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1、脱脂工艺对热镀锌钢板表面特性的影响张剑萍;杨家云【摘 要】分别采用水、有机溶剂和碱性脱脂剂水溶液对热镀锌涂油钢板进行脱脂 清洗处理,并通过三维显微镜、辉光光谱仪和电化学研究了不同脱脂工艺对热镀锌 钢板表面形貌、元素成分及表面反应活性的影响.结果显示,不同脱脂工艺对热镀锌 板表面形貌无影响,且三种脱脂工艺均能够有效清洁热镀锌板表面油污.水和有机溶 剂脱脂工艺能够保留热镀锌板表面氧化层,但碱脱脂工艺会破坏其表面氧化层,因此 会影响热镀锌钢板表面的反应活性.电化学数据表明,采用有机溶剂脱脂工艺可以保 持热镀锌板表面的氧化膜状态不发生变化,因此其表面反应活性相对较低;采用碱脱 脂工艺会改变热镀锌板表面
2、氧化膜结构,提高热镀锌表面反应活性.期刊名称】宝钢技术年(卷),期】2016(000)002【总页数】4页(P5-8) 【关键词】 脱脂工艺;热镀锌钢板;表面元素;电化学;表面反应活性【作 者】 张剑萍;杨家云【作者单位】 宝山钢铁股份有限公司研究院,上海 201900;宝山钢铁股份有限公司 研究院,上海 201900【正文语种】 中 文【中图分类】 TG174.44热镀锌钢板由于其高耐蚀性、高成型性及优异的可涂装性能被广泛应用于家电、汽 车及轻工业领域1-2。为防止镀锌钢板在运输和储存过程中发生锈蚀,生产镀锌钢 板时要在其表面涂防锈油;为了减小在冲压成型过程中模具与板材间的摩擦,防止板 材开
3、裂,零件冲压成型时要向模具加润滑油,成型后再对零件进行脱脂处理,然后再进 行后续涂装,最终形成零件成品。常用的脱脂处理工艺有碱性脱脂、有机溶剂脱脂 和热水脱脂等,不同的脱脂工艺对镀锌钢板的表面反应活性和后续涂装影响较大。 本文采用三种常用的脱脂工艺（碱性脱脂、中性水脱脂和有机溶剂脱脂）处理镀锌涂 油钢板,并采用扫描电镜能谱分析和电化学方法研究了不同脱脂工艺对镀锌钢板表 面形貌、元素组成和表面反应活性的影响,对合理选择脱脂工艺提供理论依据。1.1 试验材料选用热镀锌涂油钢板作为试验样板，具体参数如表1所示。碱性脱脂剂（型号：364FS） 为日本帕卡濑精公司产品,无水乙醇（化学纯）为国药集团产品。
4、1.2 样品制备将热镀锌涂油钢板剪成尺寸为80 mmx160 mm的小样板，采用以下三种方式进行 脱脂：（1）中性水脱脂：在流动的纯水下用纱布轻轻擦拭样板表面,将其漂洗干净,并迅速冷风 吹至干燥。（2）有机溶剂脱脂：在无水乙醇中用纱布将样板漂洗干净,并迅速冷风吹至干燥。碱性脱脂剂水溶液脱脂:将碱性脱脂剂364FS配成2wt%的水溶液,并将其加热至40 C。在水溶液中用纱布将样板漂洗干净，并迅速冷风吹至干燥。1.3 性能测试及表征 对采用三种方式脱脂后的热镀锌钢板进行表面形貌、成分和电化学性能测试:采用 日本HIROX公司产KH-7700型三维体式显微镜观察热镀锌钢板表面形貌,采用美 国LECO
5、公司产GDS-850A型辉光放电光谱仪（简称GDS）分析热镀锌钢板表面元 素成分,采用电化学分析仪器分析热镀锌钢板表面反应活性。2.1 脱脂工艺对热镀锌钢板表面形貌及成分的影响 采用三维体式显微镜对热镀锌钢板脱脂前后的表面外观进行表征,如图 1 所示。由 图1 可知,采用三种脱脂工艺处理后的热镀锌钢板表面形貌与未脱脂的热镀锌涂油 钢板表面形貌相似,四种钢板的表面毛化坑均细小而均匀,且锌层与凹坑间高度差过 渡明显。以上数据表明,三种脱脂工艺均不会对热镀锌钢板的表面形貌产生影响。 同时该类细小且均匀的毛化坑不均可以存储润滑油,改善热镀锌钢板冲压时与模具 的摩擦性能;同时在脱脂涂装工序中还能够增加钢
6、板表面与涂料的接触面积,从而提 高钢板对涂料的附着能力。采用GDS对三种脱脂工艺处理后的热镀锌钢板的极表层元素组成进行分析,结果如 图2所示。由图2(a)可知,三种脱脂工艺处理后的热镀锌钢板均在极表面出现一个 峰值较小的碳元素集聚峰,且三种样品的碳元素峰的峰值和在镀锌层中的深度位置 均相似。由于三种样品在脱脂前为热镀锌涂油钢板,而润滑油中主要成分为含有碳 元素、氢元素的小分子烷烃类化合物。如果钢板表面润滑油未脱脂完全,脱脂后样 品表面碳元素应该会出现峰值较大的集聚峰。同时考虑到GDS设备中真空泵等零 件会对被测样品存在少量碳污染,因此三种样品极表面的少量碳集聚峰有可能为测 试设备中污染碳所形成
