镀锌板表面光整液残留对三价铬钝化膜性能的影响

张百勇，王滕，杨平，柴立涛，李超

（马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，安徽 马鞍山 243000）

热镀锌钢板具有良好的耐蚀性和涂装性，被广泛应用于家电制造行业[1-3]。一般热镀锌板都要经过光整机整平再进行钝化或涂油等后处理。光整机整平能改善镀后带钢板形、改变带钢表面粗糙度、消除屈服平台并降低屈服点，达到改善带钢延伸率和塑性的效果[4-8]。光整液具有良好的防锈性和润滑性[9-10]。目前的光整机均配备了高压清洗和吹扫系统，但在连续生产过程中很难保证光整液被完全清除，而光整液残留会严重影响热镀锌板的后处理效果，比如造成后续钝化成膜不连续[11-13]。本文针对镀锌线在试用某客户光整液过程中出现的钝化膜不连续问题，在实验室制备了不同质量分数的光整液残留试样，研究了光整液残留对三价铬钝化膜各项性能的影响，旨在解决工业生产中的类似问题。

1 实验

1.1 试验材料的制备

试验基板是厚度为0.75 mm的DX51D镀锌板，大小为300 mm × 230 mm，光整原液和三价铬钝化液由国内某供应商提供。

光整原液呈浅黄色，主要参数为：密度1.01 ~ 1.05 g/cm3，pH 8.5 ~ 9.5，总碱度8。使用时一般将其稀释至质量分数为2% ~ 5%。在实际生产中，光整后通常采用高压水清洗基板，实际光整液残留浓度较小，因此本文只配制了质量分数分别为 0%(实际为去离子水)、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和 1.0%的光整液进行试验。

三价铬钝化液呈均匀的墨绿色，主要参数为：密度1.0 ~ 1.2 g/cm3，固含量> 10%，pH 0.5 ~ 2.0，Cr3+质量分数2% ~ 3%。

所有试验基板经脱脂、去离子水清洗后烘干，分别浸泡于质量分数不同的光整液中1 s，烘箱烘干，得到残留光整液质量分数不同的基板，再手动刮涂三价铬钝化液并迅速固化，各自的钝化膜重列于表1。

表1 不同浓度光整液残留试样钝化膜重Table 1 Mass of passivation film per unit area on samples with finishing liquid residue of different mass fractions

1.2 检测方法

1.2.1 表面清洁度

采用SITA Cleano Spector表面清洁度仪检测不同质量分数光整液残留试样的表面清洁度，采用Cleanliness模式，每个试样测6个点，取平均值。

1.2.2 耐热性、耐溶剂性和耐指纹性

耐热性测试采用箱式电阻炉，在240 °C下保温20 min，自然冷却至室温，如此反复4次后采用HunterLab Agera分光测色仪测量试样表面色差(ΔE)，ΔE< 3表示耐热性合格。

在试样表面均匀涂覆凡士林，2 h后擦净并测量∆E，ΔE< 3表示耐指纹性合格。

分别用蘸有丁酮和80%酒精的工业棉负重500 g来回擦拭试样表面20次，静置2 h后测量ΔE，ΔE< 3表示耐溶剂性合格。

1.2.3 耐蚀性

按照ASTM B117–2016Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus进行中性盐雾试验，采用美国Q-lab Q-FOG CCT1100盐雾腐蚀试验机，试验条件为：(5 ± 0.5)% NaCl溶液，pH 6.5 ~ 7.2，箱体温度(35 ± 1) °C，时间 120 h。

调查、统计供试点香菇辽抚4号的菌丝生长及产量，统计时间2018年1～11月。采用软件Excel与SPSS对数据进行分析，SigmaPlot制图。

1.2.4 涂装性

基板脱脂后喷涂AkzoNobel Interpon EP340Z粉末涂层(厚度50 ~ 80 μm)，180 °C下烘烤20 min，冷却后按照GB/T 9286–2021《色漆和清漆划格试验》进行百格法测试，涂层脱落格数少于2表示附着力合格。

2 结果与讨论

2.1 光整液与三价铬钝化液的相容性分析

如图1所示，将光整原液与三价铬钝化液混合后立即产生大量白色絮状沉淀物，并起泡。光整液呈弱碱性，钝化液呈强酸性，二者混合必然会剧烈反应。另外，光整液中含有大量表面活性剂、缓蚀剂和润滑剂，这些组分的残留会影响基板的表面张力，进而影响三价铬钝化成膜。从图2可知，当残留光整液的质量分数高于1.2%时，三价铬钝化膜发花，成膜不均匀。

