電鍍鋅耐指紋板表面白斑缺陷產(chǎn)生原因分析

江鶴群 王安輝 胡庭樂 蔡 捷 黃道兵 馮冠文

(1.武漢鋼鐵有限公司冷軋廠 湖北 武漢：430081；2.武漢鋼鐵有限公司技術(shù)中心 湖北 武漢：430081)

0 引言

電鍍鋅耐指紋板因其優(yōu)異的成形性、耐蝕性、焊接性及涂裝性能而廣泛應(yīng)用于輕工家電行業(yè)。[1-2]傳統(tǒng)的耐指紋電鍍鋅板一般是以電鍍鋅鋼板為基板，首先經(jīng)鉻酸鹽鈍化處理，然后再涂覆一層1μm～3μm含SiO2的有機(jī)復(fù)合樹脂經(jīng)烘烤固化形成耐指紋皮膜。一般而言，如果基板表面存在缺陷則難以被皮膜覆蓋。

某鋼廠電鍍鋅機(jī)組在耐指紋板生產(chǎn)過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)帶鋼上表面存在一些無規(guī)則分布的白斑缺陷，該缺陷無手感，嚴(yán)重時整板面不規(guī)則分布，且兩側(cè)居多，嚴(yán)重影響表面外觀質(zhì)量，造成客戶端抱怨和質(zhì)量異議。本文針對電鍍鋅耐指紋板生產(chǎn)過程中頻繁出現(xiàn)的白斑缺陷進(jìn)行了深入分析，探討了其形成機(jī)理，并提出了有針對性的控制措施。

1 試驗材料與方法

試驗材料為某鋼廠生產(chǎn)的表面不規(guī)則分布白斑缺陷的電鍍鋅耐指紋板，如圖1所示。

圖1 有白斑缺陷的典型鍍鋅板宏觀形貌

采用Quanta400掃描電鏡對白斑缺陷的表面形貌和化學(xué)元素進(jìn)行分析，并對脫鋅后的基板采用SEM進(jìn)行原位分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 白斑缺陷微觀組織分析

采用掃描電鏡對白斑缺陷樣及正常鍍層樣進(jìn)行微觀形貌觀察，結(jié)果如圖2所示。

圖2 白斑缺陷樣品與正常樣品微觀形貌

從圖2可以看出，白斑與正常部位表面微觀組織結(jié)構(gòu)存在明顯晶粒的尺寸及取向差異，白斑缺陷區(qū)域存在大量平行于基板表面的(002)晶粒長大融合部位，正常部位則以無擇優(yōu)取向晶粒居多，白斑區(qū)域晶粒尺寸顯著大于正常區(qū)域。這種大尺寸的平行于基板表面的晶粒對光線的反射能力要顯著強(qiáng)于正常鍍層區(qū)域，從而造成肉眼觀察時視覺上發(fā)亮的白斑缺陷。

2.2 白斑區(qū)域基板原位分析

采用添加緩蝕劑的稀鹽酸控制脫鋅速度至鋅鍍層剛剛退鍍的情況下，對白斑區(qū)域和退鋅后的基板采用SEM進(jìn)行原位觀察，發(fā)現(xiàn)白斑區(qū)域存在較大的有機(jī)物碳化特征，有類似液體的噴濺、流掛特征，其形貌及成分分析結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 白斑區(qū)域基板SEM形貌

圖4 白斑區(qū)域基板殘留成分SEM分析結(jié)果

綜合圖3、圖4中可以看出，白斑區(qū)域基板存在大量C、O、Si殘留，其中C比重最大。該殘留附著在基板上極難清洗，經(jīng)過稀鹽酸退鍍、水洗、無水酒精超聲清洗仍然存在，形態(tài)上具有一定方向性和液滴流掛特征，推測與軋制過程中的油污殘留有相關(guān)性，符合高溫碳化特征，應(yīng)為電鍍鋅前工序高溫退火熱處理階段的表面碳化物殘留。

2.3 現(xiàn)場驗證和工序排查試驗

設(shè)計經(jīng)不同前工序路徑的生產(chǎn)試驗，試驗結(jié)果見表1。表1可以看到，在原板打磨，打磨區(qū)域沒有白斑缺陷，其他區(qū)域有白斑缺陷，可以確定電鍍鋅工序沒有問題。正常酸軋2——連退2工序后都沒有產(chǎn)生白斑缺陷，酸軋1——連退1工序后都產(chǎn)生白斑缺陷，因而對酸軋1——連退1/連退2路徑實驗進(jìn)行分離，得到的結(jié)果是酸軋1到后面兩個連退1、連退2工序都存在白斑缺陷，因此基本鎖定酸軋1的軋制工序表面殘留導(dǎo)致白斑缺陷產(chǎn)生。

表1 現(xiàn)場工序驗證試驗結(jié)果

2.4 白斑缺陷產(chǎn)生機(jī)理

電鍍鋅板鋅層結(jié)晶形態(tài)受電鍍條件、基板表面清潔度、基板晶粒取向等多種條件影響。根據(jù)上述分析可知，缺陷部位鋅晶粒形貌與正常部位存在很大差異，而缺陷產(chǎn)生的根本原因是在軋制工序基板表面殘留的有機(jī)物質(zhì)在軋制過程中軋入帶鋼表層，在連退清洗段無法徹底洗凈。經(jīng)過高溫退火爐碳化之后，后面電鍍鋅工序的清洗無法有效清洗，從而導(dǎo)致電鍍基板表面粘附了部分成分含O及C的異物，抑制了鋅晶體的外延生長，改變了晶體生長形態(tài)，造成缺陷部位晶體形貌與正常部位的差異，從而形成白斑缺陷。

3 結(jié)論

電鍍鋅耐指紋板白斑缺陷的產(chǎn)生原因是軋制工序中油污殘留粘附在帶鋼表面，然后經(jīng)過退火爐高溫烘烤之后形成碳化物污染，進(jìn)而在電鍍鋅過程中導(dǎo)致鋅層沉積形態(tài)結(jié)構(gòu)異常。白斑缺陷區(qū)域存在大量平行于基板表面的(002)晶粒長大融合部位，正常部位則以無擇優(yōu)取向晶粒居多，白斑區(qū)域晶粒尺寸顯著大于正常區(qū)域。這種大尺寸的平行于基板表面的晶粒對光線的反射能力要顯著強(qiáng)于正常鍍層區(qū)域，從而造成肉眼觀察時視覺上發(fā)亮的白斑缺陷。

因此，電鍍鋅前的軋制工序應(yīng)嚴(yán)格控制油污殘留，而后續(xù)的連續(xù)退火和電鍍鋅工序則應(yīng)優(yōu)化清洗能力，保證帶鋼表面的清潔度，避免此類缺陷的產(chǎn)生。