秦興祖，沈 健，張 雯Qin Xingzu，Shen Jian，Zhang Wen

汽車鍍鋅板表面缺陷的案例分析

秦興祖，沈 健，張 雯
Qin Xingzu，Shen Jian，Zhang Wen

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能譜儀對2例汽車鍍鋅板表面缺陷進行分析。案例1為車門外板表面目視黑點缺陷，缺陷位置的鍍鋅層厚度約是正常位置4倍，鍍鋅層中含有富鐵相，基板表面存在下凹現(xiàn)象，說明缺陷是富鐵相鋅渣粘附于鋼板表面形成局部鍍鋅層厚區(qū)，經(jīng)平整或開卷后表現(xiàn)為目視可見的黑點；案例2為側(cè)圍外板零件表面目視亮點缺陷，缺陷位置的基板表面下凹，鍍鋅層之間存在分層現(xiàn)象，說明缺陷是熱鍍鋅板沖壓掉落的鋅屑被模具壓入零件表面，經(jīng)打磨后表現(xiàn)為目視可見的亮點。

目視黑點缺陷；富鐵相鋅渣；目視亮點缺陷；鋅屑掉落

0 引 言

為滿足防腐要求并保證涂裝后的外觀質(zhì)量，鋼制汽車外覆蓋件通常使用超高級精整表面鍍鋅板[1]。鍍鋅板相比裸板生產(chǎn)工藝較為復雜，易在鍍層表面產(chǎn)生鋅渣、黑點等缺陷[2]。鋼廠研究人員使用金相顯微鏡、SEM（Scanning Electron Microscope，掃描電子顯微鏡）和EDS（Energy Dispersive Spectroscopy，能譜儀）等試驗工具結(jié)合工藝流程進行排查分析，明確鍍鋅板表面缺陷問題的產(chǎn)生原因、整改方向，并將相應問題關(guān)閉在鋼廠內(nèi)部，避免缺陷產(chǎn)品流向汽車主機廠[3-5]。但是，在應用過程中，會在已開卷的板料表面或已沖壓生產(chǎn)的零件表面發(fā)現(xiàn)缺陷，需要通過試驗分析明確缺陷產(chǎn)生原因并推動整改。本文針對汽車鍍鋅板沖壓生產(chǎn)過程中遇到的2類缺陷問題，使用金相顯微鏡、SEM和EDS對缺陷板料和零件的截面微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌及成分進行試驗分析。

1 車門外板目視黑點缺陷

1.1 外觀檢驗

某車型的車門外板來料入廠檢驗時，發(fā)現(xiàn)板料表面分散分布著目視可見的黑點缺陷，大小不一且板材正反面均有分布，外觀形貌如圖1所示。車門外板材料牌號HC180BD+Z50/50，熱鍍鋅。為明確缺陷產(chǎn)生的原因，對材料進行外觀、金相、SEM等檢驗。

圖1　目視黑點外觀形貌

圖2　目視黑點位置表面SEM形貌

取目視黑點缺陷位置進行表面形貌SEM觀察，由圖2可知，缺陷位置的顏色較正常位置偏深，表面形貌與鍍鋅層之間無分層或嵌入現(xiàn)象，由此排除鍍鋅之后壓入異物的可能。

1.2 金相分析

取目視黑點缺陷位置進行截面金相制樣和檢驗分析。制樣時標記缺陷位置，在采用P2000砂紙打磨及拋光過程中，使用工業(yè)酒精作為介質(zhì)，防止鍍鋅層接觸水出現(xiàn)腐蝕發(fā)黑，避免對金相觀察和分析產(chǎn)生影響。

采用層層遞進的打磨方式，當?shù)竭_標記位置時進行金相顯微鏡觀察和記錄。由圖3（a）可知，目視黑點缺陷的基材表面存在下凹現(xiàn)象，鍍鋅層厚度為22.3 μm，是鍍鋅量Z50/50計算的平均厚度7 μm的3倍多；同時發(fā)現(xiàn)該處鍍鋅層沒有分層現(xiàn)象，說明鍍鋅層厚度偏大不是鍍鋅工藝后經(jīng)平整或開卷等其他過程壓入的鋅屑導致，而是形成于鍍鋅工藝過程中。相比之下，正常區(qū)域的基材表面較平整且鍍鋅層厚度為7.2 μm，如圖3（b）所示。為確定目視黑點缺陷位置的鍍鋅層厚度偏大的原因，對金相試樣繼續(xù)進行打磨和觀察，在接近黑點中心的位置，發(fā)現(xiàn)鍍鋅層中存在其他相，且鍍鋅層厚度進一步增大至30.6 μm，基板下凹現(xiàn)象越發(fā)明顯，如圖3（c）所示。

