不同環(huán)境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷分析

吳小花，王 興

（1.蘇州托普信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215311；2.安徽三聯(lián)學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

鍍鋅板由于良好的耐腐蝕性在各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，同時由于鍍鋅板材料成本相對較低，但是表面鋅層對鋼基材電化學(xué)有著防護作用，表面質(zhì)量逐漸接近電鍍鋅產(chǎn)品，因此鍍鋅板產(chǎn)品主要用于汽車制造行業(yè)，在市場中占有率也在不斷增加[1]。

目前大部分鍍鋅板表面在主要對其進行鉻酸鹽鈍化處理，鉻酸鹽膜層能夠?qū)\層與外界環(huán)境隔離，并且對材料的腐蝕具有抑制作用，防止材料在運輸、存儲或使用過程中出現(xiàn)生銹現(xiàn)象。

但鍍鋅板表面雖然經(jīng)過防腐處理，但是依然經(jīng)常出現(xiàn)表面鈍化膜黑斑缺陷，影響到材料的后續(xù)加工。為對汽車質(zhì)量與使用生命進行保障，針對不同環(huán)境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷進行分析。

1 不同環(huán)境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷分析

1.1 實驗對象與方法

為對不同環(huán)境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷進行分析，對常規(guī)規(guī)格生產(chǎn)出來的出現(xiàn)缺陷的鍍鋅板為研究對象，對其進行試樣截取[2]。將同一鍍鋅板分為相同三組，分別放置在干燥、潮濕以及高溫三種不同環(huán)境下，對三組實驗數(shù)據(jù)設(shè)定相應(yīng)的條件，為保證實驗的公平性，各組參數(shù)始終保持一致。通過S-3400N型顯微鏡對不同位置的鍍鋅板進行觀察并分析其成分。采用SEM觀察其缺陷的宏觀形貌，并對其化學(xué)缺陷進行分析[3]。利用稀鹽酸加緩蝕劑對鍍鋅層表面進行處理后，對鍍鋅板表面進行觀察，結(jié)合實際環(huán)境分析鍍鋅板缺陷原因。

1.2 車用鍍鋅板表面黑斑形貌特征

在不同環(huán)境下車用鍍鋅板全部會出現(xiàn)黑色點狀物質(zhì)，從外觀來看，這部分點狀缺陷主要沿軋制方向延伸并出現(xiàn)一定變形。鍍鋅板表面黑斑會在鍍鋅卷開卷放置一段時間后出現(xiàn)[4]。

通過對已經(jīng)出現(xiàn)黑斑的鍍鋅板表面進行顯微觀察可以發(fā)現(xiàn)，鍍鋅板表面黑斑部分會呈現(xiàn)不連續(xù)且不規(guī)則的黑色團，并且面積較大。鍍鋅板黑斑處鋅花結(jié)晶核被覆蓋，呈粉化狀。

鍍鋅板長時間處于裸置狀態(tài)下，黑斑會逐漸擴大且變黑程度逐漸增加，這種情況被稱為鍍鋅板黑變現(xiàn)象。鍍鋅板黑斑部位不會呈現(xiàn)凹凸狀，更加接近氧化狀態(tài)。一般情況下，鍍鋅板表面在經(jīng)過處理后主要防腐蝕物質(zhì)Cr3+以及Cr6+所組成的ΣCr+。

Cr3+在鍍鋅板表面的保護膜中起著主要作用，其含量也決定著保護膜的強度與著力度。而Cr6+則在保護膜中起到修復(fù)作用，其含量決定了保護膜的耐蝕性[5]。當鍍鋅板保護膜中Cr+成分整體Cr3+含量超過30%，則膜較為光亮且耐蝕性好，但當Cr+成分整體Cr3+含量低于30%時，膜耐蝕性變差的同時顏色變淡。保護膜整體顏色會隨著Cr3+含量的增加逐漸變深。

1.3 不同環(huán)境下黑斑SEM分析

根據(jù)對三組試樣的正常部分與黑斑部分進行SEM掃描結(jié)果可以看出，三試樣黑斑處晶間邊緣已經(jīng)相融合，在特征上出現(xiàn)絮狀物，因此證明三組黑斑已經(jīng)被腐蝕。而黑斑缺陷處，晶核及晶間處出現(xiàn)腐蝕，從而可以斷定出鍍鋅板保護層脫落或未起到保護作用。

