杜 蓉 涂元強 雷澤紅 白會平 楊宏武

(武鋼研究院 湖北 武漢：430080)

自潤滑合金化板的表面特性研究

杜 蓉 涂元強 雷澤紅 白會平 楊宏武

(武鋼研究院 湖北 武漢：430080)

對自潤滑合金化板及普通合金化板的潤滑性能、抗粉化性能、涂裝性能、耐蝕性能等表面特性進行了分析和研究。結(jié)果表明，自潤滑處理可以有效改善合金化板的摩擦特性，提高其潤滑性能，從而顯著提升合金化板的抗粉化性能。自潤滑合金化板的耐蝕性能相比普通合金化板更加優(yōu)良，兩者的磷化性能無差異，經(jīng)電泳后的耐腐蝕性能也在同等水平。

自潤滑合金化板；摩擦；潤滑；粉化；涂裝

合金化熱鍍鋅鋼板(簡稱合金化板/GA板)，具有優(yōu)良的耐蝕性能、焊接性能、涂裝性能，因此廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域[1-2]。然而，GA 板合金化鍍層的組成相主要是Zn-Fe合金， Zn-Fe合金在室溫下基本是脆性的，因此鋼板在成形時易發(fā)生鍍層的粉化和剝落[3-5]。這不僅影響鋼板的沖壓成形，而且會降低鍍層的耐蝕性，產(chǎn)生表面缺陷，從而影響鋼板涂裝后的外觀，這在很大程度上限制了合金化熱鍍鋅板的應(yīng)用。隨著新的科學(xué)技術(shù)的推動以及新的科學(xué)手段的出現(xiàn)，科研機構(gòu)考慮對合金化熱鍍鋅板進行表面處理來改善其在應(yīng)用中的缺陷。其中，自潤滑合金化產(chǎn)品能提高合金化鋼板的潤滑性，從而顯著改善合金化熱鍍鋅鋼板的粉化和剝落問題[6-8]。本文對自潤滑合金化產(chǎn)品的表面特性進行了研究，并與同類普通合金化板的性能進行了對比，以期為自潤滑合金化產(chǎn)品的進一步推廣及應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 試驗材料與方法

試驗所用材料為某鋼廠生產(chǎn)的自潤滑合金化板DX53D+ZF-L(試樣編號為1#)，對比樣為同牌號普通合金化板DX53D+ZF(試樣編號為0#)，基板厚度均為0.65mm，鋅層厚度為50/50g/m2。取兩種成品鋼板若干，按照相關(guān)試驗要求剪成小樣備用。

采用HEIDON Type 14表面滑動試驗機對兩種試樣的摩擦系數(shù)進行測試，其中，載荷重量為1kg，滑動速度為150mm/min，滑動距離為100mm；采用拉伸試驗機對兩種試樣的平面滑動性能進行測試，其中壓具荷重為5kN，拉伸速度為360mm/min，滑動距離為100mm；同樣采用拉伸試驗機對兩種試樣進行拉拔試驗，其中，拉伸速度為200 mm/min，滑動距離為100mm，壓具荷重為1kN，2kN，3kN，5kN。拉拔試驗后，采用膠帶剝離的方法對滑動部外觀的粉化程度進行評價；采用車企的前處理體系對兩種試樣進行脫脂、磷化、電泳，對磷化膜的重量進行計算，利用掃描電鏡(QUANTA400)對鋼板磷化后的微觀形貌進行觀察。其中，脫脂劑為日本帕卡FC-E2011，處理溫度45℃，處理時間120s；磷化藥劑為日本帕卡PB-WL35MY，處理溫度為40℃，處理時間為120s；采用ST-ISO-30型鹽霧試驗箱對兩種鋼板及電泳后鋼板的耐蝕性能進行測試，其中，試驗溫度為35±2℃，NaCl溶液的濃度為50±5g/L，降霧量為1.2mL/80cm2·h。

2 結(jié)果與討論

2.1 潤滑性能

對0#試樣及1#試樣的動摩擦系數(shù)進行測試，并對往復(fù)摩擦次數(shù)進行考察，分1次、10次、30次、50次進行測試，測試結(jié)果如下表1所示。通過試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，普通合金化板的動摩擦系數(shù)在0.16左右；自潤滑合金化板的動摩擦系數(shù)在0.12左右，相比普通合金化板得到明顯降低。普通合金化板的動摩擦系數(shù)在經(jīng)過10次往復(fù)摩擦之后，即呈現(xiàn)劇烈增長趨勢；而自潤滑合金化板的動摩擦系數(shù)在經(jīng)過200次往復(fù)摩擦之后，仍保持在0.12的水平。試驗結(jié)果表明自潤滑合金化板的潤滑性能相比普通合金化板得到明顯提高，且在反復(fù)摩擦工況條件，特別是連續(xù)沖壓零件時，更能體現(xiàn)出自潤滑合金化板的優(yōu)良摩擦特性。

表1 動摩擦系數(shù)測試結(jié)果

采用拉伸試驗機對兩種鋼板的平面滑動性能進行測試，測試結(jié)果如下圖1所示。通過試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，普通合金化板在鋼板拉伸時，隨著拉伸距離的增大，出現(xiàn)了明顯的載荷振動。自潤滑合金化板在拉伸時，隨著拉伸距離的增大，拉伸載荷變化平穩(wěn)，基本無波動，表明其具有良好的潤滑性能。

