合金化自潤滑鋼板的磷化及鋯化性能研究

黃道兵 丁 濤 蔡 捷 陳園林 馮冠文 張 立

(1.寶鋼股份中央研究院武漢分院(武鋼有限技術(shù)中心) 湖北 武漢：430080；2.寶鋼股份武鋼有限冷軋廠 湖北 武漢：430080；3.寶鋼股份武鋼有限制造部 湖北 武漢：430080)

自潤滑合金化板具備良好的加工潤滑性。使用自潤滑鋼板時，汽車制造廠家在沖壓加工過程中無需使用潤滑油，可實現(xiàn)“無油”沖壓。自潤滑合金化板還具有良好的抗粉化性能，可大幅降低客戶停機清模的頻次，降低生產(chǎn)成本[1-4]。因此，自潤滑合金化板被廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域，特別是日系及國產(chǎn)汽車生產(chǎn)廠家。但由于涂層處理鋼板表面性能有別于傳統(tǒng)的表面無處理鋼板，汽車廠家對涂層鋼板的推廣使用持謹慎態(tài)度，因為鋼板表面經(jīng)過涂層處理后，有可能會對后續(xù)的加工過程產(chǎn)生不良影響[5-7]。本文對自潤滑合金化板的涂裝前處理——包括磷化、鋯化性能進行了分析，同時對磷化及鋯化處理后的表面進行涂漆分析，詳細探討了自潤滑合金化板對當前汽車廠涂裝工藝的適應(yīng)性。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料為自潤滑涂層合金化鋼板，合金化基板主要成分0.03%C，0.01%Si，0.14%Mn，0.02%P，0.01%S(均為質(zhì)量分數(shù))；表面經(jīng)過自潤滑涂層涂覆處理。

1.2 實驗方法

取機組生產(chǎn)的自潤滑合金化鋼板，試樣材料切割成72 mm×150 mm規(guī)格，而后進行磷化及鋯化處理，磷化液及鋯化液為某汽車廠現(xiàn)場槽液。將自潤滑鋼板進行超聲清洗活化后，分別浸入磷化、鋯化槽液中一段時間，經(jīng)過清洗烘干后待測試用。經(jīng)過磷化及鋯化后的試樣切割成10 mm×10 mm規(guī)格，采用XRD、Quanta 400掃描電子顯微鏡(SEM)配合能譜儀觀察表面形貌及成分。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 磷化性能表面微觀結(jié)構(gòu)分析

將經(jīng)過磷化處理的自潤滑合金化板表面進行微觀組織分析，其微觀形貌如圖1所示。

圖1 不同放大倍率自潤滑合金化板表面磷化微觀形貌

對磷化處理后樣件進行表面XRD衍射分析，XRD結(jié)果如圖2所示。

圖2 自潤滑合金化板表面XRD分析

由XRD分析結(jié)果可知：經(jīng)過磷化后，自潤滑表面生成了一層主要含有Zn3(PO4)2·4H2O(hopeite)的磷化物結(jié)構(gòu)，磷化物晶粒尺寸在3-6 μm。通過重量法分析表面磷化物膜重，磷化物膜重在3 g/m2以上。

2.2 鋯化性能表面微觀結(jié)構(gòu)分析

將鋯化處理后的樣件切割成小樣，對鋯化區(qū)域進行SEM微觀分析，表面形貌見圖3。

圖3 自潤滑合金化板表面鋯化微觀形貌

圖3中所選部位能譜結(jié)果如表1所示.

表1 自潤滑合金化板鋯化后能譜分析

由圖3 SEM及表1能譜結(jié)果可知，合金化板自潤滑表面經(jīng)過鋯化處理后，表面生成了一層極薄的顆粒狀鋯化粒子，鋯化顆粒的尺度在納米級別，這層細小的納米顆粒提供了較大的比表面積，為后續(xù)的涂裝提供了良好的表面狀態(tài)。

同時，對鋯化處理后的表面進行了輝光分析，輝光譜圖如圖4所示。

圖4 自潤滑合金化板表面鋯化輝光譜圖

圖4輝光譜圖表明：自潤滑膜層(自潤滑處理的Mn及Ni典型元素)厚度很薄，在納米級別，鋯化處理表面生成的鋯化物厚度在70 nm左右。

2.3 涂裝性能分析

對經(jīng)過磷化及鋯化處理后的樣件，在實驗室進行涂裝試驗，然后用百格法進行涂層附著力評價，實驗結(jié)果如圖5所示。自潤滑合金化鋼板表面經(jīng)過磷化及鋯化處理后，表面涂裝的漆層，經(jīng)過百格剝離，鋼板表面有機涂層均未出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，表面涂層附著力優(yōu)良。

圖5 涂裝試樣附著力結(jié)果

因此合金化板經(jīng)過自潤滑處理，可適應(yīng)汽車廠家的磷化或者鋯化前處理工藝，不會對后續(xù)的涂裝性能產(chǎn)生影響，滿足汽車廠家的要求。

3 結(jié)論

(1)合金化自潤滑鋼板經(jīng)過磷化處理后，表面生成了一層主要含有Zn3(PO4)2·4H2O(hopeite)的磷化物，磷化物晶粒尺寸在3-6 μm，磷化物膜重在3 g/m2以上，磷化性能良好。

(2)合金化自潤滑鋼板經(jīng)過鋯化處理后，表面生成了一層極薄的顆粒狀鋯化粒子，鋯化顆粒的尺度在納米級別，這層細小的納米顆粒提供了較大的比表面積，為后續(xù)的涂裝提供了良好的表面狀態(tài)。

(3)經(jīng)過磷化及鋯化處理后的樣件進行涂裝處理，表面漆層附著力良好，經(jīng)過百格剝離后未出現(xiàn)脫落，涂裝性能良好。