1.4 黑斑能譜成分分析

對三組實驗黑斑與正常處化學(xué)成分進行能譜掃描后，其結(jié)果如表1所示：

表1 三組試樣黑斑缺陷與正常部位化學(xué)成分對比

通過表1可以看出，黑斑部位缺少Cr元素與P元素，說明這一部位不存在保護膜。

且O元素質(zhì)量為23.61%，相對于正常部位的6.50來說增加17.11%，而Zn相對于正常部位的89.21%來說，減少約20%，證明黑斑處存在氧化現(xiàn)象。可以看出，不同環(huán)境下黑斑缺陷形成物質(zhì)相同。

1.5 不同環(huán)境黑斑缺陷分析

通過對不同環(huán)境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷進行分析，以同一相同鍍鋅板分為等量三份作為實驗對象，將其分別放置在干燥、潮濕及高溫環(huán)境下，在控制單一變量的前提下，以干燥環(huán)境下黑斑缺陷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別記錄三組試樣黑斑缺陷擴散速度并對其黑斑缺陷成分進行分析。為了驗證鍍鋅板在各環(huán)境下黑斑缺陷的差異，三組試樣同時對黑斑缺陷速度進行試驗，對比其擴散速度，分別記錄三組實驗在不同環(huán)境下經(jīng)過2、4、6、8、10、12、14小時后的黑斑擴散情況。為避免突發(fā)性事件對實驗結(jié)果造成的干擾，實驗組與對照組處理參數(shù)相同，具體結(jié)果如下：

分析上圖可知，在對不同環(huán)境下鍍鋅板黑斑缺陷擴散速度對比中，隨著三組試樣放置時間的增加，在潮濕環(huán)境下的缺陷面積擴散速度最快，在78小時后黑斑擴散面積約為97%。

而在干燥與高溫環(huán)境下鍍鋅板擴散面積幾乎相同，且擴散速度遠遠低于潮濕環(huán)境。所以，不同環(huán)境下鍍鋅板，在潮濕環(huán)境下更加容易出現(xiàn)黑斑缺陷。

通過對不同環(huán)境下三組試樣的缺陷處與正常處進行觀察后可以看到明顯差異。正常處外貌主要為黑色凹陷區(qū)域與白色平坦區(qū)域相結(jié)合，黑色凹陷區(qū)域為鍍鋅板在加工過程中留下的痕跡，而白色區(qū)域為鍍鋅層表面平整后留下的平坦部位。

黑斑缺陷處鍍鋅層部位呈黑色麻點狀且會出現(xiàn)輕微凹凸感。通過對三組黑斑缺陷成分進行分析，其結(jié)果如表3所示：

表3 不同環(huán)境下鍍鋅板黑斑缺陷成分分析結(jié)果

其中，鍍鋅板在潮濕與高溫環(huán)境下的含氧量高達26.23%，明顯高于正常干燥環(huán)境下氧氣含量，說明在高溫與潮濕環(huán)境下黑斑缺陷處氧化較為嚴重。

通過對高溫環(huán)境下的試樣表面利用稀鹽酸加緩蝕劑處理后，可以看到鍍鋅板基板上也出現(xiàn)輕微黑色斑點。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，鍍鋅板表面如果出現(xiàn)局部漏鍍也會導(dǎo)致黑色缺陷出現(xiàn)。

2 結(jié)語

鍍鋅板其表面主要覆蓋鍍鋅保護膜對其基板有著良好的保護作用，并且性能更加接近電鍍鋅材料，由于材料成本較低更低因此作為如今汽車制造行業(yè)最為廣泛應(yīng)用的材料。如今大部分車用鍍鋅板表面主要進行鉻酸鹽處理，但這種處理工藝使鍍鋅板更容易出現(xiàn)表面黑斑缺陷，影響到后續(xù)材料加工的使用。

為保證后續(xù)汽車整體質(zhì)量，針對不同環(huán)境下車用鍍鋅板表面黑斑缺陷進行分析。

在分析過程中，針對同一鍍鋅板在不同環(huán)境中黑斑缺陷進行研究，通過對三組試樣鍍鋅板黑斑形貌也正進行分析，分析其鍍鋅板表面鈍化機理，并對其不同環(huán)境下黑斑進行SEM分析，從而確定鍍鋅板表面黑斑形成原因，并對其黑斑能譜成分進行分析后發(fā)現(xiàn)，不同環(huán)境下的鍍鋅板黑斑形成物質(zhì)相同。對不同環(huán)境下黑斑缺陷擴散速度與成分進行分析，幫助鍍鋅板在今后實際應(yīng)用中，更好預(yù)防黑斑缺陷的出現(xiàn)。