蔡 捷 李先杰 畢玉梅 馮冠文 黃道兵

(武漢鋼鐵有限公司 湖北 武漢：430080)

預(yù)鍍鎳對(duì)重力法電鍍鋅層結(jié)晶形貌的影響

蔡 捷 李先杰 畢玉梅 馮冠文 黃道兵

(武漢鋼鐵有限公司 湖北 武漢：430080)

對(duì)預(yù)鍍鎳的工藝及預(yù)鍍鎳對(duì)重力法電鍍鋅層結(jié)晶形貌及織構(gòu)的影響進(jìn)行了探討，并分析了預(yù)鍍鎳改善電鍍鋅表面質(zhì)量的機(jī)理。結(jié)果表明，預(yù)鍍鎳處理可以削弱后續(xù)電鍍鋅過程中鍍層取向?qū)迦∠虻奈幌喑欣^關(guān)系并進(jìn)一步細(xì)化鍍層晶粒，從而提高電鍍鋅板的表面質(zhì)量。

預(yù)鍍鎳；電鍍鋅；表面質(zhì)量；形貌

電鍍鋅鋼板廣泛應(yīng)用于輕工、家電、汽車等行業(yè)。由于電鍍鋅鋼板具備優(yōu)良的耐腐蝕性和表面質(zhì)量，高檔轎車外板如奔馳、大眾等一直在廣泛使用電鍍鋅鋼板。同時(shí)，隨著工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，汽車、家電以外的影視、OA(Office Appliances即辦公自動(dòng)化，主要產(chǎn)品包括復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀等)、3C(信息家電，主要產(chǎn)品包括電腦機(jī)箱、通訊機(jī)柜及消費(fèi)類電子產(chǎn)品)等領(lǐng)域也大量使用電鍍鋅鋼板[1]。近十幾年來，世界上新建電鍍鋅產(chǎn)能大多采用奧地利Andritz重力法電鍍鋅[2]。目前世界上采用Andritz重力法電鍍鋅的機(jī)組產(chǎn)能近400萬噸/年，該工藝是垂直式電鍍工藝的一種，電鍍時(shí)鍍槽不充滿鍍液，鍍液僅存在于陽極與帶鋼之間，并依靠自身重力來加速，具備電流效率高、無需邊緣保護(hù)罩、表面質(zhì)量?jī)?yōu)等優(yōu)點(diǎn)[3]。武鋼電鍍鋅機(jī)組即采用重力法電鍍鋅工藝，但由于電鍍鋅前工序來料表面質(zhì)量問題，即使經(jīng)過電鍍前的脫脂和酸洗之后，表面鍍層質(zhì)量問題仍時(shí)有發(fā)生，尤其是表面色差缺陷。因此，為提高電鍍鋅板表面質(zhì)量，在電鍍鋅工藝之前增加預(yù)鍍鎳工藝，采用臥式電鍍槽，可溶性陽極，在鍍鋅之前先預(yù)鍍一層極薄的鎳，再鍍鋅后能夠明顯改善表面質(zhì)量。本文對(duì)預(yù)鍍鎳的工藝及預(yù)鍍鎳對(duì)重力法電鍍鋅層結(jié)晶形貌及織構(gòu)的影響進(jìn)行了探討并分析了預(yù)鍍鎳改善電鍍鋅表面質(zhì)量的機(jī)理。

1 工藝試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)流程

基材采用Ti-IF鋼，帶鋼規(guī)格0.6mm×1264mm，經(jīng)化學(xué)脫脂、電解脫脂、漂洗、硫酸酸洗活化、漂洗后進(jìn)入臥式預(yù)鍍鎳槽實(shí)施電鍍納米鎳，再經(jīng)漂洗后進(jìn)行重力法電鍍鋅，鍍鋅層重量為30g/m2，帶鋼運(yùn)行速度70m/min，鋼卷的前半卷投入預(yù)鍍鎳處理，后半卷則不投入預(yù)鍍鎳工藝。

