表面形貌對(duì)熱浸鍍鋅鋼板鋯系前處理性能的影響

計(jì)遙遙，王 輝，李子濤，閆江江

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

傳統(tǒng)的汽車涂裝過程包括前處理、電泳、中涂、面涂等步驟，其中前處理層的作用是提升油漆與金屬之間的結(jié)合力提升耐蝕性，三元鋅系磷化技術(shù)作為目前在汽車行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的前處理技術(shù)具有耐蝕性優(yōu)良、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。

作為傳統(tǒng)磷化工藝的替代者，新型前處理工藝包括鋯化、硅烷等薄膜前處理具有以下優(yōu)勢(shì)[2]、[3]：(1)不產(chǎn)生含磷廢水、沉渣量少且不含磷；(2)省略了表面工序，縮短了工序和產(chǎn)線長(zhǎng)度，節(jié)省投資和成本；(3)常溫或稍加熱處理，比磷化工藝節(jié)省能耗。

關(guān)于薄膜前處理技術(shù)，很多國內(nèi)主機(jī)廠與科研院所，進(jìn)行了一些的探索工作，多數(shù)集中在汽車用冷軋、鍍鋅板、鋁板的兼容性研究?？偟膩碚f，薄膜前處理對(duì)于汽車用鋼有以下挑戰(zhàn)[4]、[5]：(1)納米級(jí)膜厚，與傳統(tǒng)的磷化膜相比，成膜較薄且容易不均，對(duì)底材表面的覆蓋能力差；(2)泳透力較差，無法適應(yīng)傳統(tǒng)的電泳漆，需配合高泳透力電泳漆使用；(3)冷軋板電泳耐蝕性降低、漆膜粘附性不足。

然而，目前關(guān)于材料本身因素如何影響新型前處理性能的研究較少。本文以熱浸鍍純鋅板為研究對(duì)象，分析了不同表面形貌的板材的薄膜前處理性能，并與傳統(tǒng)三元磷化進(jìn)行對(duì)比，以期為新型前處理工藝的板材表面參數(shù)指標(biāo)制定提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

使用HOMMEL T8000R型粗糙儀按照《GB/T 2523-2008 冷軋薄鋼板表面粗糙度測(cè)量方法》測(cè)量材料的表面結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表1。

表1 GI表面結(jié)構(gòu)參數(shù)

試樣經(jīng)下列流程進(jìn)行涂裝：脫脂→純水洗→前處理→電泳→烘干。所有材料分別使用了2種前處理，如下所示。

前處理工藝1：帕卡CT8000型無磷前處理劑。溫度35 ℃，PH 3.8，時(shí)間2 min。前處理工藝2：PL-X表調(diào)劑表調(diào)30s(沉浸)，帕卡PB-3035SB三元磷化處理。總酸度23.0 pt，游離酸度1.1 pt，促進(jìn)劑濃度2.5 pt，AC溫度35 ℃，PH 3.8，時(shí)間2 min。

前處理完成后進(jìn)行電泳，使用優(yōu)化的工藝使電泳干膜厚達(dá)到20±2μm。隨后進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。前處理膜重測(cè)試方法：XRF熒光光譜法，以Zr為特征元素測(cè)試膜重。使用循環(huán)腐蝕試驗(yàn)評(píng)估電泳板耐蝕性，循環(huán)腐蝕試驗(yàn)方法包括：8h常溫保持(25±3℃，期間4次噴淋鹽溶液各3 min，鹽溶液組成為：0.9 wt%的NaCl，0.1 wt%的 CaCl2，0.0750.9 wt%的NaHCO3),8小時(shí)濕熱(49±2 ℃，100%RH)，8 h干燥(60±2 ℃，<30%RH)，共計(jì)26循環(huán)。

2 結(jié)果與討論

2.1 原始表面形貌

使用SEM觀察鍍層板的原始表面形貌，如圖1。GI-1由于未光整表面較為平整、無凹坑，GI-2、GI-3試樣表面存在光整后的密集的小凹坑，與其有更高的RPc值相對(duì)應(yīng)，GI-4雖然Ra值較高，但Rpc值減小，表面小凹坑密度降低。所有試樣表面均無明顯缺陷?？傊姆N板材表面結(jié)構(gòu)差距較大。

圖1 熱浸鍍純鋅板原始表面形貌

2.2 前處理膜性能

圖2展示了薄膜膜重隨鍍鋅板表面粗糙度變化的趨勢(shì)，可見從總體上來看隨表面粗糙度Ra的增加膜重增加，其中GI-2、GI-3并未嚴(yán)格符合這一規(guī)律。對(duì)比GI-2、GI-3的表面結(jié)構(gòu)參數(shù)及微觀形貌，GI-2試樣的Rpc略高于GI-3，更高的Rpc將增加鍍鋅板實(shí)際的比面積，這可能是造成GI-2膜重略高于GI-3的原因。

圖2 不同表面結(jié)構(gòu)的GI的前處理膜重

前處理之后的表面形貌見下圖3。前處理膜主要以無定型態(tài)存在于鋼板表面，僅有少量ZrO2顆粒在表面析出，其中GI-1、GI-2、GI-3表面氧化鋯顆粒析出較少，GI-4有明顯增加。

圖3 GI前處理后表面形貌

2.3 電泳涂裝性能

圖3展示了2種前處理工藝下4種鍍鋅板的腐蝕性能，可以看出：薄膜前處理涂裝后耐蝕性整體比磷化系統(tǒng)略好，但隨表面形貌變化并無明顯趨勢(shì)，在傳統(tǒng)三元磷化系統(tǒng)及薄膜前處理工藝下鍍鋅板的耐蝕性符合一般標(biāo)準(zhǔn)小于等于4.0 mm的要求。

圖4 不同鍍鋅板的耐蝕性

3 結(jié)論

熱浸鍍鋅板與薄膜前處理、傳統(tǒng)三元磷化匹配性均良好，符合當(dāng)前車廠一般標(biāo)準(zhǔn)要求。

表面粗糙度增加可提升薄膜前處理膜重，但對(duì)電泳涂裝后耐蝕性無明顯影響。

與傳統(tǒng)三元磷化相比，薄膜前處理熱浸鍍鋅板涂裝后耐蝕性更優(yōu)。