圖1 兩種試樣的平面滑動性能

2.2 抗粉化性能

分別對進行拉拔試驗后兩種試樣的褶動部、凹部以及模具接觸面3個部位進行膠帶剝離，并且保證膠帶剝離的面積相同，對3個部位的粉化程度進行判斷，如下表2及表3所示。通過試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，普通合金化板3個部位均沾有大量粉末狀附著物，自潤滑合金化板3個部位的粉末狀附著物相比普通合金化板大大減少，粉化程度比普通合金化板嚴(yán)重，粉化面積比普通合金化板大，說明其抗粉化性能得到顯著提高。

在此基礎(chǔ)上，對粉化試驗中，也就是拉拔試驗過程中拉伸荷重的變化情況進行測試，試驗結(jié)果如下圖2所示。通過試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在相同壓具荷重作用下，自潤滑板的拉伸荷重相比無處理普通合金化板的拉伸荷重大大降低。進一步說明自潤滑板的潤滑性能優(yōu)良，能有效提高普通合金化板的抗粉化性能。

相比普通合金化板，自潤滑合金化板的動摩擦系數(shù)顯著降低，潤滑性能得到明顯提高。優(yōu)良的潤滑性能可以有效減少鋼板與模具之間的摩擦，改善模具的損壞情況，減少生產(chǎn)廠家清理及更換模具的次數(shù)，大大提高生產(chǎn)節(jié)奏。

表2 0#試樣粉化性能測試結(jié)果

表3 1#試樣的粉化性能測試結(jié)果

圖2 粉化測試中拉伸荷重變化結(jié)果

2.3 涂裝性能

對經(jīng)脫脂清洗后的0#試樣及1#試樣進行磷化處理，對兩種鋼板磷化后的表面形貌進行掃描電鏡測試，如圖3所示。其中，圖3(a)、(b)分別是0#試樣磷化后正、反表面的形貌圖，圖3(c)、(d)分別是1#試樣磷化后正、反表面的形貌圖。通過實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對于自潤滑合金化板及其無處理普通合金化板，鋼板正、反兩面均形成了灰色、致密的磷化結(jié)晶，且磷化晶粒尺寸均在10μm左右，兩者并無明顯差別。

圖3 磷化表面形貌圖

進一步地，利用如下公式對兩種試樣的磷化膜重進行測算。其中，P1是鋼板沒有磷化時的重量，P2是磷化后鋼板的重量，S是鋼板的表面積，測試結(jié)果如下表4所示。通過試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對于0#試樣，其磷化膜重平均值為3.5g/m2，1#試樣的磷化膜重平均值為3.4g/m2，兩者基本也在同一水平。

W=×10

綜上所述，自潤滑合金化板表面的自潤滑涂膜在脫脂液中得到完全清除，且鋼板正、反兩面的磷化形貌與普通合金化板相同，鋼板表面均形成了均勻、致密的磷化結(jié)晶，結(jié)晶粒度和磷化膜重均在同等水平，兩者的涂裝性能無明顯差異。

2.4 耐蝕性能

對兩種鋼板平板部及電泳后鋼板平板部的耐蝕性能進行測試，試驗結(jié)果如下表5所示。通過試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，普通合金化板48h即出現(xiàn)5%的白銹，而自潤滑合金化板在120h才出現(xiàn)3%的白銹。自潤滑合金化板出現(xiàn)白銹的時間顯著晚于普通合金化板，表明自潤滑合金化板的耐蝕性能優(yōu)于普通合金化板。經(jīng)電泳后，兩種鋼板鹽霧循環(huán)均可耐受1000h，沒有明顯差異，進一步表明自潤滑涂層在脫脂劑中得到了100%清除。

3 結(jié)論

(1)與普通合金化板相比，自潤滑合金化板的摩擦系數(shù)顯著降低，達到0.12的水平，且在往復(fù)摩擦200次之后仍能保持這個水平，潤滑性能優(yōu)良，抗粉化性能得到明顯提高；

(2)自潤滑合金化板的耐腐蝕性能相比普通合金化板更加優(yōu)良，耐蝕性能得到進一步提高；

(3)自潤滑合金化板的磷化性能與普通合金化板無差異，兩者經(jīng)電泳后的耐腐蝕性能也在同等水平。

[1] 徐秀清,王順興.連續(xù)熱鍍鋅工藝進展與展望[J].表面技術(shù),2007,36:71-74.

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[3] 程東妹,郝曉東,愈鋼強.合金化熱鍍鋅鋼板抗粉化性能的研究進展[J].腐蝕與防護,2007，(28):83-86.

[4] 郭太雄,金永清,張勇.熱鍍鋅板鍍層耐剝離性研究[J].鋼鐵釩鈦,2010，(31):30-33.

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[6] 崔磊,趙云龍,任猛等.自潤滑鍍鋅鋼板的研究進展[J].鋼鐵研究,2010,38(1):268-272.

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SurfaceCharacteristicsofSelf-lubricatedGalvannealedSteelSheet

Du Rong Tu Yuanqiang Lei Zehong Bai Huiping Yang Hongwu

(Research and Development Center of WISCO, Wuhan 430080, Hubei)

The lubricating property, powdering resisting property, coating performance and corrosion resistance between the self-lubricated galvannealed (GA) steel sheet and the traditional GA steel sheet were evaluated and studied. The results show that the self-lubrication treatment can effectively improve the surface lubrication performance of the traditional GA steel sheet and then remarkably enhance its powdering resisting property. The self-lubricated GA steel sheet has better corrosion resistance than the traditional GA steel sheet. The phosphating property and the corrosion resistance after electrophoresis coating are both at the same level as that of the traditional GA steel sheet.

self-lubricated galvannealed steel sheet; friction; lubricate; powdering; coating

游 濤)

2017-11-10

2017-11-20

杜 蓉(1987～)，女，碩士，工程師.E-mail：lovely429@126.com.

TQ153.1+2

A

1671-3524(2017)04-0009-03