鍍鋅板表面光整液殘留對(duì)三價(jià)鉻鈍化膜性能的影響

張百勇，王滕，楊平，柴立濤，李超

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心，安徽 馬鞍山 243000）

熱鍍鋅鋼板具有良好的耐蝕性和涂裝性，被廣泛應(yīng)用于家電制造行業(yè)[1-3]。一般熱鍍鋅板都要經(jīng)過光整機(jī)整平再進(jìn)行鈍化或涂油等后處理。光整機(jī)整平能改善鍍后帶鋼板形、改變帶鋼表面粗糙度、消除屈服平臺(tái)并降低屈服點(diǎn)，達(dá)到改善帶鋼延伸率和塑性的效果[4-8]。光整液具有良好的防銹性和潤滑性[9-10]。目前的光整機(jī)均配備了高壓清洗和吹掃系統(tǒng)，但在連續(xù)生產(chǎn)過程中很難保證光整液被完全清除，而光整液殘留會(huì)嚴(yán)重影響熱鍍鋅板的后處理效果，比如造成后續(xù)鈍化成膜不連續(xù)[11-13]。本文針對(duì)鍍鋅線在試用某客戶光整液過程中出現(xiàn)的鈍化膜不連續(xù)問題，在實(shí)驗(yàn)室制備了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的光整液殘留試樣，研究了光整液殘留對(duì)三價(jià)鉻鈍化膜各項(xiàng)性能的影響，旨在解決工業(yè)生產(chǎn)中的類似問題。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料的制備

試驗(yàn)基板是厚度為0.75 mm的DX51D鍍鋅板，大小為300 mm × 230 mm，光整原液和三價(jià)鉻鈍化液由國內(nèi)某供應(yīng)商提供。

光整原液呈淺黃色，主要參數(shù)為：密度1.01 ~ 1.05 g/cm3，pH 8.5 ~ 9.5，總堿度8。使用時(shí)一般將其稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2% ~ 5%。在實(shí)際生產(chǎn)中，光整后通常采用高壓水清洗基板，實(shí)際光整液殘留濃度較小，因此本文只配制了質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0%(實(shí)際為去離子水)、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和 1.0%的光整液進(jìn)行試驗(yàn)。

三價(jià)鉻鈍化液呈均勻的墨綠色，主要參數(shù)為：密度1.0 ~ 1.2 g/cm3，固含量> 10%，pH 0.5 ~ 2.0，Cr3+質(zhì)量分?jǐn)?shù)2% ~ 3%。

所有試驗(yàn)基板經(jīng)脫脂、去離子水清洗后烘干，分別浸泡于質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的光整液中1 s，烘箱烘干，得到殘留光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的基板，再手動(dòng)刮涂三價(jià)鉻鈍化液并迅速固化，各自的鈍化膜重列于表1。

表1 不同濃度光整液殘留試樣鈍化膜重Table 1 Mass of passivation film per unit area on samples with finishing liquid residue of different mass fractions

1.2 檢測(cè)方法

1.2.1 表面清潔度

采用SITA Cleano Spector表面清潔度儀檢測(cè)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留試樣的表面清潔度，采用Cleanliness模式，每個(gè)試樣測(cè)6個(gè)點(diǎn)，取平均值。

1.2.2 耐熱性、耐溶劑性和耐指紋性

耐熱性測(cè)試采用箱式電阻爐，在240 °C下保溫20 min，自然冷卻至室溫，如此反復(fù)4次后采用HunterLab Agera分光測(cè)色儀測(cè)量試樣表面色差(ΔE)，ΔE< 3表示耐熱性合格。

在試樣表面均勻涂覆凡士林，2 h后擦凈并測(cè)量?E，ΔE< 3表示耐指紋性合格。

分別用蘸有丁酮和80%酒精的工業(yè)棉負(fù)重500 g來回擦拭試樣表面20次，靜置2 h后測(cè)量ΔE，ΔE< 3表示耐溶劑性合格。

1.2.3 耐蝕性

按照ASTM B117–2016Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，采用美國Q-lab Q-FOG CCT1100鹽霧腐蝕試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)條件為：(5 ± 0.5)% NaCl溶液，pH 6.5 ~ 7.2，箱體溫度(35 ± 1) °C，時(shí)間 120 h。

調(diào)查、統(tǒng)計(jì)供試點(diǎn)香菇遼撫4號(hào)的菌絲生長及產(chǎn)量，統(tǒng)計(jì)時(shí)間2018年1～11月。采用軟件Excel與SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，SigmaPlot制圖。

1.2.4 涂裝性

基板脫脂后噴涂AkzoNobel Interpon EP340Z粉末涂層(厚度50 ~ 80 μm)，180 °C下烘烤20 min，冷卻后按照GB/T 9286–2021《色漆和清漆劃格試驗(yàn)》進(jìn)行百格法測(cè)試，涂層脫落格數(shù)少于2表示附著力合格。