1.2 預(yù)鍍鎳工藝原理及操作條件

預(yù)鍍鎳工藝采用預(yù)鍍納米鎳新工藝，集電鍍、化學(xué)鍍和納米鍍技術(shù)于一身。在電鍍過程中，通電提供能量使部分添加劑分解，其分解產(chǎn)物恰好是化學(xué)鍍鎳的還原劑，從而使鍍液具有化學(xué)鍍鎳的功能，另一部分分解產(chǎn)物是納米鍍鎳的添加劑，因而鍍液還具備納米鍍鎳的功能，從而形成一種以電鍍?yōu)橹?，化學(xué)鍍?yōu)檩o，并伴有納米鍍的新工藝[4]。武鋼電鍍鋅機(jī)組預(yù)鍍鎳工藝配方及操作條件見下表1。

表1 預(yù)鍍鎳工藝配方及操作條件

1.3 預(yù)鍍鎳處理樣片分析

通過預(yù)鍍鎳工藝試驗(yàn)，對(duì)投入預(yù)鍍鎳工藝和未投入預(yù)鍍鎳工藝的樣品取樣進(jìn)行下述微觀分析。

(1)表面鍍層化學(xué)成分：采用Profiler HR 輝光光譜儀分析鍍層沿截面方向的化學(xué)成分分布，同時(shí)進(jìn)行鍍層化學(xué)成分的定量分析。

(2)鍍層表面形貌：采用FEI-Quanta400掃描電鏡觀察預(yù)鍍鎳處理及未預(yù)鍍鎳處理的電鍍鋅鍍層的表面微觀形貌變化及EBSD織構(gòu)分析。

(3)預(yù)鍍鎳層分布：用含有緩蝕劑的酸褪去鋅鍍層后對(duì)基板進(jìn)行SEM分析預(yù)鍍鎳的分布。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)鍍鎳對(duì)電鍍鋅板表面質(zhì)量的改善

未鍍鎳和鍍鎳后鍍鋅板表面宏觀對(duì)比見圖1。

圖1 電鍍鋅板鍍鎳前后表面對(duì)比

從圖1(a)和(b)的對(duì)比中可以看出，未投入預(yù)鍍鎳的電鍍鋅樣片表面存在條紋色差，而投入預(yù)鍍鎳后的電鍍鋅樣片表面色澤均勻，細(xì)膩，表面質(zhì)量得到明顯的改善。

2.2 輝光光譜分析結(jié)果

對(duì)投入預(yù)鍍鎳和未投入的樣品進(jìn)行輝光光譜分析，分析Zn、Fe、Ni在鍍層厚度方向上的分布情況，詳見表2及圖2。

表2 預(yù)鍍鎳及未預(yù)鍍鎳樣片鍍層化學(xué)成分分析

圖2 電鍍鋅板預(yù)鍍鎳前后輝光光譜結(jié)果

從輝光光譜分析結(jié)果可以看出，鎳鍍層主要存在于鍍鋅層與鋼基之間的界面，即預(yù)鍍鎳投入后在鋼基與鍍鋅層之間的界面存在微量的金屬鎳的電沉積，其含量約為0.032g/m2，重量?jī)H為鍍層重量的0.54%。

2.3 SEM分析結(jié)果

圖3 電鍍鋅板預(yù)鍍鎳前后形貌

從圖3(a)和圖3(b)SEM形貌對(duì)比分析結(jié)果可知，預(yù)鍍鎳未投入前，鍍層存在有明顯取向區(qū)域；預(yù)鍍鎳投入后，由于鎳的無定形電沉積，同時(shí)沉積的鎳成為后續(xù)電鍍鋅的形核基點(diǎn)，使得基板的取向?qū)﹀儗拥娜∠蛴绊懘蟠鬁p弱，鍍層基本不存在具有明顯取向的區(qū)域，從而在一定程度上消除了基板晶粒取向造成的表面色差，改善了電鍍鋅板的表面質(zhì)量。從晶粒尺寸的對(duì)比上可以看出，預(yù)鍍鎳后電鍍鋅板表面晶粒有一定程度的細(xì)化，這得益于預(yù)鍍鎳后電沉積的形核點(diǎn)顯著增多。

