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

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，經平整或開卷后表現為目視可見的黑點；案例2為側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，經打磨后表現為目視可見的亮點。

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工藝較為復雜，易在鍍層表面產生鋅渣、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）等試驗工具結合工藝流程進行排查分析，明確鍍鋅板表面缺陷問題的產生原因、整改方向，并將相應問題關閉在鋼廠內部，避免缺陷產品流向汽車主機廠[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的零件表面發現缺陷，需要通過試驗分析明確缺陷產生原因并推動整改。本文針對汽車鍍鋅板沖壓生產過程中遇到的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構、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，發現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，使用工業酒精作為介質，防止鍍鋅層接觸水出現腐蝕發黑，避免對金相觀察和分析產生影響。

采用層層遞進的打磨方式，當到達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；同時發現該處鍍鋅層沒有分層現象，說明鍍鋅層厚度偏大不是鍍鋅工藝后經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，對金相試樣繼續進行打磨和觀察，在接近黑點中心的位置，發現鍍鋅層中存在其他相，且鍍鋅層厚度進一步增大至30.6 μm，基板下凹現象越發明顯，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檢驗結果

1.4 小 結

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，在平整或開卷過程中與軋輥擠壓摩擦后表現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量，應對單個黑點尺寸和單位面積內的黑點數量進行管控。

2 側圍零件目視亮點缺陷

2.1 外觀檢驗

某車型的側圍外板零件在沖壓成型后，經打磨目視可見亮點缺陷，外觀形貌如圖5所示。側圍外板材料牌號DC56D+Z50/50，熱鍍鋅。為明確缺陷產生的原因，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。通過放大觀察發現，亮點缺陷與零件表面存在分層現象，如圖6（b）所示，說明缺陷產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，發現模具表面存在掉落的鋅屑，如圖8所示，由此推測缺陷產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

通過多種檢驗方法分析得到，側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，經打磨后表現為目視可見的亮點缺陷。在材料、模具、工藝、零件結構等優化至最佳狀態的基礎上，對熱鍍鋅板沖壓生產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量。

3 結 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，經后續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的黑點數量進行管控；（2）熱鍍鋅板沖壓掉落的鋅屑被模具壓入側圍零件表面，經打磨后形成目視可見的亮點，須對熱鍍鋅板沖壓生產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．

[2]劉李斌，蔣光銳，馬兵智，等．連續退火熱鍍鋅板鍍層表面黑點缺陷研究[J]．金屬熱處理，2014，39（9）：137-140．

[3]楊華，于洋，李曉，等．熱鍍鋅汽車板表面黑色污點缺陷研究[J]．軋鋼，2018，35（3）：33-36，40．

[4]陳剛，但斌斌，嚴開勇，等．熱鍍鋅板隱形鋅渣缺陷的典型特征及控制措施[J]．機械工程材料，2019，43（1）：31-35．

[5]葛志勇，楊波，楊繼武，等．熱鍍鋅汽車板表面小黑點缺陷研究及改進[J]．寶鋼技術，2021（3）：33-36，40-44．

2022-08-29

1002-4581（2022）06-0028-04

U463.83+2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.008