供稿|王亞芬，韓丹，王亞東，楊家云 / WANG Ya-fen, HAN Dan, WANG Ya-dong, YANG Jia-yun

作者單位：1. 本鋼板材股份有限公司技術(shù)研究院，遼寧 本溪 117000；2. 上海凱密特爾化學品有限公司，上海 200120

內(nèi)容導讀針對本鋼熱鍍鋅無鉻鈍化板產(chǎn)生的涂裝不良問題，通過現(xiàn)場調(diào)研、表面膜層測厚、模擬噴粉涂裝以及采用掃描電鏡及X射線能譜儀對涂裝不良鋼板表面和涂裝良好鋼板的表面分別進行了微觀觀察和元素定性分析，探討了涂裝不良缺陷的產(chǎn)生原因和消除措施。結(jié)果表明，本鋼熱鍍鋅無鉻鈍化板涂裝不良缺陷主要由于表面存在大量有機污染物，使用酒精有機溶劑長時間浸泡可以去除，鋼板表面的有機污染物是影響其噴粉涂裝附著力的主要因素，通過涂油量的減少或可減輕或消除此類問題。

熱鍍鋅鋼產(chǎn)品長時間運輸或潮濕環(huán)境放置，在原本光亮平滑的產(chǎn)品表面上會出現(xiàn)大量白色或灰色粉末，產(chǎn)品發(fā)黑，嚴重的地方甚至出現(xiàn)了銹斑。為抑制鍍鋅鋼板發(fā)生銹蝕，對鍍鋅鋼板表面進行鈍化處理的方式在生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用。鉻酸鹽鈍化處理工藝簡單、成本低、抗蝕性能好，但是Cr6+對環(huán)境的污染已逐漸被環(huán)保型無鉻鈍化劑取代[1-3]。

本鋼供家電用熱鍍鋅板后處理采用無鉻鈍化處理，鈍化板在家電工廠空調(diào)零件制造過程中多次出現(xiàn)靜電噴涂后結(jié)合力不良的問題，劃格后漆膜大片脫落，影響家電制造廠的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)節(jié)奏。從熱鍍鋅鈍化板到家電零件成品的生產(chǎn)工藝較長，從沖壓、涂裝前處理、靜電噴涂和漆膜烘烤等一系列較長的工藝流程，諸多因素均會造成鈍化板出現(xiàn)這種“漆膜脫落”缺陷。因此通過排查現(xiàn)場工藝，借助測厚儀、掃描電鏡（SEM），分析油膜厚度、鋼板表面形貌、噴粉后附著力等，研究此類問題的產(chǎn)生原因是非常必要的。

實驗材料及方法

家電板制件生產(chǎn)流程為：開卷→沖壓零件→水洗→預脫脂→脫脂→水洗→硅烷處理→水洗→靜電噴涂→固化→涂層檢驗（附著力等）→合格噴涂零件發(fā)總裝配車間。

逐一對家電制件生產(chǎn)所有環(huán)節(jié)逐一進行排查，對沖壓段、前處理段（脫脂和硅烷處理）、噴粉房以及烘干時間和溫度都進行了勘察，現(xiàn)場并沒有發(fā)現(xiàn)工藝異常情況，均能達到粉末涂裝的要求。因此將有問題的鋼板和涂裝良好的鋼板取回實驗室從油漆與基板表面的鈍化層的結(jié)合力上進行深入研究。采用機械方法去除問題鋼板的鈍化層，直接噴粉涂裝；采用化學方法，用酒精作為溶劑去除鈍化層表面可能附著的污染物質(zhì)，再次進行噴粉實驗；采用掃描電鏡對觀察表面具體形貌，使用能譜儀對鋼板表面成分進行分析。

實驗結(jié)果與分析

宏觀形貌分析

熱鍍鋅鈍化產(chǎn)品DC51D+Z，規(guī)格0.6 mm。制成空調(diào)室外機板，涂裝后噴粉附著力不合格，劃格后漆膜大片脫落。正常零件與涂裝不良零件照片如圖1所示，圖1（a）漆膜完好無損，圖1（b）橢圓圈中條形部位大片米白色漆膜基本脫落。

圖1 家電制件涂裝件：（a）涂裝合格件；（b）涂裝不良件

機械法去除表面膜層

取3片75 mm×150 mm問題鋼板，砂紙打磨完全去除鋼板表面鈍化層，經(jīng)過涂裝預處理后，進行噴粉涂裝，烘烤后做劃格實驗，附著力為0級，油漆結(jié)合力完全正常，并無掉漆現(xiàn)象。

膜厚分析

取問題鋼板和涂裝后良好的熱鍍鋅無鉻鈍化正常鋼板，尺寸75 mm×150 mm各9片，分別采用紅外線膜厚測量儀與X-Ray熒光測量儀進行表面膜厚測量。這兩類鋼板分別再用酒精溶劑浸泡30 min和90 min后取出吹干，再采用紅外線膜厚儀與XRay熒光膜厚儀分別測量膜厚，結(jié)果見表1。采用兩種膜厚檢測設(shè)備測量，紅外線測量的問題鋼板表面膜厚均大于1.07 μm，遠遠大于X-Ray測量的膜厚0.907 μm，且在酒精浸泡過程中紅外線測量的問題鋼板表面膜厚不斷減??；紅外線測量的正常鋼板表面膜厚為1.07～1.11 μm，X-Ray測量的正常鋼板表面膜厚0.963～0.969 μm，且在酒精浸泡過程中膜厚基本不變，兩種測量方法得到的膜厚值近似。