7、的背景峰,而不是由脱脂不净的残留润滑油所形成的碳集聚 峰。由以上分析可知,采用三种脱脂工艺均可以将表面润滑油清洗干净,从而不影响 后续样品检测。由图2(b)和 2(c)可知，三种脱脂工艺会显著影响热镀锌钢板的表面氧元素和铝元素 分布。其中经溶剂脱脂的热镀锌样品在表面0.1 pm深处均在一个明显的氧元素和 铝元素集聚峰,且氧和铝元素的峰值较大。这是因为在热镀锌工序中,高温的锌液会 与保护气氛中极少量的氧气发生氧化反应,因此会在镀锌层表面生成极薄的氧化锌 层。同时由于铝元素的活性较高,会在外界氧气的诱导下加速向表面迁移,从而在镀 锌层表面也形成极薄氧化铝层。这两种金属氧化层会影响热镀锌板后续磷化和
8、涂装 质量。而溶剂脱脂不会对氧化锌和氧化铝层造成破坏,因此在脱脂过程后镀锌层表 面氧化锌和氧化铝得以保留。然而,采用碱脱脂后的样品在镀锌层表面无明显氧元 素和铝元素集聚峰。这是因为锌和铝均为两性金属元素,锌层表面的氧化锌和氧化 铝层在碱脱脂剂溶液（pH值通常达到10.5左右）中被反应溶解，从而导致在GDS分 析中观察不到明显的氧元素和铝元素集聚峰。2.2 脱脂工艺对热镀锌钢板表面活性的影响 镀锌板表面活性对其后续脱脂磷化和涂装均有较大影响5,采用电化学分析仪器对 脱脂工艺处理后的热镀锌钢板进行伏安法和阳极极化表征,从而反映三种样板的表 面活性，结果如图3、4所示。由图3可知，在pH=7.4的磷
9、酸盐溶液中对三种脱脂 工艺处理后热镀锌钢板表面进行氧化还原试验时，三种样板均在电位-1.23 V附近出 现向下的氧化峰,其中碱脱脂、中性水脱脂和溶剂脱脂样板的氧化电位分别为-1.234. -1.231和-1.226 V。从氧化电位可以看出，碱脱脂样板的氧化电位最小，表 明其在磷酸盐溶液中表面活性最大。这是因为碱脱脂使得样板表面的极薄氧化锌层 被破坏,浸入磷酸盐溶液后与金属锌层直接接触,从而使锌层表面活性高。而中性水 脱脂和溶剂脱脂能够保留样板表面氧化锌层,其表面活性弱于碱脱脂样板,因此其氧 化电位较大。同时,由三种样板的氧化峰面积大小也可知,碱脱脂样板的氧化峰面积 远远大于其他两种脱脂工艺的样
10、板。氧化峰面积越大,表明样板的腐蚀速率越快,以 上数据表明碱脱脂样板在电化学检测中反应活性最强。阳极极化曲线也可以比较各 种材料的表面活性,在相同电位下,极化电流越大,其表面活性越高。由图4可知,在 NaCI溶液中对三种脱脂工艺处理后热镀锌钢板表面进行阳极极化试验时，当电位为 -0.85 V时,碱脱脂、中性水脱脂和溶剂脱脂样板的极化电流分别为0.15、0.13和 0.1 mA。以上数据表明，在同等电位情况下，碱脱脂样板的极化电流最大，即碱脱脂 样板的表面活性最高。(1)碱性脱脂后样板表面无氧元素和铝元素积聚峰,表明其表层氧化锌及氧化铝膜遭 到破坏,导致其表面活性较高。(2)溶剂脱脂不会破坏样板
11、锌层表面氧化锌及氧化铝膜,脱脂后样板表面活性较低。(3) 中性水脱脂后样板表面氧化铝膜被破坏,而氧化锌膜保留,样板的表面活性介于碱 脱脂和溶剂脱脂之间。【相关文献】1 戴毅刚宝钢表面处理产品的研发及展望J.宝钢技术,2009(Z1):67-71.2 朱岚，胡凡镀锌表面薄涂层耐蚀性能的电化学评价方法研究J.涂料工业,2014,446):65-68.3 潘燕芳，杨芃热镀锌钢板表面状况对漆膜性能的影响几材料保护,2011,44(3) :68-70.4 刘国承，刘吉斌,潘利波热镀锌钢板表面形貌对涂装性能的影响J.热加工工艺,2014,43(10):132-136.5 Berger R,Bexell U,Stavlid N.The influence of alkalidegreasing on the chemical composition of -dip galvanized steel surfacesJ.Surface and Interface Analysis,2006,38(7):1130-1138.
脱脂工艺对热镀锌钢板表面特性的影响