图1 光整液与三价铬钝化液混合后的现象Figure 1 Transient phenomenon appeared when mixing finishing liquid and trivalent chromium passivation bath

图2 钝化膜发花Figure 2 Blurring of passive film

2.2 不同质量分数光整液残留基板的表面清洁度分析

目前尚无用于检测热浸镀锌板表面光整液残留浓度的方法，本文基于表面清洁度仪利用荧光检测有机物的原理，通过在Cleanliness模式下检测不同试样的表面清洁度来表征光整液残留浓度。从图3可以看出，热镀锌钢板表面残留的光整液质量分数越高，表面清洁度越低，即表面所含有机物越多。

图3 不同质量分数光整液残留试样的表面清洁度Figure 3 Surface cleanliness of samples with finishing liquid residue of different mass fractions

2.3 残留光整液对三价铬钝化膜性能的影响

2.3.1 耐热性、耐指纹性和耐溶剂性

从图4可知，随着残留光整液质量分数的增大，三价铬钝化膜经240 °C反复加热4次后的色差无明显变化，都与无光整液残留试样相近，表明光整液残留对三价铬钝化膜的耐热性无明显影响。

图4 耐热试验后不同质量分数光整液残留试样的表面色差Figure 4 Color differences of the surfaces of samples with finishing liquid residue of different mass fractions after heat resistance test

镀锌产品常被应用于家电行业，因此必须具备优良的耐溶剂性和耐指纹性。从图5可知，不同试样经耐溶剂及耐指纹测试后的色差相近，表明光整液残留对三价铬钝化膜的耐指纹性和耐溶剂性无明显影响。

图5 耐溶剂和耐指纹试验后不同质量分数光整液残留试样的表面色差Figure 5 Color differences of the surfaces of samples with finishing liquid residue of different mass fractions after solution and fingerprint resistance test

2.3.2 耐蚀性

从图6可以看出，随着基板表面残留光整液质量分数的增大，NSS试验120 h后试样白锈面积明显增大，表明钝化膜的耐蚀性逐渐变差。这是因为基板表面残留的光整液与三价铬钝化液发生反应，阻碍了钝化液与镀锌板的反应，不仅直接影响钝化成膜过程，还会使钝化膜的组分发生改变。

图6 不同质量分数光整液残留试样中性盐雾试验120 h的状态Figure 6 States of samples with finishing liquid residue of different mass fractions after 120-hour neutral salt spray test

从图7可知，NSS试验48 h时所有试样表面均无白锈产生。随着试验的进行，不同质量分数光整液残留试样的白锈面积分数都逐渐增大，并且随着残留光整液质量分数增大，白锈面积分数的增大加快，这表明残留光整液质量分数越大，镀锌板发生腐蚀后的腐蚀速率越高。

图7 不同质量分数光整液残留试样在中性盐雾试验不同时间后的白锈面积分数Figure 7 Area fractions of white rust on samples with finishing liquid residue of different mass fractions after neutral salt spray test for different time

2.3.3 残留光整液对涂装性能的影响

从图8可知，当残留光整液质量分数≥0.4 %后，百格试验小方格边缘有小片涂层脱落，且随着残留光整液质量分数增大，脱落面积逐渐增大，表明镀锌板的涂装性能变差。

图8 不同质量分数光整液残留试样表面涂层的附着力测试结果Figure 8 Adhesion test results of coatings on samples with finishing liquid residue of different mass fractions

3 结论

综上可知，光整液残留对镀锌板三价铬钝化膜的耐热性、耐指纹性及耐溶剂性无明显影响；随镀锌板表面残留光整液质量分数增大，三价铬钝化膜的耐蚀性变差；当镀锌板表面残留的光整液质量分数≥0.4%时，其涂装性能变差。

在实际生产中，经过光整机高压清洗，镀锌板表面残留的光整液浓度一般较低，不会对产品性能造成影响，但光整液残留浓度较大时必定会产生不良影响。因此，在引进新的光整液或钝化液时，必须对光整液和钝化液的匹配性进行试验研究，做好上线前的测试；若光整液残留不可避免且浓度较高，在产品质量许可的情况下，可考虑用脱盐水代替光整液。