表1 鋼板膜厚

電鏡分析

將涂裝不良的問題板剪成10 mm×10 mm的方塊，采用酒精溶劑分別浸泡30 min和90 min后取出吹干，然后采用掃描電鏡在高倍率下對其進行表面形貌及表面元素分析，同時將涂裝良好的本鋼供奧克斯熱鍍鋅無鉻鈍化作為對比樣一同進行掃描電鏡分析，結(jié)果如圖2所示。

從圖2（a）可以看到，涂裝不良鋼板表面雜質(zhì)較多，且無水分蒸發(fā)留下的致密小孔，表面除無鉻鈍化膜后還有一層物質(zhì)覆蓋在表面；圖2（c）和（d）采用酒精浸泡涂裝不良鋼板后，隨著浸泡時間的增加，從30 min到90 min鋼板表面的雜質(zhì)減少，致密小孔陸續(xù)顯現(xiàn)；從圖2（d）可以看到，正常鋼板表面潔凈光整，無鉻鈍化膜在干燥過程中水分蒸發(fā)留下的致密小孔清晰可見。采用能譜儀進行表面元素分析，結(jié)果如表2所示。

圖2 鋼板SEM表面形貌：（a）涂裝不良鋼板；（b）不良板浸泡30 min；（c）問題板浸泡90 min；（d）正常鋼板

從表2中可以看出，所有鋼板表面均含碳、氧、鋁、硅、磷、鋅及鐵元素，其中碳、氧元素為無鉻鈍化膜或防銹油含有的元素，主要是有機物成分；硅、磷為無鉻鈍化膜的特征元素，主要為無機物；鐵、鋅、鋁為基材元素。但涂裝不良鋼板的碳、氧元素比例均遠遠大于正常板，這說明鋼板表面含有更多的有機物，且隨著酒精浸泡時間的增加，碳、氧比例迅速下降，而無鉻鈍化特有的硅元素幾乎不變。這說明酒精浸泡下無鉻鈍化膜未發(fā)生變化，但涂裝不良鋼板表面的其他有機物質(zhì)被溶劑溶解去除了[4]。

表2 鋼板表面成分（質(zhì)量分數(shù)，%）

噴粉涂裝模擬

涂裝不良鋼板剪成100 mm×150 mm大小的樣片，采用酒精溶劑分別浸泡30 min和90 min后取出吹干，然后靜電噴粉、烘烤固化及自然冷卻。同時將涂裝良好的本鋼供奧克斯熱鍍鋅無鉻鈍化作為對比樣一同進行實驗。將噴粉后的樣片采用折彎法來測定噴粉層的結(jié)合力，如圖3所示。涂裝不良鋼板和酒精溶劑浸泡30 min噴粉后樣片折彎掉漆，附著力差，浸泡90 min噴粉后樣片折彎無掉漆，附著力良好。

圖3 鋼板噴粉涂裝后折彎照片：（a）涂裝不良鋼板；（b）涂裝不良鋼板酒精溶劑浸泡30 min；（c） 涂裝不良鋼板酒精溶劑浸泡90 min

討論

紅外膜厚測量儀的測量原理是根據(jù)有機物對紅外線的吸收來測量膜厚，該儀器會將樣板表面所有的有機物，包括無鉻鈍化膜、防銹油及大氣中的有機污染物等按照公式計算成相應(yīng)的有機物膜厚。而X膜厚儀是根據(jù)特征元素來測量膜厚，僅采集無鉻鈍化膜中的Si元素的信息，并通過Si元素信息來計算無鉻鈍化膜的膜厚，這種方法只會對指示元素（Si）產(chǎn)生反應(yīng)，不會受到其他污染物（如防銹油等）的影響。從兩種測厚儀測量膜厚的結(jié)果以及能譜分析的結(jié)果來看，X-Ray膜厚檢測涂裝不良鋼板和涂裝良好的正常鋼板的無鉻鈍化膜膜厚相當，而紅外測厚儀測得膜厚要遠大于X-Ray所得結(jié)果。同時，隨著酒精浸泡時間的增加，問題卷的碳、氧比例迅速下降，而無鉻鈍化特有的硅元素幾乎不變。說明涂裝不良鋼板表面含有大量有機物質(zhì)，且這些有機物質(zhì)能在酒精溶劑中溶解析出，推斷來源于防銹油等有機物。同時，該有機污染物較難去除，需要長時間酒精溶劑浸泡才能去除，這有可能是長時間的儲存使得這層有機物滲透到鈍化層中，兩者結(jié)合緊密，短時間酒精溶劑浸泡，不能完全去除有機污染物，不能改善鋼板的噴粉結(jié)合力。酒精溶劑浸泡90 min后的鋼板，表面有機污染物可以溶解掉，噴粉折彎后無掉漆現(xiàn)象，附著力良好，可見鋼板表面的有機污染物是影響其噴粉結(jié)合力的主要因素[5]。

結(jié)束語

（1）噴粉涂裝結(jié)合力不良的鋼板表面存在大量有機污染物，該有機污染物已經(jīng)部分滲透到無鉻鈍化膜內(nèi)部。

（2）該有機污染物是影響噴粉涂裝結(jié)合力不良的主要因素，采用機械法和有機溶劑去除掉這層物質(zhì)后噴粉涂裝恢復正常。

（3）該有機污染物難以去除，實驗室條件下使用有機溶劑長時間浸泡可以去除。