對(duì)未預(yù)鍍鎳的樣片的色差區(qū)域用含有緩蝕劑的酸褪去鍍層后拋光進(jìn)行EBSD分析，結(jié)果見圖4和圖5。由圖4及圖5可見，在色差缺陷區(qū)域的基板的織構(gòu)以[001]擇優(yōu)取向?yàn)橹鳎谡^(qū)域的基板的織構(gòu)則以[111]擇優(yōu)取向?yàn)橹?。由于電鍍鋅的晶粒取向主要受基板晶粒取向影響，兩者之間存在顯著的位相承繼關(guān)系，相對(duì)粗大的[001]織構(gòu)引起鍍鋅層的局部取向與正常部位不一致，從而導(dǎo)致鍍層色差缺陷。

圖4 色差區(qū)域基板EBSD取向分析

圖5 正常板面區(qū)域基板EBSD取向分析

預(yù)鍍鎳處理后的電鍍鋅鋼板褪去鍍層后進(jìn)行SEM能譜分析，結(jié)果見圖6。由圖可以看出，預(yù)鍍鎳鍍層顆粒主要沉積在鐵素體晶界上，這些顆粒成為后續(xù)電鍍鋅的形核基點(diǎn)，可以顯著削弱電鍍鋅層對(duì)基板織構(gòu)的取向外延承繼關(guān)系。

3 結(jié)論

預(yù)鍍鎳處理可以削弱后續(xù)電鍍鋅過程中鍍層取向?qū)迦∠虻奈幌喑欣^關(guān)系，這是由于預(yù)鍍鎳優(yōu)先沉積于鐵素體晶界上，后續(xù)電鍍鋅過程中以此為形核點(diǎn)生長(zhǎng)，取代了電鍍鋅鐵素體晶界處的外延形核生長(zhǎng)。因此，對(duì)于基板表面的異?？棙?gòu)導(dǎo)致的色差缺陷具有良好的改善效果，同時(shí)由于預(yù)鍍鎳顯著增加了形核基點(diǎn)，鍍層晶粒得以進(jìn)一步細(xì)化，因而表面質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，鍍層色澤更均勻、細(xì)膩。

圖6 預(yù)鍍鎳樣片褪去鍍層后的SEM能譜分析結(jié)果

[1] 郄芳，代云紅. 國(guó)內(nèi)外電鍍鋅板供需現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析[J].冶金信息導(dǎo)刊，2012，(4):15-19.

[2] 顧迅雷，單玉橋，劉常升等. 高速電鍍鋅的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].材料保護(hù)，2009,42(1):44-47.

[3] Peter Eisenkoeck, Tomaz Lavric. The GRAVITEL process for electro-galvanising of steel strip[J]. Millenium Steel, 2009,(2):141-144.

[4] 儲(chǔ)榮邦，戴昭文，楊立保.納米鎳預(yù)鍍新工藝[J].表面工程咨詢，2013，(1)：14-15.

EffectofNiPre-coatingonMorphologyandTextureofZincElectroplatedCoating

Cai Jie Li Xianjie Bi Yumei Feng Guanwen Huang Daobing

(Wuhan Iron & Steel Co. Ltd, Wuhan 430080, Hubei)

The effect of Ni pre-coating technology and the influence on the morphology and texture of “GRAVITEL” zinc electroplated coating was discussed in this paper. The mechanism of Ni pre-coating improving surface quality of electrogalvanized sheet was also analyzed. The results show that Ni pre-coating can weaken the phase inheritance of the zinc coating to the substrate orientation and refine the plated zinc grains. Thus a better surface quality of electro-galvanized sheet can be obtained.

Ni pre-coating; electro-galvanizing; surface quality; texture

李文英)

2017-11-01

2017-11-10

蔡 捷(1979～)，男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師.E-mail：ariestimecj@hotmail.com

TQ153.1+2

A

1671-3524(2017)04-0006-03