1.3 SEM和EDS檢驗

為明確目視黑點缺陷位置的鍍鋅層中其他相的主要成分和產(chǎn)生原因，取截面金相試樣進行SEM和EDS檢驗。SEM微觀形貌如圖4（a）所示，經(jīng)EDS面掃成像顯示，除Zn元素外主要成分為Fe元素，如圖4（b）所示，說明該鍍鋅層中其他相為富鐵相，應是鋅鍋中富鐵相的鋅渣粘附于鋼板表面導致。

圖4　鍍鋅層中其他相SEM和EDS檢驗結(jié)果

1.4 小 結(jié)

通過多種檢驗方法分析得到，車門外板表面目視黑點缺陷位置基板下凹、鍍鋅層厚度偏大、鍍鋅層中含有富鐵相，這是由于鋅鍋中富鐵相的鋅渣粘附于鋼板表面形成局部鍍鋅層厚區(qū)，在平整或開卷過程中與軋輥擠壓摩擦后表現(xiàn)為目視可見的黑點缺陷。鋅渣是一種熱鍍鋅鋼板常見的缺欠或缺陷類型，是導致上述目視黑點缺陷的根本原因。為了不影響白車身奧迪特評審和涂裝質(zhì)量，應對單個黑點尺寸和單位面積內(nèi)的黑點數(shù)量進行管控。

2 側(cè)圍零件目視亮點缺陷

2.1 外觀檢驗

某車型的側(cè)圍外板零件在沖壓成型后，經(jīng)打磨目視可見亮點缺陷，外觀形貌如圖5所示。側(cè)圍外板材料牌號DC56D+Z50/50，熱鍍鋅。為明確缺陷產(chǎn)生的原因，對材料進行外觀、金相等檢驗。

圖5　目視亮點外觀形貌

2.2 SEM和金相檢驗

取目視亮點缺陷位置進行表面形貌SEM觀察，其表面分布著打磨的條紋，如圖6（a）所示。通過放大觀察發(fā)現(xiàn)，亮點缺陷與零件表面存在分層現(xiàn)象，如圖6（b）所示，說明缺陷產(chǎn)生的原因是有異物被壓到零件表面導致。

為明確異物來源，取目視亮點缺陷位置進行金相截面制樣和觀察，由圖7可知，異物與零件表面存在明顯分層，異物金相與零件表面鍍鋅層一致，零件表面下凹基材鍍鋅層完整，說明有鋅屑被壓到零件表面。對沖壓模具表面進行檢查，發(fā)現(xiàn)模具表面存在掉落的鋅屑，如圖8所示，由此推測缺陷產(chǎn)生的原因是熱鍍鋅板沖壓過程掉落的鋅屑被壓到了零件表面。

圖7 目視亮點缺陷位置截面金相

圖8　沖壓模具表面鋅屑

2.3 小 結(jié)

通過多種檢驗方法分析得到，側(cè)圍零件表面目視亮點缺陷位置存在與基板分層的鋅屑、基板下凹，這是由于熱鍍鋅板沖壓過程中掉落的鋅屑被模具壓入了零件表面，經(jīng)打磨后表現(xiàn)為目視可見的亮點缺陷。在材料、模具、工藝、零件結(jié)構(gòu)等優(yōu)化至最佳狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對熱鍍鋅板沖壓生產(chǎn)過程中擦模頻率進行管控，防止掉落的鋅屑被壓入零件表面影響零件表面質(zhì)量。

3 結(jié) 論

本文針對2類鍍鋅板表面缺陷問題，通過多種檢驗方法分析得出：（1）富鐵相的鋅渣粘附于車門外板鋼板表面形成局部鍍鋅層厚區(qū)，經(jīng)后續(xù)平整或開卷過程與軋輥之間擠壓摩擦，在鋼板表面形成目視可見的黑點，須對單個黑點尺寸和單位面積內(nèi)的黑點數(shù)量進行管控；（2）熱鍍鋅板沖壓掉落的鋅屑被模具壓入側(cè)圍零件表面，經(jīng)打磨后形成目視可見的亮點，須對熱鍍鋅板沖壓生產(chǎn)過程中擦模頻率進行管控，以防止掉落的鋅屑影響零件表面質(zhì)量；（3）金相顯微鏡、SEM和EDS是分析鍍鋅板應用表面缺陷問題的有效工具。

[1]王彭濤，蔣光銳，劉李斌．熱鍍鋅汽車板亮點缺陷研究[J]．熱加工工藝，2019，48（8）：248-250．

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2022-08-29

1002-4581（2022）06-0028-04

U463.83+2

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10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.008