熱鍍鋅產(chǎn)線無鉻耐指紋鈍化工藝開發(fā)與研究

高 凱

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

我國現(xiàn)已成為全球最大的家用電器制造基地，各類家電產(chǎn)品遠(yuǎn)銷全球[1]。熱鍍鋅耐指紋鋼板因其具有優(yōu)良的耐指紋特性以及良好的耐蝕性、耐黃變、涂裝性、導(dǎo)電性能等，在家電行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為一種順應(yīng)我國綠色、健康、無公害家電發(fā)展要求的升級換代產(chǎn)品，符合節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢[2-3]。

國內(nèi)目前生產(chǎn)環(huán)保型鈍化產(chǎn)品的主要有寶鋼、馬鋼、鞍鋼、首鋼和馬鋼等先進鋼企，寶鋼基于“綠色制造、制造綠色””的理念，已向市場推出了無鉻、無鉛處理的環(huán)保鍍涂層鋼板，品種涉及家電用鋼中的鈍化鋼板、熱鍍（鋁）鋅鈍化和耐指紋鋼板[4]。馬鋼成功開發(fā)了高質(zhì)量無鉻鈍化環(huán)保熱鍍鋅產(chǎn)品，解決了熱鍍鋅鋼板的工藝性能與環(huán)保要求相結(jié)合的工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)難題，產(chǎn)品具備優(yōu)異的耐蝕性、耐高溫性、耐堿性、焊接性和潤滑性等綜合工藝性能[5]。

某公司熱鍍鋅機組產(chǎn)線投產(chǎn)于2018 年，產(chǎn)品定位高檔次、高強度、高深沖性能、高附加值品種的汽車、家電用熱鍍鋅板，為彌補與先進企業(yè)的差距，通過對無鉻耐指紋鈍化現(xiàn)場工藝進行研究摸索，成功開發(fā)高表面無鉻耐指紋產(chǎn)品。

1 無鉻耐指紋鈍化膜成膜機理

耐指紋膜是指在熱浸鍍鋅鋼板生產(chǎn)工藝條件下耐指紋膜迅速在鍍鋅層表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種致密的稀土雜化的類陶瓷體，這種陶瓷體又和有機硅材料反應(yīng)，形成一層致密的有機無機復(fù)合膜[6]。耐指紋膜分為反應(yīng)層，濃縮層和潤滑層，分別賦予耐指紋膜耐蝕性、潤滑性、耐指紋性、附著性等性能。無鉻耐指紋鈍化液的主要成分及作用見表1。

表1 現(xiàn)代無鉻耐指紋液的主要成分及作用

耐指紋鈍化液涂敷在鍍鋅板表面后，經(jīng)過烘干時，成膜過程分為4 個階段：階段I：濕膜涂敷：有效成分均勻地分散在水介質(zhì)中；階段II：濕膜中非結(jié)合水的揮發(fā)；階段III：樹脂乳膠微粒表面分散劑的脫離→各微粒間的融合；階段IV：理想的成膜狀態(tài)，結(jié)合水/分散劑完全脫離、微粒充分交聯(lián)完全融合，成膜過程如圖1 所示。

圖1 耐指紋鈍化膜成膜過程

2 耐指紋膜性能提升研究

某公司熱鍍鋅機組采用外購無鉻耐指紋鈍化液，基于DX51D+Z、DX53D+Z 等熱浸鍍鋅板上試驗生產(chǎn)無鉻耐指紋鈍化產(chǎn)品，對影響無鉻耐指紋膜耐蝕性、導(dǎo)電性等性能影響因素進行分析。

2.1 耐指紋膜表面缺陷影響

通過對鹽霧試驗不合格的耐指紋樣品，如圖2 所示，進行SEM掃描能譜分析，見圖3，鈍化膜成分如表2 所示，在異常部位腐蝕點1 和2 處存在Al，F(xiàn)e 等非鈍化膜成分雜質(zhì)，正常部位3 點不存在，說明耐指紋膜表面缺陷是影響耐腐蝕性能的重要因素之一，因此提升鈍化膜表面質(zhì)量，能夠提升耐指紋膜耐腐蝕性能。