2 結(jié)果與討論

2.1 光整液與三價(jià)鉻鈍化液的相容性分析

如圖1所示，將光整原液與三價(jià)鉻鈍化液混合后立即產(chǎn)生大量白色絮狀沉淀物，并起泡。光整液呈弱堿性，鈍化液呈強(qiáng)酸性，二者混合必然會(huì)劇烈反應(yīng)。另外，光整液中含有大量表面活性劑、緩蝕劑和潤滑劑，這些組分的殘留會(huì)影響基板的表面張力，進(jìn)而影響三價(jià)鉻鈍化成膜。從圖2可知，當(dāng)殘留光整液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.2%時(shí)，三價(jià)鉻鈍化膜發(fā)花，成膜不均勻。

圖1 光整液與三價(jià)鉻鈍化液混合后的現(xiàn)象Figure 1 Transient phenomenon appeared when mixing finishing liquid and trivalent chromium passivation bath

圖2 鈍化膜發(fā)花Figure 2 Blurring of passive film

2.2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留基板的表面清潔度分析

目前尚無用于檢測(cè)熱浸鍍鋅板表面光整液殘留濃度的方法，本文基于表面清潔度儀利用熒光檢測(cè)有機(jī)物的原理，通過在Cleanliness模式下檢測(cè)不同試樣的表面清潔度來表征光整液殘留濃度。從圖3可以看出，熱鍍鋅鋼板表面殘留的光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，表面清潔度越低，即表面所含有機(jī)物越多。

圖3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留試樣的表面清潔度Figure 3 Surface cleanliness of samples with finishing liquid residue of different mass fractions

2.3 殘留光整液對(duì)三價(jià)鉻鈍化膜性能的影響

2.3.1 耐熱性、耐指紋性和耐溶劑性

從圖4可知，隨著殘留光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，三價(jià)鉻鈍化膜經(jīng)240 °C反復(fù)加熱4次后的色差無明顯變化，都與無光整液殘留試樣相近，表明光整液殘留對(duì)三價(jià)鉻鈍化膜的耐熱性無明顯影響。

圖4 耐熱試驗(yàn)后不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留試樣的表面色差Figure 4 Color differences of the surfaces of samples with finishing liquid residue of different mass fractions after heat resistance test

鍍鋅產(chǎn)品常被應(yīng)用于家電行業(yè)，因此必須具備優(yōu)良的耐溶劑性和耐指紋性。從圖5可知，不同試樣經(jīng)耐溶劑及耐指紋測(cè)試后的色差相近，表明光整液殘留對(duì)三價(jià)鉻鈍化膜的耐指紋性和耐溶劑性無明顯影響。

圖5 耐溶劑和耐指紋試驗(yàn)后不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留試樣的表面色差Figure 5 Color differences of the surfaces of samples with finishing liquid residue of different mass fractions after solution and fingerprint resistance test

2.3.2 耐蝕性

從圖6可以看出，隨著基板表面殘留光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，NSS試驗(yàn)120 h后試樣白銹面積明顯增大，表明鈍化膜的耐蝕性逐漸變差。這是因?yàn)榛灞砻鏆埩舻墓庹号c三價(jià)鉻鈍化液發(fā)生反應(yīng)，阻礙了鈍化液與鍍鋅板的反應(yīng)，不僅直接影響鈍化成膜過程，還會(huì)使鈍化膜的組分發(fā)生改變。

圖6 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留試樣中性鹽霧試驗(yàn)120 h的狀態(tài)Figure 6 States of samples with finishing liquid residue of different mass fractions after 120-hour neutral salt spray test

從圖7可知，NSS試驗(yàn)48 h時(shí)所有試樣表面均無白銹產(chǎn)生。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留試樣的白銹面積分?jǐn)?shù)都逐漸增大，并且隨著殘留光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，白銹面積分?jǐn)?shù)的增大加快，這表明殘留光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，鍍鋅板發(fā)生腐蝕后的腐蝕速率越高。

圖7 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留試樣在中性鹽霧試驗(yàn)不同時(shí)間后的白銹面積分?jǐn)?shù)Figure 7 Area fractions of white rust on samples with finishing liquid residue of different mass fractions after neutral salt spray test for different time

2.3.3 殘留光整液對(duì)涂裝性能的影響

從圖8可知，當(dāng)殘留光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.4 %后，百格試驗(yàn)小方格邊緣有小片涂層脫落，且隨著殘留光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，脫落面積逐漸增大，表明鍍鋅板的涂裝性能變差。

圖8 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)光整液殘留試樣表面涂層的附著力測(cè)試結(jié)果Figure 8 Adhesion test results of coatings on samples with finishing liquid residue of different mass fractions

3 結(jié)論

綜上可知，光整液殘留對(duì)鍍鋅板三價(jià)鉻鈍化膜的耐熱性、耐指紋性及耐溶劑性無明顯影響；隨鍍鋅板表面殘留光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，三價(jià)鉻鈍化膜的耐蝕性變差；當(dāng)鍍鋅板表面殘留的光整液質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.4%時(shí)，其涂裝性能變差。

在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)過光整機(jī)高壓清洗，鍍鋅板表面殘留的光整液濃度一般較低，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能造成影響，但光整液殘留濃度較大時(shí)必定會(huì)產(chǎn)生不良影響。因此，在引進(jìn)新的光整液或鈍化液時(shí)，必須對(duì)光整液和鈍化液的匹配性進(jìn)行試驗(yàn)研究，做好上線前的測(cè)試；若光整液殘留不可避免且濃度較高，在產(chǎn)品質(zhì)量許可的情況下，可考慮用脫鹽水代替光整液。