfaceCharacteristicsofSelf-lubricatedGalvannealedSteelSheet

Du Rong Tu Yuanqiang Lei Zehong Bai Huiping Yang Hongwu

(Research and Development Center of WISCO, Wuhan 430080, Hubei)

The lubricating property, powdering resisting property, coating performance and corrosion resistance between the self-lubricated galvannealed (GA) steel sheet and the traditional GA steel sheet were evaluated and studied. The results show that the self-lubrication treatment can effectively improve the surface lubrication performance of the traditional GA steel sheet and then remarkably enhance its powdering resisting property. The self-lubricated GA steel sheet has better corrosion resistance than the traditional GA steel sheet. The phosphating property and the corrosion resistance after electrophoresis coating are both at the same level as that of the traditional GA steel sheet.

self-lubricated galvannealed steel sheet; friction; lubricate; powdering; coating

游 濤)

2017-11-10

2017-11-20

杜 蓉(1987～)，女，碩士，工程師.E-mail：lovely429@126.com.

TQ153.1+2

A

1671-3524(2017)04-0009-03