圖2 72 h 鹽霧試驗樣

圖3 局部SEM 掃描

表2 試樣能譜分析表

2.2 表面粗糙度影響

帶鋼表面粗糙度較高時，耐指紋產(chǎn)品鹽霧試驗合格率相對低粗糙度產(chǎn)品較低，耐腐蝕性能較差。如圖4 所示，鍍鋅層表面結(jié)構(gòu)較為粗大、不均勻時，由于耐指紋藥液的表面張力等原因，在尖角處等會出現(xiàn)大面積涂膜不能完全覆蓋的現(xiàn)象。在這些部位腐蝕一旦發(fā)生，很容易大面積擴展，耐指紋皮膜無法起到有效的保護作用。因此，優(yōu)化帶鋼表面粗糙度是提高鈍化膜耐腐蝕性能的重要手段之一。

圖4 耐指紋膜涂膜示意圖

2.3 耐指紋膜質(zhì)量影響

耐指紋膜的厚度影響著鈍化膜的耐腐蝕性能和導(dǎo)電性，而高端家電對原材料的電磁屏蔽和耐腐蝕性能要求非常高，為了得到導(dǎo)電性能、耐腐蝕性能優(yōu)異的耐指紋產(chǎn)品。項目組通過分析得到耐指紋膜厚度與導(dǎo)電性、耐蝕性的變化關(guān)系，如圖5 所示，當(dāng)耐指紋膜厚控制在1.0～1.5 g/m2時，耐指紋板能夠獲得良好的耐腐蝕性和導(dǎo)電性。

圖5 耐指紋膜厚度與導(dǎo)電性、耐蝕性的變化關(guān)系

2.4 膜重對耐指紋性能的影響

如圖6 所示，隨著鈍化膜質(zhì)量的增加，目視指紋愈難以辨認(rèn)，當(dāng)鈍化膜質(zhì)量達到0.8～1.4 g/m2范圍時，帶鋼表面指紋附著部分與無指紋部分的光反射強度差異不大，手指接觸后難用肉眼看到指紋，表面光潔度高，能得到較好的耐指紋性能。

圖6 耐指紋性能與膜重關(guān)系

3 無鉻耐指紋輥涂工藝試制

結(jié)合對耐指紋膜性能影響因素的分析，通過在熱鍍鋅產(chǎn)線開展線試、鈍化膜性能表征，合理設(shè)計鈍化輥涂輥間壓力、速比、插入量及烘干溫度等參數(shù)，現(xiàn)場能穩(wěn)定生產(chǎn)無鉻耐指紋鈍化產(chǎn)品，輥涂工藝參數(shù)控制表見表3。

表3 鈍化工藝參數(shù)

當(dāng)機組速度變化波動時，為保證膜厚，可以調(diào)節(jié)速比（涂覆輥、提料輥與線速的百分比）。提高速比可使輥轉(zhuǎn)動更快，在單位時間內(nèi)，使更多的藥劑與帶鋼接觸，可提高膜厚，同理降低速比會降低膜厚。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，總結(jié)制定不同線速度和膜重要求的速比設(shè)定見表4。

表4 不同線速度和膜重要求的速比設(shè)定

如表5 所示，通過對生產(chǎn)的耐指紋板進行取樣檢測，耐指紋膜各項性能指標(biāo)均優(yōu)于評價標(biāo)準(zhǔn)，72 h 鹽霧試驗合格率＞99.9%，耐黃變性能ΔE≤3，耐指紋性能ΔE≤2 能完全滿足高端家電板的使用要求。

表5 耐指紋試樣總體性能表

4 結(jié)論

1）通過在熱鍍鋅產(chǎn)線開展無鉻耐指紋鈍化工藝試制，設(shè)計合理的輥間壓力、速比、烘干溫度、咬合量等關(guān)鍵輥涂工藝參數(shù)，能穩(wěn)定生產(chǎn)無鉻耐指紋鈍化產(chǎn)品。

2）無鉻耐指紋膜的性能與表面缺陷、膜重、粗糙度等因素相關(guān)。

3）無鉻耐指紋產(chǎn)品耐蝕性、耐黃變性等性能滿足技術(shù)要求，72 h 鹽霧試驗合格率＞99.9%，使產(chǎn)線具備高表面耐指紋鈍化產(chǎn)品穩(wěn)定生產(chǎn)及供貨能力。